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稀土超磁致伸缩致动器的设计及实验研究

傅龙珠  
【摘要】: 稀土超磁致伸缩材料是一种新型的功能材料,磁致伸缩应变大、响应速度快、能量密度高等是该类材料的显著特点,因其优异的性能、良好的应用前景,而得到世界各国学者的关注。本文根据稀土超磁致伸缩材料的特点及其在工业元件、系统中的应用要求,在以往微位移致动器的基础上,克服他们的不足,经过各方面的完善,设计出一种精确的、适合于主动控制的稀土超磁致伸缩位移致动器,主要在稀土超磁致伸缩致动器结构设计、电磁特性分析、功放系统以及最后的实验测试系统方面进行了设计,同时对温度冷却系统也做了一些理论设计。 在稀土超磁致伸缩致动器的结构设计方面,做到了稀土超磁致伸缩棒上下及四周用磁性材料构成闭合磁路,这样不仅提高了稀土超磁致伸缩棒内磁场的均匀性,而且在激励电流相同的条件下,棒内磁场强度也有提高;在电磁特性分析方面,采用了Ansys软件对稀土超磁致伸缩致动器进行有限元分析,从而对结构进行优化设计,保证其性能;在功放系统方面,分析了稀土超磁致伸缩致动器功放系统的特点,采用连续调整型恒流源的原理,并选用功率MOSFET作为功率放大元件,研制出可以满足驱动稀土超磁致伸缩材料的要求的功放系统;在实验测试系统方面,分析了稀土超磁致伸缩致动器及力传感器形状的特点,设计出包括:横梁、立柱、螺杆、底座,满足测量要求的测力支架;在温度冷却系统方面,采取强制水冷却方式,设计了包括:冷却水的循环回路、水温反馈电路、电热丝控制电路等部分的恒温冷却系统,这样使GMM棒冷却更充分更迅速,从而保证了GMM棒工作在恒温环境,消除了附加热变形对工作精度的影响。 在对稀土超磁致伸缩致动器进行结构设计及理论分析后,对其进行特性测试,包括静态特性和动态特性。其中静态特性实验由静态位移输出实验、静态力输出实验组成,动态特性实验由动态位移输出实验、动态动力输出特实验、动态响应实验组成,在此基础上对数据进行分析。最后概括了全文的主要研究成果,并展望了今后需进一步开展的工作。


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