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复合PZT和GMM逆效应的磁力控制构件研究

发布时间:2018-05-18 11:57

  本文选题:磁致伸缩逆效应 + 磁电等效转换 ; 参考:《浙江工业大学》2016年硕士论文


【摘要】:微机电装配等精密度要求较高的场合中,接触式传动方式因存在库伦摩擦不再适用,而采用磁悬浮支撑的非接触传动方式,因无摩擦、寿命长和精度保持性好等特点,显现出无可比拟的优势。传统的磁悬浮系统中,对支撑磁力的调节主要是基于电磁感应原理来实现,线圈电流的功耗和发热制约其在高精密场合的应用,而复合PZT和GMM(简称PZT/GMM)逆效应的磁力控制构件,通过对电容性的压电陶瓷(PZT)施加驱动电压,从而对超磁致伸缩材料(GMM)施加压力,进而改变输出磁力,在低频状态下功耗和发热极低,所以具有重要的应用前景。本文对复合PZT/GMM逆效应磁力控制构件进行研究,主要工作如下:1.在PZT/GMM耦合线性模型中引入一维力磁耦合非线性关系,并将之带入并联磁路关系中,建立了包含几何特征函数、动态磁导率和动态磁致伸缩系数的非线性数学模型,在此基础上,设计复合PZT/GMM逆效应的磁力控制构件,并对关键磁路部件的选型进行了详细的计算分析。2.由于磁力控制构件的工作过程中包含的磁致伸缩逆效应,目前还没有可对其进行分析的软件,提出基于磁电等效转换原理,通过ANSYS压电效应分析来对其近似模拟,推导了该方法的可行性,然后结合理论模型中的动态参数,对构件的输出特性进行仿真分析,为磁力控制构件的设计提供了新的思路。3.由于磁力控制构件中存在多种影响工作特性的因素,设计试验台架并搭建试验平台,对研制的磁力构件进行试验分析,得到气隙、预紧力和电压等多因素与工作特性的关系曲线,并测试了构件的输出响应能力和稳定性,为进一步研究该磁力控制构件奠定了基础。本文从理论建模、结构设计、仿真和试验多种途径对复合PZT/GMM逆效应的磁力控制构件进行了研究,在仿真研究中提出了能够有效模拟磁致伸缩逆效应的新方法,设计的磁力控制构件具有磁路无损、预紧力可调的特点,并在试验中分析了各因素对构件特性的影响。今后可在提高能量转化效率、简化仿真方法等方面对构件进行更深入的研究。
[Abstract]:In the case of high precision, such as MEMS assembly, the contact transmission mode is no longer applicable because of the existence of Coulomb friction, while the non-contact transmission mode with magnetic levitation support has the characteristics of no friction, long life and good precision retention, etc. Show an unparalleled advantage. In the traditional magnetic levitation system, the adjustment of the supporting magnetic force is mainly based on the electromagnetic induction principle. The power consumption and heating of the coil current restrict its application in the high-precision situation. By applying the driving voltage to the capacitive piezoelectric ceramics (PZT), the giant magnetostrictive material (GMMM) is subjected to pressure, and the output magnetic force is changed, and the power consumption and heating are very low in the low frequency state, so it has an important application prospect. In this paper, the magnetic control component with compound PZT/GMM inverse effect is studied. The main work is as follows: 1. In the PZT/GMM coupling linear model, the one-dimensional magnetomagnetic coupling nonlinear relation is introduced, and the nonlinear mathematical model including geometric characteristic function, dynamic permeability and dynamic magnetostrictive coefficient is established, and then the nonlinear mathematical model is established, which includes the geometry characteristic function, the dynamic permeability and the dynamic magnetostrictive coefficient. The magnetic control component with compound PZT/GMM inverse effect is designed, and the selection of key magnetic circuit components is calculated and analyzed in detail. Because of the magnetostrictive inverse effect contained in the working process of the magnetically controlled member, there is no software to analyze it at present. Based on the principle of equivalent magnetoelectric conversion, the magnetostrictive inverse effect is simulated by ANSYS piezoelectric effect analysis. The feasibility of the method is deduced, and then the output characteristics of the components are simulated and analyzed in combination with the dynamic parameters in the theoretical model, which provides a new way of thinking for the design of magnetic control components. Because there are many factors that affect the working characteristics of the magnetic control component, the test stand is designed and the test platform is built, and the air gap is obtained by the test analysis of the magnetic component developed. The relation curves between preload force and voltage and working characteristics are obtained, and the output response ability and stability of the component are tested, which lays a foundation for the further study of the magnetic control component. In this paper, the magnetic control component of compound PZT/GMM inverse effect is studied by theoretical modeling, structural design, simulation and experiment. In the simulation research, a new method is proposed to simulate the magnetostrictive inverse effect effectively. The magnetic control component has the characteristics of nondestructive magnetic circuit and adjustable preloading force. The influence of various factors on the characteristics of the component is analyzed in the experiment. Further research on components can be carried out in the aspects of improving energy conversion efficiency, simplifying simulation methods and so on.
【学位授予单位】:浙江工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TH-39;TP273

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本文编号:1905748

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