[发明专利]超声电机磨损失效寿命的快速确定方法

说明书

本发明公开了一种超声电机磨损失效寿命的快速确定方法，即在加速应力下进行超声电机的加速寿命试验，监测磨损过程的全寿命周期中摩擦材料磨损量、转子转速、定子温度、摩擦转矩、失效时间等参数；在加速寿命试验进行的同时，进行正常应力下超声电机的寿命试验，监测磨损过程中摩擦材料磨损量等参数，在加速应力下所有电机失效后停止正常应力下的超声电机寿命试验；基于定子行波速度解析表达式计算定子行波速度并基于超声电机的定/转子接触模型获得转子受到接触面的轴向力等寿命试验过程中不易测得的参数；根据加速因子和加速应力下的磨损失效时间反推正常应力下超声电机的使用寿命。在加速应力下，寿命试验耗时较短，起到快速确定寿命的目的。

技术领域

本发明属于非电转动类产品加速寿命试验技术领域，具体来说，本发明涉及一种超声电机磨损失效寿命的快速确定方法。

背景技术

参考中国专利201020219439.0所公布的“旋转型行波超声电机”以及赵淳生著作《超声电机技术与应用》等文献，超声电机(在本发明中指行波型超声电机)主要由定子(包括弹性体和压电陶瓷等)、转子(包括摩擦材料和转子圆盘、转轴等)等组成，其工作原理是利用压电陶瓷的逆压电效应，激发弹性体在超声频段内的微幅振动，在定子上形成行波，通过定/转子之间(具体来说是弹性体齿面与摩擦材料之间)的摩擦作用将振动转化为转子的旋转运动，输出功率，驱动附负载。

与传统电磁电机不同，超声电机由压电陶瓷驱动，无需线圈和变速机构，具有质量轻、体积小、无磁场、单位能量密度高等优点。因此，超声电机在工业、国防、机器人、汽车、办公设备等方面的应用前景是巨大的，例如：

照相机、摄像机的镜头自动调焦驱动；

军用望远镜自动调焦；

计算机硬盘和光盘驱动与定位；

小汽车中的自动控制；

导弹、军用武器装备的自动瞄准与目标跟踪；

微小卫星扫描驱动装置；

微型机器人驱动，军事侦察用微型机械虫和微型直升机驱动；

微型医疗器件；

微型机械。

在航天领域，超声电机已经开始应用于火星车、月球车等航天领域，是新产品、新技术航天应用的典型代表，备受各国航天界重视。

但是，超声电机的进一步广泛应用仍存在制约。超声电机依靠摩擦力来传递力矩，磨损是必然存在的。在行波超声电机的结构设计中，磨损主要表现为摩擦材料的磨损，其磨损是由于定子对摩擦材料的反复作用造成的。磨损导致的失效是超声电机最常见的失效形式，摩擦材料的磨损是影响和制约着超声电机的使用寿命及可靠性的主要原因。因此，对超声电机的寿命评估主要基于其摩擦材料磨损这一失效形式。

超声电机在恶劣环境中长期可靠应用以及进一步发展超声电机技术都离不开寿命预测技术。考虑到超声电机技术进步及工作寿命延长的现状，传统的1:1时间的寿命试验耗时过久，已经不能满足航空航天和国防任务的即时性和快速部署的需求。超声电机寿命的快速确定技术已经成为促进超声电机进一步应用和快速部署的关键技术，并可以大大节约试验成本。目前，非电产品的加速寿命试验技术目前尚不成熟，一般通过失效物理方法针对具体产品做出具体分析，研究难度较高。

作为转动类非电产品的典型代表，突破超声电机磨损失效寿命的快速确定技术不仅将填补一项技术空白，还将促进超声电机技术的发展和快速部署,具有非常重要的实用价值。