驻波直线超声电机是一种利用摩擦传递动力的新型驱动器,因其结构紧凑、驱动效率高、成本低而备受青睐。电机工作时定动子摩擦副的接触面积较小、接触应力变化大,且定子对动子的冲击作用剧烈,导致定动子磨损加剧,容易引发工作过程失稳,严重时会导致电机寿命终结。因此,要求定动子接触界面具有较大且稳定的摩擦力,也要求配副材料具有良好的耐磨性,这无疑对驻波直线超声电机的设计与制造提出了严峻的挑战,大功率、高速度、高效率和长寿命成为人们追求的目标。为此,本文对电机定动子摩擦磨损机理及相关问题进行深入系统研究,期望研制出高质量、长寿命的驻波直线超声电机。具体研究包括如下几个方面:对定动子的动静态接触特性进行了分析,建立了驻波直线超声电机定动子接触模型,研究了定动子接触过程的时变特性。结果表明,电机工作时压电振子以斜椭圆运动轨迹运行,从而使惯性力的冲击效应加强,导致定动子接触表面磨损加剧,最终降低了电机的使用寿命。动态接触中的摩擦非线性会影响电机运行过程的平稳性,伴随惯性力作用,机械犁削成为定动子接触面的主要摩擦形式。综合考虑库伦摩擦力和压电振动惯性力、切向刚度对接触界面动力传输的影响,提出了能够反映定动子摩擦传递水平的广义摩擦力概念,建立了定动子接触界面动力传输模型。研究了定子触头与动子导轨相互作用时相关动力学参数的变化规律,分析了振子触头与导轨动态摩擦的时变特性。电机性能试验结果表明库伦摩擦力和压电振动惯性力通过协同作用来实现电机的速度及推力输出。利用自行研制的SWUM摩擦磨损实验装置,研究了不同摩擦配副驻波直线超声电机的运行特性,以稳态运行次数为电机运行寿命的评价指标,以运行速度的变异系数和均方差为评价因子,对不同摩擦配副电机稳态运行状态进行了综合评价。依据定动子接触面的动力传输模型,分析了电机发生颤振、失稳及输出性能衰减的原因,并应用能量最小原理对电机运行过程中定动子接触失稳进行了合理解释。结果表明,接触宽度随着磨损厚度的增大而减小,切向冲击作用逐渐减弱,最终导致摩擦传递效率降低,造成电机输出性能衰减。基于脆性断裂力学理论,推导出磨粒的断裂能和临界尺寸,通过理论分析和实验研究建立了磨粒临界尺寸与材料脆性指数和塑性指数之间关系的数学模型,据此可对定动子表面磨损程度进行有效评价。通过对磨损形貌特征进行分析,发现稳定工作时机械滚压和化学机械抛光为定动子光滑表面的主要成因。通过磨损表面形貌的特征分析,发现定动子接触表面失效机制因摩擦材料性能而存在显著差异。从微观断裂、应力疲劳和磨粒磨损三个方面分别建立了定动子磨损厚度方程,并进行了相应的实验验证。通过对驻波直线超声电机定动子摩擦特性及磨损机理的系统研究,提出了驻波直线超声电机摩擦界面的设计要求。研究了定动子配副材料性能参数对电机定动子磨损率的影响,结果表明共价型陶瓷和离子型陶瓷的磨损存在显著差异。考虑振子触头磨损对振子振动特性影响,确定了定动子接触表面磨损寿命的约束条件,建立了多磨损模式融合的时间加权平均寿命预测模型,并利用弹性接触疲劳磨损理论对其可靠性进行了验证。采用人工神经网络方法对寿命实验数据进行样本处理、网络优化和样本训练,研究了配副材料性能参数对驻波直线超声电机寿命的影响规律,为电机定动子配副材料的选择及设计提供了依据和方法。