基于超磁致伸缩材料微位移驱动器的原理及实验研究

文章分析了超磁致伸缩材料的特性和驱动原理,在此基础上自行研制了超磁致伸缩微位移驱动器,并设计了测控系统。经实验获得该驱动器偏置电流、预压力和静态位移输出等性能参数,结果表明驱动器性能达到精密定位控制的要求,为研制精密加工部件奠定基础。     

基于超磁致伸缩材料的微位移驱动器特性研究

具有立方莱夫斯相结构的Ｒｆｅ２雁化合物ＴｂｘＤｙ（１－ｘ）Ｆｅ２，在室温环境下具有极大的磁致伸缩量，应用这种材料研制的微位移驱动器，具有大位移高分辨率及大输出力等特点。从驱动器使用角度出发，对这种材料的原理及特性进行了阐述，同时分析了超微致伸缩驱动器的结构及特性。设计并研制了超磁致伸缩微位移驱动器，通过实验分析，驱动器的位移分辨率达０．５ｎｍ，行程范围４０μｍ，在精密及超精密加工领域有着广阔的应用     

微位移驱动器在止推油膜轴承中的应用

针对止推油膜轴承的偏载问题,研究了微位移驱动器在止推油膜轴承中的应用。通过理论计算得到油膜厚度、压力和温度分布,分析了止推轴承油膜厚度的变化对载荷与温度的影响。设计了一种超磁致伸缩微位移驱动器微位移驱动器,并建立了杠杆试验机测试其静态位移输出特性,证实超磁致伸缩微位移驱动器具有与润滑膜厚同一数量级的位移输出,可应用于止推轴承油膜间隙的主动调节,均衡瓦块间载荷并降低温升。利用超磁致伸缩微位移驱动器微位移驱动器设计了一种新型结构的可自动调节间隙的止推油膜轴承,并建立了用于测试该新型轴承的止推轴承实验台。     

超磁致伸缩驱动器及有限元分析方法的研究

新型超磁致伸缩材料TbDyFe具有输出力大、位移分辨力高及位移范围大等特点,将其应用于微位移驱动器中,将极大的提高驱动器的性能指标,从而推动超精加工技术的发展.文中介绍了应用超磁致伸缩材料研制的驱动器的结构及性能,并利用有限元方法对建立磁-机械耦合模型进行分析,以利于计算机的模拟仿真,对驱动器进行分析及设计.     

超磁致伸缩材料微位移驱动器的实验研究

针对超磁致伸缩材料微位移驱动器在精密定位控制中存在的迟滞和位移非线性等不足,对超磁致伸缩材料微位移驱动器进行实验研究,介绍了微位移驱动器中预紧机构和放大机构的设计理论、设计过程和研究方法。研究结果表明:微位移驱动器的控制精度高、重复性好且适用范围较大。     

大行程精密定位超磁致伸缩驱动器的设计与控制

实现一种新型的固态智能材料驱动大行程精密驱动器的设计和控制。基于超磁致伸缩驱动原理和柔性铰链放大机构,采用非永磁和永磁偏置驱动器粗—精驱动组合设计,研制大行程精密超磁致伸缩组合驱动器。建立永磁偏置下的电磁、永磁复合磁场激励的驱动器位移控制系统传递函数模型,实现了粗、精分级精密定位控制方法。实现一套超磁致伸缩组合驱动器原型样机,并进行了精密定位驱动试验验证测试。试验结果证明系统模型的准确性和控制方法的有效性,样机驱动行程可达0.71 mm。并测得在温升负效应情况下,控制行程在0.6 mm范围内,所设计超磁致伸缩组合驱动器位移分辨率为±30 nm,驱动位移精度达±90 nm。研究成果可广泛用于基于固态智能材料驱动的大行程精密驱动装置的设计和实现。     

双相对置超磁致伸缩驱动器输出位移的有限元分析

为了充分发挥超磁致伸缩材料的性能,提高超磁致伸缩驱动器的输出特性,提出了一种双相对置超磁致伸缩新型驱动器,介绍了新型驱动的结构组成与工作原理.在建立双相对置超磁致伸缩驱动器轴对称模型基础上,利用有限元法对驱动器的磁场分布进行了分析,并通过数值积分方法计算在不同励磁电流激励下超磁致伸缩棒的伸长量,并最终计算出驱动器的输出位移,根据计算结果对驱动器的线性工作范围做出了有效的估计.结果表明,新型驱动器具有更好的输出线性度和更大的输出位移.     

