基于GMM驱动器的三柱塞高频微小泵的基础研究

发布时间：2017-08-10 16:03

  本文关键词：基于GMM驱动器的三柱塞高频微小泵的基础研究

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【摘要】：在液压传动及控制领域中,稀土超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,简写为GMM)以其频响高、输出力大、带载能力强的特点,在被发现之后立刻吸引了各国学者的研究,并将其作为驱动元件应用于液压领域；通过其可以直接把电能转变成机械能,能够很好的解决传统泵效率低、输出流量大、易损件寿命低、冲击噪声大等弊端,在流体传动领域具有广泛的研究意义。 本文在超磁致伸缩材料优良特点的基础上,设计了一种以超磁致伸缩转换器(Giant Magnetostrictive Actuator, GMA)为动力元件的三柱塞腔式微小泵。通过理论分析超磁致伸缩驱动器,搭建其静态、动态数学模型及AMESim建模仿真,得出的仿真结果显示GMA的阶跃上升时间只有0.197ms,输出力达到1467N,位移输出为96.55μm,通过分析可知本文设计的GMA响应速度非常快,位移和力的输出大,完全能满足高频微小泵对驱动元件的设计要求。在本文设计的GMA的基础上,以提高微小泵的响应速度和自吸能力为目的,提出了基于GMM驱动器的三柱塞高频微小泵。 通过理论分析、有限元分析、AMESim建模仿真等方法综合分析和研究了三柱塞高频微小泵的总体结构、数学模型、液力端结构以及各项参数,得出了影响其工作性能的主要因素；利用ANSYS软件对GMA的激励磁场进行有限元分析,确定了最合理的磁回路材料和搭配间隙,优化了整个磁回路结构；通过分析研究结果可知：设置合理的驱动频率、阻尼系数、负载压力和等效质量都可以提高三柱塞高频微小泵的输出流量。在300Hz的驱动频率下,基于GMM驱动器的三柱塞高频微小泵的稳态输出流量为1.035L/min、阶跃响应上升时间为0.297ms、稳态调整时间Ts=1.45ms,泵腔内外最大压强差为1.958Mpa,自吸高度可达2.835m。 由上述可知,本文设计的基于GMM驱动器的三柱塞高频微小泵具有响应速度快、自吸能力强、流量输出稳定等优点,能够满足流量精密控制和无须提前灌泵等工作要求,可应用在国防、医疗、农林等领域。
【关键词】：GMA 三柱塞高频微小泵 结构设计 AMESim 仿真分析
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH137.51
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-28
• 1.1 液压泵的发展和研究现状14-20
• 1.1.1 微型泵的研究现状16-19
• 1.1.2 微型泵的发展趋势19-20
• 1.2 超磁致伸缩材料概述20-21
• 1.2.1 超磁致伸缩材料发展现状20
• 1.2.2 超磁致伸缩材料的特点20-21
• 1.3 超磁致伸缩材料工程应用研究现状21-25
• 1.3.1 国外应用研究现状21-24
• 1.3.2 国内研究开发现状24-25
• 1.4 课题研究意义及研究内容25-28
• 1.4.1 课题研究意义25
• 1.4.2 课题研究难点25-26
• 1.4.3 课题研究内容安排26-28
• 2 超磁致伸缩三柱塞微小泵的结构设计28-44
• 2.1 超磁致伸缩微小泵的基本结构和工作机理28-29
• 2.1.1 超磁致伸缩微小泵的总体结构28-29
• 2.1.2 超磁致伸缩微小泵的工作机理29
• 2.2 GMM微小泵的结构设计29-42
• 2.2.1 设计准则29-30
• 2.2.2 GMM棒的设计30-33
• 2.2.3 预压力结构设计33-34
• 2.2.4 线圈的设计34-39
• 2.2.5 其他结构设计39-40
• 2.2.6 总体结构设计40-42
• 2.3 本章小结42-44
• 3 GMM高频微小泵液力端的设计与优化44-58
• 3.1 液压缸的结构设计与性能分析44-48
• 3.1.1 液压缸的分类及基本型式的确定44-45
• 3.1.2 液压缸的长度45-47
• 3.1.3 泵的吸入能力47-48
• 3.2 柱塞副参数的确定和强度校核48-50
• 3.2.1 缸孔的设计及缸体的强度校核48-49
• 3.2.2 三柱塞圆盘的设计及强度校核49-50
• 3.3 配流方式的设计50-52
• 3.4 关键零部件的有限元分析52-57
• 3.4.1 三柱塞圆盘静力学分析52-54
• 3.4.2 整流盘的静力学分析54-57
• 3.5 本章小结57-58
• 4 GMM驱动器及磁路结构的建模与分析58-78
• 4.1 GMM驱动器的数学模型58-62
• 4.1.1 静态模型58-60
• 4.1.2 GMM驱动器的动态模型60-62
• 4.2 磁路设计与优化62-68
• 4.2.1 磁回路结构62-63
• 4.2.2 电磁场有限元分析基础63-64
• 4.2.3 磁场的建模与分析64-68
• 4.3 GMM驱动器的建模与仿真68-76
• 4.3.1 GMM驱动器的建模68-69
• 4.3.2 GMM驱动器的仿真结果及分析69-76
• 4.4 本章小结76-78
• 5 GMM微小泵的输出特性研究78-92
• 5.1 GMM微小泵流量输出的静态模型78
• 5.2 GMM微小泵的动态模型78-81
• 5.3 GMM微小泵的建模与仿真分析81-88
• 5.3.1 GMM微小泵的建模81-82
• 5.3.2 GMM微小泵的仿真结果及分析82-84
• 5.3.3 影响微小泵输出流量的因素分析84-88
• 5.4 泵腔压力与自吸能力的分析88-91
• 5.5 本章小结91-92
• 6 结论与展望92-94
• 6.1 结论92-93
• 6.2 展望93-94
• 参考文献94-100
• 致谢100-102
• 作者简介及读研期间主要科研成果102

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：651580