环状超磁致伸缩致动器设计与研究

发布时间：2022-08-02 13:50

　　超磁致伸缩材料（GMM）是一种性能优异的新型功能材料,具有能量密度高、响应速度快、磁致伸缩应变系数大等诸多优点。基于超磁致伸缩材料的超磁致伸缩致动器（GMA）以优良的性能在高精密加工、航空航天以及军工领域具有广泛的应用。为实现高精密滚珠丝杠副预紧力的智能实时调整,本文设计实现了一个环状中空的超磁致伸缩致动器,可作为预紧力输出设备直接装配在滚珠丝杠上实现预紧。通过输出力和输出位移的测算,结合材料性能及成本,采用了 Terfenol-D作为超磁致伸缩材料,并确定了其几何尺寸。针对超磁致伸缩材料磁导率低的问题,设计了导磁回路并基于磁路理论进行了磁场计算和仿真研究。研究表明,磁路结构中的GMM轴向长度对其内部磁场强度影响最大且负相关,其他构件对GMM内部磁场强度影响不大;穿过环状GMA构件的磁导率和导磁环轴向长度对GMM内部磁场均匀性影响最大且为负相关。以此为依据,结合环状GMA的整体尺寸要求进行了磁路结构优化,提升了其输出性能。针对GMM输出特性受温度影响较大的情况,设计实现了油冷式温控结构,对环状GMA内的主要发热源——驱动线圈采用循环油冷却的方法进行降温,并进行了温度场仿真研究,结果表明... 

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 超磁致伸缩材料概述
        1.1.1 磁致伸缩
        1.1.2 超磁致伸缩材料
    1.2 超磁致伸缩致动器研究与应用现状
        1.2.1 超磁致伸缩致动器的常见结构
        1.2.2 超磁致伸缩致动器应用现状
    1.3 课题背景与选题意义
    1.4 本文主要研究内容
第2章 环状GMM的设计与选型
    2.1 环状GMM材料的选取
    2.2 环状GMM径向尺寸估算
    2.3 环状GMM轴向尺寸估算
    本章小结
第3章 环状GMA磁路结构设计与优化
    3.1 驱动磁场估算和驱动线圈设计
        3.1.1 线圈线径的确定
        3.1.2 线圈参数的确定
        3.1.3 线圈的优化设计
    3.2 基于磁路的磁场计算
        3.2.1 不考虑接触面气隙的情况
        3.2.2 考虑接触面气隙的情况
    3.3 基于Ansoft Maxwell 16的磁场仿真与磁路优化
        3.3.1 模型建立及相关定义
        3.3.2 磁路设计仿真研究
        3.3.3 磁路结构对GMM内磁场强度及均匀性的影响
    3.4 两种分析结果比较
    本章小结
第4章 环状GMA温控结构设计及温度场相关研究
    4.1 环状GMA温控结构设计
        4.1.1 GMA常见的温控结构
        4.1.2 环状GMA温控结构设计与仿真
    4.2 温度-机械耦合场对环状GMA输出特性的影响
        4.2.1 温度-机械耦合场对环状GMA输出位移的影响
        4.2.2 温度-机械耦合场对环状GMA输出力的影响
    4.3 结果分析
    本章小结
第5章 环状GMA机械结构设计
    5.1 预紧机构及壳体设计与测算
        5.1.1 预紧力对GMM输出的影响
        5.1.2 预紧机构设计和碟簧选型
    5.2 环状GMA整体受力情况仿真及校核
    本章小结
第6章 环状GM输出特性实验研究
    6.1 环状GMA测试平台搭建
    6.2 环状GMA输出特性实验研究
        6.2.1 输出力实验研究
        6.2.2 输出位移实验研究
    本章小结
总结与展望
    总结
    创新点
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
致谢
学位论文评阅及答辩情况表


【参考文献】：
期刊论文
[1]磁致伸缩材料及其在机械工程中的应用[J]. 王泽源.  电子制作. 2016(08)
[2]超磁致伸缩致动器输出位移仿真分析[J]. 李冬伟,杨朝舒,赵正龙,辛周.  磁性材料及器件. 2015(01)
[3]超磁致伸缩棒磁场强度建模及线圈优化分析[J]. 薛光明,何忠波,李冬伟,李玉龙,杨朝舒.  纳米技术与精密工程. 2014(02)
[4]超磁致伸缩作动器新型温控系统设计[J]. 曾帆,朱石坚,楼京俊.  武汉理工大学学报. 2013(01)
[5]基于压电陶瓷材料数控机床精密预紧系统研究[J]. 杨磊,綦耀光,范晋伟,刘新福.  航空精密制造技术. 2010(04)
[6]数控机床滚珠丝杠副的改进方法[J]. 姜媛媛,孙杰,李雁翎.  中国科技信息. 2007(06)
[7]温度对超精密微位移系统定位精度影响的研究[J]. 卢泽生,张强.  机床与液压. 2006(10)
[8]GMM的发展现状及其在精密致动器件中的应用[J]. 卢全国,陈定方,魏国前,丁建军.  湖北工业大学学报. 2006(03)
[9]超磁致伸缩驱动器热变形补偿及温控方法研究[J]. 徐杰,陈张健,邬义杰.  组合机床与自动化加工技术. 2005(06)
[10]磁致伸缩微小驱动器驱动电磁线圈的设计研究[J]. 杨斌堂,陶华,C.Prelle,M.Bonis.  机械科学与技术. 2004(08)

博士论文
[1]超磁致伸缩致动器的电—磁—热基础理论研究与应用[D]. 张成明.哈尔滨工业大学 2013
[2]超磁致伸缩执行器的基础理论与实验研究[D]. 唐志峰.浙江大学 2005

硕士论文
[1]超磁致伸缩致动器结构设计与器件特性研究[D]. 陶孟仑.武汉理工大学 2008
[2]基于FEA的超磁致伸缩微致动器的热分析及其温控研究[D]. 陈敏.武汉理工大学 2008
[3]超磁致伸缩致动器参数设计及其特性研究[D]. 丁胜华.山东科技大学 2006
[4]基于超磁致伸缩材料的微位移致动器设计与研究[D]. 刘楚辉.浙江大学 2004
[5]稀土超磁致伸缩致动器的设计及实验研究[D]. 傅龙珠.浙江大学 2003



本文编号：3668640