磁致伸缩镜面精密微位移偏转驱动机构设计

发布时间：2020-08-12 19:45

【摘要】：随着国防科技、精密制造等领域中装置向着精密、超精密化发展,镜面偏转装置被广泛的应用,例如在国防科技上应用的能获得高速,低电压激励的光束偏转装置,高速扫描仪以及天文望远镜子镜的镜面驱动。但是,这些镜面偏转装置存在着速度慢、电压高、体积大、寿命短、偏转精度低等缺陷。为了改善这些缺陷,关键需要寻求一种镜面精密偏转技术。所以,本文充分利用超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)的良好特性,设计了一种磁致伸缩镜面精密微位移偏转驱动机构。主要研究工作包括以下几点:首先以GMM的微观机理和GMM的微观结构入手,在此原理基础上对GMM正效应发生机理以及GMM特性进行研究,并对GMM正效应机理的产生原因进行深入分析,最后对GMM的特性进行了阐明。基于GMM的优异特性,设计了一种磁致伸缩镜面精密微位移偏转驱动机构,并对整个机构所涉及的超磁致伸缩致动器(Giant Magnetostrictive Actuator,GMA)以及镜面偏转装置进行详细设计。首先,以GMM的正效应发生机理以及优异特性为基础,将GMM棒作为核心元件,研制了一种GMA,并通过COMSOL软件对GMA的磁路以及磁场进行研究。然后对镜面偏转装置进行结构设计,并过有限元软件对镜面偏转装置的悬臂梁进行有限元分析。根据磁致伸缩效应机理以及有限元分析结果,最终完成了整个磁致伸缩镜面精密微位移偏转驱动机构的设计。以GMM正效应机理和GMM中内部能量理论为研究前提,建立了输出位移与力和磁化强度关系,在此基础上,推导出GMM棒输出位移与镜面偏转位移的关系模型。最后利用所设计的GMA以及镜面偏转装置,搭建磁致伸缩镜面精密微位移偏转驱动机构实验平台,研究了GMA的预压力和直流激励对镜面偏转位移和GMA输出位移的关系,以及在交流条件下,镜面偏转位移与GMA输出位移的动态位移输出特性。实验结果得出,当预压力约为16MPa时,镜面偏转位移与GMA输出位移都达到峰值;镜面偏转位移和GMA输出位移与电流间并不能呈现出的线性关系,存在一定的迟滞特性;通过实验数值分析得出该装置的悬臂梁能够有效的对GMA输出位移进行放大;镜面偏转位移的线性范围为0.5A到1.5A;在3A交流电的激励下,镜面偏转位移的最优频率为500Hz。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH122
【图文】：

图 1.1 激光偏转装置工作原理图Fig. 1.1 Working principle diagram of laser deflection device美国的 DTM 公司已经德国的 EOS 公司掌握了整套系统的核心品进行商品化[5]。对于国内这种现状来说，对于这种光束偏转装中科技大学凭借多年对精密加工领域的研究，成功的研究出了

图 1.2 功能材料应用分布Fig. 1.2 Application distribution of functional materials致伸缩效应特性应用研究现状材料受外加磁场，因为其磁化状态的变化，而引起其下略有不同，是 GMM 的重要物理特性。由于 GMM

图 1.3 双级进给系统样机Fig.1.3 Protype of adual stage feed drive system国的机械与材料科学研究院的研究学者设计研究了一 所示，线性位移范围可达到 27μm[20]。

【参考文献】

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本文编号：2790943