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《超磁致伸縮微位移驅動系統(tǒng)的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在工程資料-天天文庫。
1、DescendResearch超磁致伸縮微位移驅動系統(tǒng)的研究ResearchonSuper-Magneto6trictiveMicro-displacementDrivingSystem楊興賈振元文東綽郭東明(大連理工大學)摘要:趙磁致伸縮材料是近年來發(fā)展起來的一種新型功能材料，具有在室溫下應變■大，能■密度高■機電耦合系數(shù)大等特性。文章分析了超磁致伸縮材料的驅動原理，介紹了超磁致伸縮微位移驅動系統(tǒng)的組成及工作原理，并對該系統(tǒng)的伸長■、微位移精度等性能指標進行了實驗研究。關鍵詞:超磁致伸縮微位移控
2、制系統(tǒng)3-01前言微位移技術是精密加工和超精密加工的關鍵技術之一,被廣泛應用于超精密加工中，以調整工具、保證工件的加工尺寸精度和表面質量。如超精密車削中，金剛石刀具的切深微調要保證在亞微米級的精度；在超精密磨削中，砂輪的微進給量要求達到百分之幾微米;用于超精密機床的誤差補償微量進給機構，其位移精度要求更高C近年來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，微機械研究的興起，以及與之相應的微操作的迫切需要，對微位移技術提出了越來越髙的要求，要求其定位精度高、響應速度快、轉換效率高、功率密度大C目前，隨
3、著一些新型功能材料的出現(xiàn)，為微位移及其相關的研究又開拓了一片新的領域。本文著重對基于趙磁致伸縮林料種新型的電(磁)一機械能轉換材料的微位移驅動系統(tǒng)進行研究C2超磁致伸縮材料及其驅動原理稀土鐵系超大磁致伸縮材料是一種新顯、高效的磁(電)一機械能轉換材料,是繼稀土永磁、稀土發(fā)光、稀土商溫超導材料之后興起的又一種稀土功能材料,是由美國水面武器中心的Clark博士于20世紀70年代初首先發(fā)現(xiàn)的在室溫和低磁場下有很大的磁致伸縮系數(shù)的三元稀土鐵化合物二與壓電材料(PZD及傳統(tǒng)的磁致伸縮材料銀、鉆等相比，超磁致
4、仲縮材料具有獨特的性能:在室溫下的應變值很大?是鐮的40-50倍,是壓電陶瓷的5~8倍；能伙密度髙(14000~25000J/m3),足操的400~500倍,是壓電陶瓷的10~14倍;機電耦介系數(shù)大(0.72);響應速度快(達到屮級)；輸岀力大，可達22O?88O0c超磁致伸縮材料的特性可由磁致伸縮方程表示,式(1)和式(2)是考慮熱變形的磁致伸縮方程式淚c￡=+松令a^T(1)B=do+f/H(2)式中:sH、B、d和d分別表示超磁致伸縮材料的應變、平均磁場強度、磁感應強度、內應力和磁致伸縮應變
5、系數(shù)；a和分別表示超磁致伸縮材料單位長度的熱膨脹系數(shù)和平均溫升；s"和//分別表示超磁致伸縮材料的柔度系數(shù)和磁導率,它們分別受磁場強度及應力的影響°圖1超陋致伸第林料興動原理用圖1.冷卻水管2.出水口3.可桂恒流源4?進水口致伸締材料6.顱壓彈*7.變形部分8.永久趙鐵9.導礎體10.駝動線圈圖1是筆者根據(jù)超磁致伸縮材料的驅動特性所采用的馳動原理簡圖。圖中?導磁體9、永久磁鐵8與超磁致伸縮材料5組成閉合磁路，以減少磁泄漏；預壓彈箕6給超磁致伸縮材料5提供一定的預壓力■以增大其伸長屋;超磁致伸縮材料
6、5的驅動磁場是由永久磁鐵8產(chǎn)生的偏賈磁場與驅動線圈10產(chǎn)生的變化磁場2001條第9鳩*教仔部高校博七點專項基金資助項目(2000014109)?21?設計與研究DesignandResearch疊加而成，并通過改變可控恒流源3的驅動電流以產(chǎn)生相應的微位移；為了抑制由于驅動線圈10的發(fā)熱而引起的超磁致伸縮材料5的熱伸長?采用通人恒溫水的方法將超磁致伸縮材料的溫升控制在一定范圍內。3系統(tǒng)的組成及工作原理圖2是超磁致伸縮微位移驅動系統(tǒng)的組成原理框圖劉。從圖中可知：本系統(tǒng)的核心是內置單片機的超磁致伸縮執(zhí)行
7、器驅動電源，單片機通過讀取按鍵的設定值來調用相對應的程序?并將相應的輸出電流的數(shù)字量經(jīng)D/A轉換器轉換為-5~+5V的電壓信號，功率放大部分再將其放大為-3~+3A的電流信號，以使驅動線圈產(chǎn)生相應的磁場來驅動超磁致伸縮材料,然后將超磁致伸縮材料產(chǎn)生的位移通過執(zhí)行機構傳遞岀來<：K2趙您敘伸縮徵位移驅動系統(tǒng)的組成原理框圖為了提高超磁致伸縮微位移驅動系統(tǒng)的控制精度，減小滯回等非線性特性，筆者通過霍爾傳感器直接對超磁致伸縮材料的驅動磁場進行監(jiān)測，并通過位移傳感器實現(xiàn)了輸出位移的閉環(huán)控制c并加入了恒溫水冷
8、卻系統(tǒng)，以抑制由于驅動線圈的發(fā)熱而引起超磁致伸縮材料的熱伸長。超磁致伸縮材料的微位移和輸出力的傳遞是整個系統(tǒng)設計的難點和重點之一,普通的傳動副的做位移箱度低，并且存在摩擦和爬行現(xiàn)象?難以滿足微米、納米級微位移驅動精度的要求。因此設計了一種中心厚、邊緣薄、周邊固支的圓形膜片做為該微位移執(zhí)行器的傳遞機構，這種結構不僅具有柔性較鏈的零件少、無摩擦、無磨損、無傳動間隙、自身具有回程反力等優(yōu)點?同時還具有柔性部分在變形時無應力集中、疲勞強度高、制造校為容易等特點。本系統(tǒng)不僅可以采用單片機控制