超磁致伸缩驱动器热输出的抑制与补偿方法

超磁致伸缩驱动器具有输出应变大、响应速度快、低频特性好等特点。已经应用于机床的整体和部件的振动控制实验研究。超磁致伸缩材料的热变形严重影响驱动器的输出精度。文章提出了四种抑制或补偿超磁致伸缩驱动器热位移的方法。     

超磁致伸缩微位移驱动器设计

针对超磁致伸缩材料,设计一种超磁致伸缩微位移驱动器并实现对其控制。在分析超磁致伸缩材料工作特性和超磁致伸缩驱动器工作原理的基础上,确定超磁致伸缩驱动器的结构参数,并应用有限元软件对超磁致伸缩驱动器的机械结构进行电磁场分析,比较无偏置磁场和含偏置磁场下超磁致伸缩材料所处位置的平均磁场强度,验证驱动器机械结构的合理性。同时设计压控电流源,利用基于数字信号处理器的控制器中数模转换电路控制压控电流源,使激励线圈配合偏置线圈产生所需磁场。实验表明,在给定预紧力和偏置磁场条件下,超磁致伸缩材料在2A激励电流下可输出行程为27.1μm,位移精度0.1μm,磁滞回线的平均厚度为3.29μm,验证了超磁致伸缩驱动器结构设计的合理性。     

超磁致伸缩薄膜微机械变形镜驱动器的研究

分析了微机械变形镜MEMS驱动器的种类及其特点,并在磁致伸缩薄膜具有低磁场下的大形变、低功耗、高响应速度等特性基础上,提出了超磁致伸缩薄膜MEMS驱动器的原理.由于TbFe磁致伸缩薄膜在外加磁场作用下,微桥将在水平方向上产生伸长变形,从而引起微桥在垂直方向上发生位移.根据这一原理,设计了一种用于微机械变形镜MEMS驱动器的超磁致伸缩薄膜驱动结构,同时提出制作磁致伸缩薄膜连续式微机械变形镜的工艺流程.     

介电弹性体摆动驱动器的分析与实现

根据介电弹性体摆动驱动器的工作原理,设计了摆动驱动器.通过对比试验得到性能较佳的摆动驱动器,该摆动驱动器的研究可为仿生机器人的驱动实现提供一种可能的解决方案.     

测量光路中调焦音圈电机特性的仿真分析

对测量光路中调焦音圈电机的特性进行了分析,通过对音圈电机特性的仿真,定性分析音圈电机设计参数对电机特性的影响情况。从建立音圈电机的数学模型出发,利用仿真软件Simulink实现音圈电机的建模、特性仿真。得到仿真结果后,通过适当调整电机的设计参数,分析电机特性的变化。仿真结果表明,音圈电机动子质量、磁钢磁密等参数的变化都对电机的响应时间、平稳性、稳态误差有较大的影响。在原设计的基础上,可适当地增加电机动子的质量以及磁钢磁密来减小响应时间和稳态误差。这些分析结果为音圈电机的加工、测量基础光路中调焦功能的实现奠定了基础。     

一种并联式半主动悬架作动器研究

提出了一种并联式滚珠丝杠半主动悬架作动器结构。建立了滚珠丝杠作动器数学模型,并利用MATLAB/Simulink软件对并联式滚珠丝杠半主动悬架作动器进行了阻尼特性与馈能特性仿真,验证了结构的可行性。仿真结果表明:作动器阻尼力为0~1200N;作动器在低频振动下可以产生的馈能电压为0~6V,馈能功率为0~80W,馈能效率为41.61%~48.72%。在参数优化的基础上试制了作动器物理样机,齿轮采用铝制材料经线切割而成,因此作动器响应速度良好,最后进行了作动器馈能特性试验。     

尺蠖型压电直线驱动器的动态特性

分析了尺蠖型压电直线驱动器的结构原理,建立了驱动器系统动力学模型。对驱动器定子进行了模态分析,并对分析结果进行了评价。对设计开发的驱动器样机输出特性进行了试验测试,实验测得驱动器单步输出位移稳定可靠,100 V驱动电压下,单步输出位移为9.8 μm。对驱动器直线动子的速度、加速度特性进行了测试,依据速度、加速度信号进一步分析了驱动器的动态响应特性。实验结果表明,所开发的驱动器具有动态特性好、运动稳定等优点。     

