专利名称：超声电机热固性树脂基摩擦材料及摩层制作法和辅助工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超声电机热固性树脂基摩擦材料及摩层制作法和辅助工具，属于超声电机技术领域。
背景技术：
超声波电机(Utrasonic Motor，USM)，是二十世纪末发展起来的一种新型微电机。它利用压电材料的逆压电效应激发出弹性体的超声振动来实现电能到机械能的转换，并利用振子和动子之间的摩擦作用将运动和力传递出去。由于超声电机通过摩擦作用传送能量，所以摩擦材料的质量在很大程度上决定超声波电机的使用寿命和性能。
国内在超声电机以其摩擦材料方面的研究起步较晚，从事这方面的研究单位也不是很多，而关于超声电机的摩擦材料的研究报导就更少。中国专利CN033132555.6公开了聚四氟乙烯基的超声电机摩擦材料和CN200410043602.1公开了聚苯酯塑料合金超声电机摩擦材料。这两种摩擦材料的加工方法是，将混合的摩擦材料冷压成型，通过370℃以上的高温烧结，然后再裁剪片状材料，最后胶粘在电机的转子上。通过该方法加工的摩擦材料，需要昂贵的冷压机和高温烧结，加工过程复杂、周期长，二次胶粘限制它的使用。
研究表明定子摩擦层相对于转子摩擦层具有更高的耐磨性和更好的输出特性。国外开始将摩擦层制作在定子，使用的材料是热塑性摩擦材料。由于热塑性塑料的表面张力低，以及定子上开有齿槽，因此制作定子摩擦层是十分困难。目前，国内行波超声电机的摩擦层都只能制作在转子上的，它迫切需要更加经济、加工简单的摩擦材料制作摩擦层。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种性能与现有技术中超声电机摩擦材料相当的，但是便于经济、简单的加工成超声电机摩擦层的超声电机热固性树脂基摩擦材料。本发明的另一目的，是提供一种超声电机热固性树脂基摩擦材料的摩层制作法和辅助工具，该方法具有加工成本更加经济、加工工艺更加简单的特点。
一种超声电机热固性树脂基摩擦材料，其特征在于由以下成分按以下质量百分比组成基料热固性树脂35％～80％；固化剂0％～34％；增强剂纳米耐磨粉5％～15％、碳纤维5％～15％；改性剂氧化铜0％～10％、聚四氟乙烯0％～5％、铜粉5％～10％、石墨2％～10％、丁腈橡胶0％～5％、矿物质0％～10％。
上述的热固性树脂为以下物质之一或其混合物环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯、有机硅、聚氨酯、聚酯树脂、丙烯酸树脂。
本发明的超声电机热固性树脂基摩擦材料的基料是热固性树脂，它是热固型高分子材料，固化温度低，在常温下也能够固化。不同的树脂需要不同的固化剂，有些树脂无须添加固化剂，直接通过加温固化。它在固化前是液态物状，能够容易的粘涂在转子或定子的表面。另外，它具有较高的表面力和内聚力，不易脱皮和很高的耐磨型。添加增强剂纳米耐磨粉和碳纤维等增强材料能提高摩擦层的硬度。添加改性剂氧化铜能够增加摩擦材料的摩擦系数，并提高材料的耐磨性。聚四氟乙烯和丁腈橡胶能够用来调剂材料的硬度，以便降低摩擦材料对对偶面的磨损。铜粉能够提高材料的导热性，少量的石墨能够在摩擦副之间形成转移膜，并降低材料的磨损。矿物质能够调剂材料的硬度，提高摩擦层的耐磨性。
该摩擦材料的制作方法为一般常规方法，即按配比要求将热固性树脂、增强剂、改性剂混合，搅拌均匀，并添加固化剂搅拌均匀。
