端部冷却式超磁致伸缩致动器的结构设计及实验研究

摘要

超磁致伸缩材料是一种新型功能材料，由于具有大的输出伸缩系数，输出力大，响应速度快等特点，在超精密加工、振动控制、传感器等各个方面得到广泛应用，得到了国内外广泛关注。本文根据超磁致伸缩材料的性能特点，利用国产的超磁致伸缩材料，在以往超磁致伸缩致动器的基础上，设计了具有新型冷却方式的磁致伸缩致动器结构。
　　超磁致伸缩致动器的设计关键在于磁场结构、温控结构以及预压机构三个方面。论文介绍了以往的冷却设计方案后，提出了综合磁场线圈结构与温控结构为一体的优化设计方案。通过端部冷却的方式完成超磁致伸缩致动器的冷却，有效控制内部温升。同时，保证磁场结构不受影响。
　　论文以压磁方程为基础，结合振动方程建立了超磁致伸缩系统的动力学模型及传递函数，通过使用MATLAB软件对模型进行了阶跃信号仿真。得到等效质量与等效阻尼系数对系统的响应速度等性能的影响。同时，对所设计的结构利用ANSYS软件做温度场的仿真，得到与理论设计基本一致的结果。利用ANSOFT软件做磁场部分仿真，得到较为理想的磁场强度结果。
　　论文根据设计的磁致伸缩致动器的性能搭建了合适的实验平台。分别测试了超磁致伸缩致动器的位移曲线、磁滞曲线、不同预压力下的输出位移曲线以及输出力曲线。
　　论文分析了目前电主轴的振动原因，根据实际测试数据，参考文献资料确定了利用超磁致伸缩致动器抑制电主轴振动的可行性。

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1 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 磁致伸缩材料

1.3 磁致伸缩材料的应用

1.4 论文项目来源及研究内容

2 端部冷却式超磁致伸缩致动器的设计

2.1 超磁致伸缩致动器的主要结构及设计步骤

2.2 超磁致伸缩致动器的具体设计过程

2.3 端部冷却式超磁致伸缩致动器总体结构

2.4 本章小结

3 超磁致伸缩致动器的相关模型建立及仿真

3.1 磁致伸缩致动器的动力学模型建立及仿真

3.2 端部冷却式超磁致伸缩致动器温度场Ansys软件仿真

3.3 端部冷却式超磁致伸缩致动器磁场的有限元仿真

3.4 本章小结

4 超磁致伸缩致动器实验平台的搭建

4.1超磁致伸缩致动器实验平台总成

4.2超磁致伸缩致动器实验平台硬件选择

4.3 超磁致伸缩致动器测试支架的设计

4.4 实验平台

4.5 本章小结

5 超磁致伸缩致动器的实验研究

5.1超磁致伸缩致动器实验的主要内容

5.2超磁致伸缩致动器的主要实验内容

5.3 本章小结

6 超磁致伸缩致动器应用于抑制电主轴振动的研究

6.1 高速电主轴简介

6.2 高速电主轴振动原因分析

6.3 振动控制方向的研究背景

6.4 超磁致伸缩致动器用于抑制主轴振动的可行性分析

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附 录