民用液压舵机动刚度研究浅析

液压伺服舵机广泛应用于民机电传飞行控制系统,舵机的众多特性引起了设计者的重视。动刚度作为液压舵机的一项重要性能指标,对飞机飞行安全有重大意义,其设计必须满足飞机操纵面颤振抑制要求。介绍了液压舵机动刚度的定义、动刚度特性研究的重要性、操纵面防颤振抑制设计原则以及舵机防颤振抑制设计方法。建立了液压舵机系统数学模型,提出了舵机动刚度特性的分析和测试验证方法。随着电液伺服技术和民用舵机设计的发展,舵机动刚度特性的研究将引起更多工程设计人员的重视。     

热压电仿生热鲁棒结构的致动器最优配置

研究热压电仿生热鲁棒结构中的致动器放置优化问题。为找到热压电致动器的最优放置,提出了热压电介质的主导方程,讨论了各耦合因素对仿生热鲁棒结构控制的影响及致动器的工作机理。提出目标函数来评价系统可控性以优化致动器的放置,并讨论了致动器放置与系统可控性间的关系。基于致动器优化放置的分析结果,确定仿生热鲁棒结构中致动器优化放置的准则。因而,仿生热鲁棒结构的最佳致动器配置能从可能的致动器配置中得到,使系统具有最佳的热鲁棒性和控制效率。     

基于改变正压力的惯性式压电旋转机构的研究

提出通过机械方式控制压电移动机构和支撑面之间摩擦力的有序变化,形成有规律的新型惯性式压电旋转机构的研究方案。设计了旋转机构的结构模型,分析了机构的运动原理,建立了机构的动力学模型,应用现代控制理论,利用Matlab对机构进行了运动学仿真,得到了机构位移、速度仿真曲线,设计、制作了旋转机构样机,并作了相关的性能测试。仿真分析结果和试验结果表明了运动机理和动力学模型的正确性。     

压电陶瓷驱动球基微驱动器的动力学研究

研制出了尺寸为30 mm×30 mm×50 mm的压电陶瓷驱动的球基微驱动器样机,并对该微驱动器进行动力学分析以及微型轴孔装配的实验研究。建立了微驱动器金属球空间坐标关系,分析了球基微驱动器的动力学特征,并建立了其动力学模型。采用龙格-库塔法计算出了微驱动器的动力学参数,并利用MATLAB的SIMULINK模块搭建了微驱动器的仿真模型,并对其进行了动力学仿真分析。研制出了球基微驱动器样机,并在此基础上,集成微夹持器形成微操作器,对微驱动器性能进行了实验测试,并开展了Φ180 μm微型轴与Φ200 μm微型孔之间的精密微装配实验研究。最后,分析了微驱动器金属球质量、驱动信号频率、以及金属球与微驱动单元摩擦块接触表面摩擦系数对其性能的影响。实验结果表明:该球基微驱动器的转动分辨率为0.000 1°,转动定位精度为0.000 5°,微驱动器最大工作频率为1 200 Hz。实验结果验证了逆转振动模型的正确性,由该微驱动器所集成的微操作器,完全可以满足对微小元器件的微米级操作与装配等精密作业的要求。     

压电旋转驱动器制作及性能测试

提出了通过控制正压力来改变摩擦力的方案,进而研制了一种以压电叠堆为动力转换元件的新型压电旋转驱动器。采用两个驱动用压电叠堆对称布置的方式设计了该旋转驱动器结构,探讨了旋转驱动器运动机理,制作了压电旋转驱动器试验样机并对其进行了试验测试。试验结果表明,该驱动器输出步长线性度较好,当驱动电压为10 V、频率为2 Hz时,驱动器旋转步长为20 μrad。分析了驱动器输出稳定性,针对存在的问题提出通过施加控制系统来有效提高不同起始位置驱动器的运动稳定性。对试验结果进行误差分析,找出了产生误差的原因,为驱动器的进一步优化设计提供了参考。研究证明了该压电旋转驱动器设计方法的可行性,利用该方法可以制作出结构简单,体积小,适合在微驱动领域中应用的驱动器。     

Development and characterization of a novel piezoelectric-driven stick-slip actuator with anisotropic-friction surfaces

This paper reports a novel piezoelectric-driven stick-slip (PDSS) actuator with working surfaces of anisotropic friction. Compared to existing PDSS actuators, the new PDSS actuator has the higher efficiency and higher loading capability. The working surfaces of the new actuator were fabricated by employing hot filament chemical vapor deposition and ion beam etching. The surfaces were constructed such that they can provide with different levels of friction dependent on the direction of their relative motion, thereby providing a means to enhance the actuator performance. The performance of the novel actuator was characterized and compared to that of a PDSS actuator with the normal working surfaces, demonstrating its performance improvement.