一种超声电机热固性树脂基摩擦材料的摩层制作法，其特征在于包括以下步骤(1)、在常温下，将配置好的成胶液状的超声电机热固性树脂基摩擦材料搅拌均匀的；(2)、将摩擦材料胶液粘涂在专门设计的尚未成型的定子或转子试件上；
(3)、将粘涂有摩擦材料的定子或者转子在温度30℃～45℃下，经超声振动器颤震、流平以及驱除材料中的气体；(4)、将试件放在烤箱中经过50℃～90℃烧烤30～180分钟；(5)、将烧烤后的定子或转子试件经过机加工成型。
一种超声电机热固性树脂基摩擦材料的摩层制作法辅助工具，用于旋转型超声电机定子摩擦层制作时，在定子上粘涂摩擦材料，其特征在于该辅助工具是由移动杆和底座组成，且所述移动杆主体为圆柱体，用于套装环形定子，它的下端带有限位块，并作为导轨；所述底座上端面上有一个用于与移动杆的导轨相匹配的限位槽，和一个用于盛放摩擦材料的盛料槽，底座上还开有排气孔，保持限位槽底部与外部大气相通。
上述的旋转型超声电机定子摩擦层制作辅助工具，其特征在于所述的移动杆上限位块的高度高于所述的底座上限位槽的深度。
总的来说，本发明的超声电机摩擦材料具有优越的耐磨性、合适的硬度、优良的输出特性等特点。关键在于可低温固化，直接成型，可以用比较经济、简单的方法制作超声电机摩擦层，适用于不同类型超声电机摩擦层的制作，包括旋转型超声电机转子和定子摩擦层的制作。定子摩擦层相对于转子摩擦层具有更高的耐磨性和更好的输出特性。
四、说明书附图
图1是本发明辅助工具的底座结构示意图。其中图1(a)为其剖视图；图1(b)为其俯视图。
图2是本发明辅助工具的移动杆结构示意图。其中图2(c)为其正视图；图2(d)为其俯视图。
图3是Φ60转子摩擦层行波型超声电机的运行特性曲线。
图4是Φ60定子摩擦层行波型超声电机的运行特性曲线。
图1中标号名称1-限位槽、2-盛料槽、3-摩擦材料、4-底座、5-排气孔。
图2中标号名称6-移动杆、7-移动杆的导轨。
图3中符号名称Im-驱动电流；Um-驱动电压；Pm-电机输入功率；P-电机输出功率；M-转矩；n-转速；η-电机效率。
五具体实施例方式具体实施方式
1一种超声电机热固性树脂基摩擦材料，其组成和质量百分比环氧树脂47％、固化剂33％、纳米耐磨粉15％、炭纤维10％和铜粉5％。
利用上述材料制作超声电机摩擦层的方法，包括以下步骤1.在常温下，按照上述成分及质量比例混合出环氧树脂基超声电机摩擦材料，搅拌均匀；2.直接将配好的材料粘涂在专门设计的尚未成型的转子或定子试件上；3.将粘涂有摩擦材料的转子或定子在温度30℃～45℃下，经超声振动器颤震、流平以及驱除材料中的气体；4.将试件放在烤箱中经过50～90℃烧烤30～180分钟；5.将烧烤后的试件经过机加工成型。
本发明制作的摩擦层，具有良好耐磨性能和输出特性。图3、图4是基于具体实施方式
1制作的Φ60行波型超声电机的运行特性曲线。其中，图3是Φ60转子摩擦层行波型超声电机的运行特性曲线，图4是Φ60定子摩擦层行波型超声电机的运行特性曲线。表1是Φ60定子摩擦层行波型超声电机的运行试验数据，与图4相对应。试验表明，本发明摩擦材料制作的电机，其运行速度和运行效率在较高水平上，并且有高的堵转力矩。
图3、图4及表1中符号说明Um-驱动电压；Im-驱动电流；Us-输入电压；Pm-电机输入功率，即从驱动器(高频交流电)输给超声电机的功率；F-实测驱动频率；P-电机输出功率；η-电机效率，η＝P/Pm；n-转速；M-转矩。
表1
具体实施方式
