環(huán)狀超磁致伸縮致動器設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、超磁致伸縮材料(GMM)是一種性能優(yōu)異的新型功能材料，具有能量密度高、響應(yīng)速度快、磁致伸縮應(yīng)變系數(shù)大等諸多優(yōu)點(diǎn)。基于超磁致伸縮材料的超磁致伸縮致動器(GMA)以優(yōu)良的性能在高精密加工、航空航天以及軍工領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
　　本研究設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個環(huán)狀中空的超磁致伸縮致動器，可作為預(yù)緊力輸出設(shè)備直接裝配在滾珠絲杠上實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。通過輸出力和輸出位移的測算，結(jié)合材料性能及成本，采用了Terfenol-D作為超磁致伸縮材料，并確定了其幾何尺

2、寸。針對超磁致伸縮材料磁導(dǎo)率低的問題，設(shè)計(jì)了導(dǎo)磁回路并基于磁路理論進(jìn)行了磁場計(jì)算和仿真研究。研究表明，磁路結(jié)構(gòu)中的GMM軸向長度對其內(nèi)部磁場強(qiáng)度影響最大且負(fù)相關(guān)，其他構(gòu)件對GMM內(nèi)部磁場強(qiáng)度影響不大;穿過環(huán)狀GMA構(gòu)件的磁導(dǎo)率和導(dǎo)磁環(huán)軸向長度對GMM內(nèi)部磁場均勻性影響最大且為負(fù)相關(guān)。以此為依據(jù)，結(jié)合環(huán)狀GMA的整體尺寸要求進(jìn)行了磁路結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提升了其輸出性能。針對GMM輸出特性受溫度影響較大的情況，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了油冷式溫控結(jié)構(gòu)，對環(huán)狀GMA

3、內(nèi)的主要發(fā)熱源——驅(qū)動線圈采用循環(huán)油冷卻的方法進(jìn)行降溫，并進(jìn)行了溫度場仿真研究，結(jié)果表明循環(huán)油冷的方法可以有效降低環(huán)狀GMA內(nèi)部溫度且具有更加均勻的溫度場。通過仿真研究了溫度，機(jī)械耦合場對環(huán)狀GMA輸出力和輸出位移的影響，數(shù)據(jù)表明，良好的散熱可以將熱膨脹位移從15μm降至2μm，膨脹輸出力從1218N降至181N。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了環(huán)狀GMA的碟簧式預(yù)緊機(jī)構(gòu)，完成了整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并進(jìn)行了強(qiáng)度校核和形變估計(jì)，保證了在10000N外載荷下環(huán)狀GM