超磁致伸縮換能器耦合磁彈性理論及車削加工應用研究.pdf

1、采用超磁致伸縮換能器驅(qū)動的非圓型面精密加工刀架，具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、重復精度高、無間隙、剛性好、傳動慣性小、工作穩(wěn)定性好等優(yōu)點，既可實現(xiàn)無模體自動控制高精密加工，克服傳統(tǒng)硬靠模法的缺點，又可克服以電磁力推動車刀進給的軟靠模方法精度差的缺點，更適用于復雜型線或硬質(zhì)基體的加工。因此，將為高精機械設(shè)備制造業(yè)帶來加工方式的重大變革。但超磁致伸縮換能器在實際應用中涉及非線性振動、磁彈性動力學、精密機械加工、自動控制等諸多學科的交叉，材料內(nèi)部的磁滯回

2、、渦流、磁機耦合、以及在磁場作用下的溫升等非線性問題，是導致使超磁致伸縮換能器微動精度不高、制約超磁致伸縮換能器理論研究和實際應用的關(guān)鍵技術(shù)難題。
　　 雖然在眾多研究者的努力下，超磁致伸縮材料器件的理論研究取得了一定的成績，但是，大部分研究主要集中在磁致伸縮組件的磁化和控制理論的研究，相關(guān)的理論建模主要集中在對微機械特性、非線性磁滯回特性近似方法以及基于熱平衡的磁疇理論等方面。近年來的磁致伸縮模型則主要是基于典型的能量基礎(chǔ)理論

3、來量化介于晶格間的原子力矩，或通過構(gòu)建擴展多項式來量化磁致伸縮現(xiàn)象，而很少有結(jié)果是可普遍用于描述磁致伸縮材料的非線性耦合磁彈性特性的。由輸入場確定磁致伸縮應變的非線性模型，在用來描述超磁致伸縮材料的耦合磁彈性問題上，相關(guān)文獻曾提及過，但在用于描述車削加工的磁致伸縮換能器的應變模型及近似方法上仍是不足的?；谏鲜鲈?，本文展開了對超磁致伸縮材料非線性特性和用于車削加工的超磁致伸縮換能器磁機耦合問題的研究，為超磁致伸縮換能器在非圓型面車削加

4、工領(lǐng)域的應用提供了理論基礎(chǔ)，具有重要的理論和應用價值。主要研究內(nèi)容如下：
　　 1、通過超磁致伸縮車削刀架性能實驗，分析電流（磁場強度）及預壓力對超磁致伸縮材料變形量的影響，從中找出電流強度、預壓力與超磁致伸縮材料伸縮量相互間的函數(shù)關(guān)系。
　　 2、通過對活塞裙面變橢圓截面及中凸型線的成型理論分析，解決了插值過程中出現(xiàn)的由端點處二階導數(shù)引起的插值波動問題。通過對橢圓截面和中凸型面加工軌跡的合成，建立了超磁致伸縮活塞車削系

5、統(tǒng)的模擬加工軌跡，首次提出了活塞中凸變型面的超磁致伸縮車削加工機理，并建立了活塞型面加工所需的數(shù)據(jù)文件。
　　 3、根據(jù)壓磁理論，對穩(wěn)態(tài)磁場作用下?lián)Q能器系統(tǒng)進行分析，引入了預壓彈簧的非線性特性，提出了含有平方、立方非線性項的超磁致伸縮換能器系統(tǒng)力學模型，并分析討論了力學模型可能存在的混沌現(xiàn)象。通過動態(tài)仿真和數(shù)值模擬對換能器系統(tǒng)進行理論分析，確立了影響換能器系統(tǒng)非線性特性的主要因素。
　　 4、利用Maxwell's方程提

6、出了含有材料特性參數(shù)的內(nèi)部磁場分布函數(shù)，建立了超磁致伸縮材料內(nèi)部磁場表達式，首次將材料特性參數(shù)引入了材料內(nèi)部磁場分析過程中。并分析討論了影響材料內(nèi)部磁場分布的主要影響因素。
　　 5、基于所建立的超磁致伸縮材料內(nèi)部磁場分布函數(shù)，改進了Jiles-Atherton非線性滯回模型，將超磁致伸縮材料內(nèi)部磁場特性引入了滯回特性的分析過程中。通過分析討論材料參數(shù)和渦流對滯回特性的影響，表明在較高激勵頻率作用下，應充分考慮材料內(nèi)部的磁場分布

7、特性。
　　 6、根據(jù)磁彈性理論，綜合考慮超磁致伸縮材料的特性參數(shù)、材料內(nèi)部磁場分布和偏置磁場的影響，提出了超磁致伸縮換能器耦合磁彈性理論模型，建立了復系數(shù)位移分布方程。在不同邊界條件下，對理論模型進行了分析討論。通過仿真結(jié)果與文獻實驗測試結(jié)果的比較，驗證了理論模型的合理性。并在不同參數(shù)條件下，分析討論了相關(guān)因素對換能器輸出性能的影響。
　　 7、在對超磁致伸縮材料輸出端位移假設(shè)的基礎(chǔ)上，提出了以輸出頂桿為研究對象、考慮