2一种热固性树脂基超声电机摩擦材料，其组成和质量百分比环氧树脂 38.2％和固化剂 26.8％、纳米耐磨粉 12.5％、炭纤维 12.5％和铜粉10％。本实施方式中添加了铜粉提高了摩擦层的散热性。超声电机摩擦层制作方法与具体实施方式
1中类似。
具体实施例方式
3一种热固性树脂基超声电机摩擦材料，其组成和质量百分比环氧树脂 38.2％和固化剂 26.8％、纳米耐磨粉 5％、炭纤维 15％、氧化铜 5％和聚四氟乙烯 5％，铜粉 5％。本实施方式在实施方式1中添加了聚四氟乙烯降低了材料的硬度，减少了对对偶面的磨损。超声电机摩擦层制作方法与具体实施方式
1中类似。
具体实施例方式
4一种热固性树脂基超声电机摩擦材料，其组成和质量百分比环氧树脂 35.3％和固化剂 24.7％、纳米耐磨粉 7.5％、炭纤维 12.5％、氧化铜10％、聚四氟乙烯 5％和石墨 5％。本实施方式在实施方式3中添加了石墨，添加石墨的材料在运行有助于形成转移膜，它能减少了摩擦面的磨损。超声电机摩擦层制作方法与具体实施方式
1中类似。
具体实施例方式
5一种热固性树脂基超声电机摩擦材料，其组成和质量百分比环氧树脂 35.3％和固化剂 24.7％、纳米耐磨粉 5％、炭纤维 12.5％、氧化铜 10％、聚四氟乙烯 5％、石墨 2.5％和丁腈橡胶 5％。本实施方式在实施方式4中添加了丁腈橡胶，它进一步降低了摩擦层的硬度。超声电机摩擦层制作方法与具体实施方式
1中类似。
具体实施例方式
6一种热固性树脂基超声电机摩擦材料，其组成和质量百分比环氧树脂 35.3％～41.2％和固化剂 24.7％～28.8％、纳米耐磨粉 5％～10％和碳纤维 5％～10％；聚四氟乙烯 0％～5％、铜粉 0％～10％、石墨 2％～10％、丁腈橡胶 0％～5％和矿物质 0％～10％。本实施方式中添加了矿物质，矿物质是指天然矿物和人工合成物，它包含碳酸钙、氧化铝、氧化铁、二氧化硅、硅酸盐(高岭土、云母、滑石粉、硅灰石、膨润土等)、氮化硅、炭化硅、氟化钙、金刚石粉、钛白粉。它能调剂了材料的硬度，改善材料的电机的输出特性，以及降低摩擦副的磨损。超声电机摩擦层制作方法与具体实施方式
1中类似。
具体实施例方式
7一种热固性树脂基超声电机摩擦材料，其组成和质量百分比热固性树脂和固化剂 80％、纳米耐磨粉 12.5％、炭纤维 12.5％和氧化铜 5％。本实施方式中热固性树脂和固化剂不仅可以是环氧树脂和其固化剂还可以是以下物质之一或其混合物环氧树脂及其固化剂、酚醛树脂及其固化剂、服醛树脂及其固化剂、不饱和聚酯及其固化剂、有机硅及其固化剂、聚氨酯及其固化剂、聚酯树脂及其固化剂。如环氧树脂和多元胺(或者酸酐类、异氰酸类)固化剂、酚醛树脂和酸固化剂(或热固化)、脲醛树脂和酸类固化剂、不饱和聚酯和不饱和烃(或者有机过氧化物、偶氮化合物、过氧酰类等)、有机硅热固化(或者胺类络合物、硅氮化合物等)、聚氨酯和多元醇固化剂、聚酯树脂和酸酐类固化剂(或者羟基酰胺类、异氰酸酯类)。超声电机摩擦层制作方法与具体实施方式
1中类似。
具体实施例方式
8一种热固性树脂基超声电机摩擦材料，其组成和质量百分比酚醛树脂 80％、纳米耐磨粉 12.5％、炭纤维 12.5％和氧化铜 5％。该实施方式以酚醛树脂为基料，无需固化剂。超声电机摩擦层制作方法与具体实施方式
1中类似。
