超磁致伸缩驱动的谐波传动驱动装置设计研究

摘要

本论文在国家自然科学基金项目“超磁致伸缩驱动的谐波齿轮传动及其控制策略研究”（项目批准号:51275069）的资助下，结合谐波齿轮传动特性及超磁致伸缩材料(GiantMagnetostrictive Material，简写为GMM)的磁致伸缩伸缩特性，对超磁致伸缩驱动的谐波齿轮传动驱动装置进行了研究。
　　首先，从GMM的压磁方程、位移-力输出特性出发，阐述了GMM的磁致伸缩特性以及输出位移-力特性。并针对尺寸规格为Φ14mm×45mm的GMM棒，结合160机型谐波电机波发生器结构尺寸限制，设计出相应的超磁致伸缩致动器;并针对磁致伸缩微位移放大的设计要求，设计出一种内置温度补偿机构的封闭式液压微位移放大器。
　　其次，对所设计的超磁致伸缩致动器进行了电磁场及温度场数值分析。根据电磁场数值分析结果，对磁场均匀性以及磁致伸缩位移进行了相应的分析和计算，并针对温度场数值分析得到的结果，对采用相变材料MG37作为吸热介质的温控模式进行了评估。
　　研制出相应的超磁致伸缩致动器，并作碟形弹簧标定、超磁致伸缩致动器温度特性，以及负载对致动器输出位移影响的特性实验研究，得到尺寸规格Φ14mm×45mm的GMM棒的位移-力输出特性以及输出位移、力量级，为160机型超磁致伸缩驱动谐波电机的GMM棒尺寸规格的最终确定奠定参照依据。
　　最后，设计出一种160机型超磁致伸缩驱动谐波电机的整机结构，该结构设计简单，工程应用易于实现，并且具备良好的整机散热效果，可有效解决整机温升问题。并探讨了超磁致伸缩驱动的谐波齿轮传动相应的驱动控制策略，研究成果为超磁致伸缩驱动的谐波齿轮传动的实际应用奠定了一定的关键技术支撑。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 新型谐波传动研究现状

1．2．1 电磁驱动谐波齿轮传动

1．2．2 压电驱动谐波齿轮传动

1．2．3 静电驱动谐波齿轮传动

1．2．4 液压驱动谐波齿轮传动

1．3 超磁致伸缩驱动的谐波齿轮传动方案构想

1．4 课题来源及论文主要研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 论文的主要研究内容

2 超磁致伸缩驱动装置设计

2．1 GMM的压磁特性及位移-力输出特性

2．1．1 压磁方程

2．1．2 位移-力输出特性

2．2 布局设计

2．3 电磁设计

2．3．1 驱动磁场强度确定

2．3．2 驱动线圈设计

2．3．3 磁路设计

2．4 预压机构设计

2．5 温控设计

2．5．1 温升影响分析

2．5．2 相变温控设计

2．6 液压微位移放大器设计

2．7 超磁致伸缩驱动装置设计结果

3 超磁致伸缩致动器电磁场及温度场数值分析

3．1 超磁致伸缩致动器电磁场数值分析

3．1．1 磁场均匀性分析

3．1．2 磁致伸缩位移分析

3．2 超磁致伸缩致动器温度场数值分析

3．2．1 无温控温升特性

3．2．2 相变温控温升特性

4 超磁致伸缩致动器特性实验研究

4．1 实验平台搭建

4．2 超磁致伸缩致动器特性实验

4．2．1 碟形弹簧标定实验

4．2．2 温度特性实验

4．2．3 负载对致动器输出位移影响实验

5 超磁致伸缩驱动谐波电机整机设计及控制策略构想

5．1 超磁致伸缩驱动谐波电机整机设计

5．2 超磁致伸缩驱动谐波传动控制策略构想

结论

参考文献

附录A 实验相关照片

攻读硕士学位期间发表学术论文及专利申请情况

致谢