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《超磁致伸縮微位移驅(qū)動系統(tǒng)的研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、DescendResearch超磁致伸縮微位移驅(qū)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(xué))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(yīng)變■大，能■密度高■機(jī)電耦合系數(shù)大等特性。文章分析了超磁致伸縮材料的驅(qū)動原理，介紹了超磁致伸縮微位移驅(qū)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(biāo)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。關(guān)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(shù)是精密加工和超精密加工的關(guān)鍵技術(shù)之一,被廣泛應(yīng)用于超精密加工中，以調(diào)整工具、保證工件的加工尺寸精度和表面質(zhì)量。如超精密車削中，金剛石刀具的切深微調(diào)要保證在亞微米級的精度；在超精密磨削中，砂輪的微進(jìn)給量要求達(dá)到百分之幾微米;用于超精密機(jī)床的誤差補(bǔ)償微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)，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(jī)械研究的興起，以及與之相應(yīng)的微操作的迫切需要，對微位移技術(shù)提出了越來越髙的要求，要求其定位精度高、響應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)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(guān)的研究又開拓了一片新的領(lǐng)域。本文著重對基于趙磁致伸縮林料種新型的電(磁)一機(jī)械能轉(zhuǎn)換材料的微位移驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行研究C2超磁致伸縮材料及其驅(qū)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(jī)械能轉(zhuǎn)換材料,是繼稀土永磁、稀土發(fā)光、稀土商溫超導(dǎo)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(jì)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(dú)特的性能:在室溫下的應(yīng)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(jī)電耦介系數(shù)大(0.72);響應(yīng)速度快(達(dá)到屮級)；輸岀力大，可達(dá)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(yīng)變、平均磁場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、內(nèi)應(yīng)力和磁致伸縮應(yīng)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(dǎo)率,它們分別受磁場強(qiáng)度及應(yīng)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(jìn)水口致伸締材料6.顱壓彈*7.變形部分8.永久趙鐵9.導(dǎo)礎(chǔ)體10.駝動線圈圖1是筆者根據(jù)超磁致伸縮材料的驅(qū)動特性所采用的馳動原理簡圖。圖中?導(dǎo)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(yù)壓彈箕6給超磁致伸縮材料5提供一定的預(yù)壓力■以增大其伸長屋;超磁致伸縮材料
6、5的驅(qū)動磁場是由永久磁鐵8產(chǎn)生的偏賈磁場與驅(qū)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(diǎn)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2000014109)?21?設(shè)計與研究DesignandResearch疊加而成，并通過改變可控恒流源3的驅(qū)動電流以產(chǎn)生相應(yīng)的微位移；為了抑制由于驅(qū)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(nèi)。3系統(tǒng)的組成及工作原理圖2是超磁致伸縮微位移驅(qū)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(nèi)置單片機(jī)的超磁致伸縮執(zhí)行
7、器驅(qū)動電源，單片機(jī)通過讀取按鍵的設(shè)定值來調(diào)用相對應(yīng)的程序?并將相應(yīng)的輸出電流的數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)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(qū)動線圈產(chǎn)生相應(yīng)的磁場來驅(qū)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(jī)構(gòu)傳遞岀來<：K2趙您敘伸縮徵位移驅(qū)動系統(tǒng)的組成原理框圖為了提高超磁致伸縮微位移驅(qū)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(qū)動磁場進(jìn)行監(jiān)測，并通過位移傳感器實(shí)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(qū)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(shè)計的難點(diǎn)和重點(diǎn)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(qū)動精度的要求。因此設(shè)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(jī)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)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(diǎn)?同時還具有柔性部分在變形時無應(yīng)力集中、疲勞強(qiáng)度高、制造校為容易等特點(diǎn)。本系統(tǒng)不僅可以采用單片機(jī)控制
