行波型超声电机的摩擦磨损实验装置和磨损实验研究

摘要

超声电机(USM)是利用压电陶瓷的压电效应使定子产生超声波振动,通过定子和转子间的摩擦力来驱动转子。超声电机以其结构紧凑、设计灵活、低速大转矩、惯性小、响应快以及无电磁干扰等诸多优点,在精密仪器和设备驱动与控制方面有广阔的应用前景。由于超声电机是通过摩擦界面输送动力,因此对超声电机定转子间接触界面的摩擦磨损特性研究至关重要。本文内容概括如下:
　　 1.在充分分析国内外对超声电机定、转子接触表面摩擦磨损特性的基础上,针对目前超声电机摩擦磨损理论基础尚不完善,特别是尚未出现较为统一的实验方法和实验装置,提出了本文的内容。
　　 2.依据行波型超声电机定、转子间的相对运动的机理,提出模拟超声电机定、转子接触状态的摩擦磨损实验装置的设计方案。
　　 3.研制了用于超声电机磨损实验的摩擦磨损实验装置。该实验装置包括有机械结构部件和驱动控制部件两大部分,通过串口通信实现了计算机对该装置的监控。
　　 4.引入基于数据采集卡ADLink DAQ2206的测试系统设计方案,结合LabVIEW编程,完成可拓展更多检测环节的控制监测。
　　 5.开展超声电机磨损实验研究,研究摩擦材料的磨损量随预压力、相对转速和定子微振动振幅的变化规律。调查摩擦材料表面的表面粗糙度和分形维,分析在实验中工作条件下表面粗糙度(分形维)对磨损量响应的变化趋势。提出利用分形几何方法模拟摩擦材料表面轮廓。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 超声电机摩擦磨损特性研究现状

1.3 超声电机摩擦磨损测试装置

1.3.1 摩擦磨损实验

1.3.2 超声电机摩擦磨损装置现状

1.3.3 超声电机摩擦磨损测试装置发展

1.4 摩擦磨损存在问题

1.5 课题意义及研究内容

第二章 摩擦磨损装置机理分析与设计

2.1 行波型超声电机工作原理

2.2 摩擦磨损实验装置总体方案

2.3 摩擦磨损实验装置设计

2.3.1 机械设计

2.3.2 工作机理分析

2.4 摩擦材料的选用

2.5 电磁电机选择及设置

2.5.1 电磁电机选择

2.5.2 步进电机的设置

2.6 本章小结

第三章 摩擦磨损装置软硬件设计

3.1 软硬件设计总方案

3.1.1 串行接口选择

3.1.2 硬件功能设计

3.1.3 软件功能设计

3.2 定子驱动电路设计

3.2.1 推挽逆变电路

3.2.2 匹配电路实验

3.3 控制电路及其分析

3.3.1 电源供给模块

3.3.2 光电开关检测模块

3.3.3 接口电路模块

3.3.4 82C54模块

3.3.5 通信电平转换模块

3.3.6 驱动控制电路实物图

3.4 串口通信及数据格式

3.5 硬件(单片机)程序及其分析

3.5.1 89C52通信程序的编写

3.5.2 启动实验装置功能

3.5.3 监视功能

3.6 软件程序的编写

3.6.1 软件功能

3.6.2 MSComm控件与串口通信

3.6.3 主要参数设置

3.6.4 用户界面设计

3.7 本章小结

第四章 摩擦磨损装置改进方案

4.1 虚拟仪器系统

4.2 摩擦磨损测试系统改进方案

4.2.1 改进方案总体设计

4.2.2 DAQ2206多功能数据采集卡

4.2.3 测试系统软件设计

4.3 本章小结

第五章 磨损实验数据研究

5.1 磨损实验

5.1.1 实验安排

5.1.2 实验结果

5.2 表面特性研究

5.2.1 表面形貌测量

5.2.2 粗糙度测量

5.3 分形维研究

5.3.1 分形技术

5.3.2 分形参数

5.3.3 表面轮廓分析软件

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 下一步展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录 A行波型超声电机摩擦磨损实验装置实物图