基于超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)微振動(dòng)主動(dòng)隔振平臺(tái)的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著超精密工程的迅猛發(fā)展,精密儀器對(duì)其工作環(huán)境的穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。精密儀器在工作環(huán)境中經(jīng)常受到外界微振動(dòng)的干擾,其中高頻微幅的振動(dòng)干擾可以通過被動(dòng)隔振方式將其隔離,而低頻多自由度微幅的振動(dòng)干擾則需要通過多自由度主動(dòng)隔振平臺(tái)將其隔離。
　　超磁致伸縮材料在超精密驅(qū)動(dòng)工程中有著廣泛的應(yīng)用,它有響應(yīng)快速,應(yīng)變大,輸出應(yīng)力大,控制精度高等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)也具有非線性、滯回等缺點(diǎn),使得材料的理論建模和控制具有一定困難?，F(xiàn)有的超精密驅(qū)動(dòng)器

2、,無法兼?zhèn)浯笮谐?、大?fù)載、高效率、高穩(wěn)定性的需求。面向這一需求,在原有的對(duì)于超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器研究的基礎(chǔ)上,針對(duì)驅(qū)動(dòng)位移大、負(fù)載能力強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)效率高、驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性高的三自由度微振動(dòng)主動(dòng)隔振平臺(tái)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了探索。本文對(duì)超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了靜力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化和動(dòng)力學(xué)仿真分析,并最終設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了三自由度微振動(dòng)主動(dòng)隔振平臺(tái)原型樣機(jī)。
　　在平臺(tái)的靜力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分,闡述了隔振平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)、工作原理;設(shè)計(jì)超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的各部分結(jié)

3、構(gòu),包括超磁致伸縮材料棒、電磁線圈、磁路;對(duì)放大機(jī)構(gòu)進(jìn)行了靜力學(xué)方面的初步設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核;確定了平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)器和位移傳遞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式。
　　基于驅(qū)動(dòng)器的效率最高即能量損耗率最小的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則,本論文對(duì)驅(qū)動(dòng)器和放大機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先對(duì)驅(qū)動(dòng)器從能量輸入到能量輸出整個(gè)過程的能量傳遞流程進(jìn)行分析,將此流程分為電磁耦合、磁機(jī)耦合、機(jī)械能傳遞三個(gè)部分,針對(duì)每部分的能量轉(zhuǎn)換機(jī)理以驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量推導(dǎo)出相應(yīng)的能量損耗計(jì)算

4、方法,以此建立平臺(tái)全系統(tǒng)的能量損耗率函數(shù),從而推導(dǎo)出能量損耗率最小時(shí)的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù),最終完成基于多參數(shù)優(yōu)化全系統(tǒng)的平臺(tái)集成設(shè)計(jì)。
　　在平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)仿真分析方面,建立單個(gè)驅(qū)動(dòng)器及放大機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型,將其整合到全系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型,將結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果帶入動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)優(yōu)化前后的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比,包括不同輸入電流、不同負(fù)載情況下的位移響應(yīng)、瞬時(shí)加速度響應(yīng),分析平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)性能,并依此判斷優(yōu)化方法的有效性。利用有限元仿真軟件對(duì)