以根据图1和图2所示，说明本发明的超声电机摩擦层制作辅助工具。该工具用于旋转型超声电机定子摩擦层制作时，在定子上粘涂摩擦材料，其特征在于该辅助工具是由移动杆6和底座4组成。所述的移动杆6的主体是上下直径不相等的圆柱体。上部圆柱体用于套装环形定子，而下部圆柱体限制定子的移动，并作为移动杆的导轨7。所述的底座的主体是上下内径不等圆环组成。其中上部圆环的内径大，并且等于移动杆导轨7的直径，它的表面开有环形凹槽作为盛料槽2，用于盛放摩擦材料。下部圆环作为限位槽1，用于给移动杆6限位，在圆环的底部沿径向开一排气孔5，排气孔5能够在工作中保持圆环内部与外部大气相通，利于移动杆6移动。移动杆6的下部圆柱7的高与底座4上部圆环的高有个合理的匹配，它使得移动杆6的下部圆柱落在底座下部圆环上时，其定子的齿面与底座的凹槽面的距离满足设计要求。由于不同型号的旋转型行波超声电机的大小不同，所需的辅助工具的尺寸是不同的，但是，结构是相同的，所以在上述加工图中，仅仅给出夹具的结构没有给出尺寸。
权利要求
1.一种超声电机热固性树脂基摩擦材料，其特征在于由以下成分按以下质量百分比组成基料热固性树脂35％～80％；固化剂0％～34％；增强剂纳米耐磨粉5％～15％、碳纤维5％～15％；改性剂氧化铜0％～10％、聚四氟乙烯0％～5％、铜粉5％～10％、石墨2％～10％、丁腈橡胶0％～5％、矿物质0％～10％。
2.根据权利要求1所述的超声电机热固性树脂基摩擦材料，其特征在于所述的热固性树脂为以下物质之一或其混合物环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯、有机硅、聚氨酯、聚酯树脂、丙烯酸树脂。
3.一种超声电机热固性树脂基摩擦材料的摩层制作法，其特征在于包括以下步骤(1)、在常温下，配置好胶液状的热固性树脂基摩擦材料，并搅拌均匀；(2)、将摩擦材料胶液粘涂在专门设计的尚未成型的定子或转子试件上；(3)、将粘涂有摩擦材料的定子或者转子在温度30℃～45℃下，经超声振动器颤震、流平以及驱除材料中的气体；(4)、将试件放在烤箱中经过50℃～90℃烧烤30～180分钟；(5)、将烧烤后的定子或转子试件经过机加工成型。
4.一种超声电机热固性树脂基摩擦材料的摩层制作法辅助工具，用于旋转型超声电机定子摩擦层制作时，在定子上粘涂摩擦材料，其特征在于该辅助工具是由移动杆(6)和底座(4)组成，且所述移动杆(6)主体为圆柱体，用于套装环形定子，它的下端带有限位块(7)，并作为导轨；所述底座上端面上有一个用于与移动杆的导轨(7)相匹配的限位槽(1)，和一个用于盛放摩擦材料的盛料槽(2)，底座上还开有排气孔(5)，保持限位槽底部与外部大气相通。
5.根据权利要求4所述的超声电机热固性树脂基摩擦材料的摩层制作法辅助工具，其特征在于所述的移动杆上限位块(7)的高度高于所述的底座上限位槽(1)的深度。
全文摘要
本发明涉及一种超声电机热固性树脂基摩擦材料及摩层制作法和辅助工具，属超声电机领域。该材料由热固性树脂35％～80％、固化剂0％～34％、纳米耐磨粉5％～15％、碳纤维5％～15％、氧化铜0％～10％、聚四氟乙烯0％～5％、铜粉5％～10％、石墨2％～10％、丁腈橡胶0％～5％、矿物质0％～10％组成。本发明摩擦材料具有优越的耐磨性、合适的硬度、优良的输出特性，关键在于可低温固化，直接成型，所以可以利用本发明的方法制作超声电机摩擦层。该方法较传统方法经济、简单。本发明辅助工具由移动杆和底座组成。
文档编号C08J5/14GK1850882SQ200610040708
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月29日 优先权日2006年5月29日
发明者姚志远, 丁庆军, 赵淳生 申请人:南京航空航天大学