GMA止推油膜轴承瓦块均载调整试验研究

介绍了一种基于超磁致伸缩驱动器(GMA)的止推油膜轴承的结构和工作原理,搭建了GMA止推油膜轴承试验台,进行了止推油膜轴承的跑合试验、单瓦载荷调节试验以及手动和自动均载调节试验。该轴承以瓦块的温度作为反馈信号,改变GMA的伸长量可控制止推瓦块的油膜间隙,使同一止推轴承的不同瓦块承受载荷尽量均匀,能够防止止推轴承偏载现象发生,避免止推油膜轴承由于偏载引起的局部高温。试验结果表明,利用GMA调节止推轴承的油膜间隙、实现止推瓦块的均载方案是可行的。     

应用于主动控制油膜轴承的超磁致伸缩驱动器的实验研究

针对传统油膜轴承位置精度低和稳定性差的问题,研究开发了应用于主动控制油膜轴承的超磁致伸缩驱动器.设计并搭建了试验台,实测了驱动器的静态性能和动态性能.实验结果显示超磁致伸缩驱动器在常态磁场强度下可以产生与油膜厚度同一数量级的位移输出和较宽的静态调节范围;在2 000 Hz的激励电压作用下有良好的频响特性.说明所研制的超磁致伸缩驱动器能够用来控制油膜轴承的间隙,满足油膜轴承所支承转子的减振频率需要.     

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。     

基于流热固耦合的止推轴承仿真与实验研究

在考虑止推轴承、止推盘和油膜之间流固热多物理场耦合的情况下,建立了止推轴承的模型。考虑瓦块和止推盘受力、受热形变的影响,模拟出了转速在2 000r/min、4 000r/min、6 000r/min和8 000r/min时不同轴向载荷下的平均油膜厚度曲线。通过比较模拟曲线与实际测量曲线[1],得出在低转速下,模拟出的平均油膜厚度与实验所得相当吻合,并得到了油膜的压力分布图、厚度分布图和瓦块的温度云图,为推力轴承的设计以及旋转机械轴位移故障的准确诊断提供理论依据。     

超磁致伸缩材料微位移执行器的设计理论及方法

超磁致伸缩材料是一种新型的功能材料,其微位移执行器的设计理论和方法具有特殊性。分析了超磁致伸缩材料的工作特性,给出了超磁致伸缩微位移执行器的原型。在此基础上,建立了执行器的微位移传递机构、磁路、驱动线圈及其冷却等几个关键部分的数学模型,并提出其设计理论和方法。同时,采用上述理论和方法研制了超磁致伸缩微位移执行器样机,通过试验验证了其正确性和实用性。     

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。     

超磁致伸缩体内涡流效应有限元分析

为补偿涡流效应产生的温度与反相磁场对超磁致伸缩微位移驱动体位移输出造成的非线性,从电磁场基本原理出发,推导了超磁致伸缩驱动器内的涡流分布和大小的数学模型。利用伽辽金加权余量法和牛顿-拉夫逊迭代法得到涡流效应数学模型的解析公式。通过解析公式分析超磁致伸缩驱动器内驱动体横截面上的电磁场分布,进而得到驱动体上各部分涡流大小及分布与输入电流频率增加的对应关系。当输入频率大于1 kHz时,涡流有限元模型计算得到的涡流导致磁场损耗量与实测磁场强度相差约4.6 mT,表明此模型可以对超磁致伸缩驱动体内的涡流损耗进行有效的补偿。     

DEVELOPMENT OF THE CONTROL METHODOLOGY OF THE GIANT MAGNETOSTRICTIVE ACTUATOR BASED ON MAGNETIC FLUX DENSITY

According to the principle of the magnetostriction generating mechanism, the control modelof giant magnetostriction material based on magnetic field and the control method with magnetic fluxdensity are developed. Furthermore, this control method is used to develop a giant magnetostrictivemicro-displacement actuator (GMA) and its driving system. Two control methods whose control vari-ables are current intensity and magnetic flux density are compared with each other by experimentalstudies. Finally, effective methods on improving the linearity and control precision of mi-cro-displacement actuator and reducing the hysteresis based on the controlling magnetic flux densityare obtained.     

超磁致伸缩驱动器建模及其迟滞补偿

本文提出了用超磁致伸缩材料与压曲放大机构相结合构成微位移驱动器的方法,建立了超磁致伸缩执行器的控制系统传递函数模型。文中对所建立的系统进行了相频和幅频特性的理论分析和实验,合理地解释了此系统的迟滞曲线随输入信号频率变化的原因。为了进行迟滞非线性补偿,提出了相位补偿与迟滞逆模型相结合来补偿迟滞特性的控制方法。实验结果证明了系统理论模型的准确性和补偿控制方法的有效性。     

推力轴承支承方式及间隙影响研究

研究了推力轴承支承方式及油膜间隙对推力轴承性能的影响,利用Newton-Raphson法编制差分计算程序,求得了推力轴承Reynolds方程和二维能量方程的数值解,得到了不同支撑方式下瓦块的油膜厚度、压力分布和温度分布。计算结果表明,点支承扇形瓦推力轴承的热力学性能要好于线支承扇形瓦推力轴承,同时支承处的油膜厚度对瓦块的承载能力影响很大。可以通过控制每个瓦块支承处的油膜厚度,避免推力轴承内部偏载的发生,降低推力瓦块的最大温升。     

基于超磁致伸缩材料的折弯型压曲放大机构设计、分析与控制

为满足微位移定位系统的应用要求,设计由超磁致伸缩材料驱动的新型折弯型柔性压曲放大机构。在其他微位移放大机构的基础上,设计便于制作和使用的二维平面型折弯型机构,该机构在实现微位移放大的同时也使位移的方向产生90°转变。通过有限元计算分析,优化折弯屈曲板的结构参数。针对超磁致伸缩材料输出位移与输入电流间磁滞非线性与其负载和频率的关系,采用BP神经网络分别构造磁滞上升半环和下降半环的逆模型,并通过输入信号对其进行选择从而进行磁滞补偿。仿真试验结果验证了该方法的有效性。构建基于超磁致伸缩材料驱动的压曲放大机构试验装置,采用该装置,分别对单环磁滞和多环磁滞进行补偿控制试验,获得了满意的位移控制效果。     

新型高速强力电磁阀设计

提出了在体积、位移及驱动力等多目标约束条件下的高速强力电磁阀的设计方法。采用超磁致伸缩材料作为阀芯的高频响应元件，及精心设计的阀驱动电路，以提高电磁阀的响应频率；设计了可保持超磁致伸缩材料端面压力恒定，而可以放大阀芯位移量的多级新型微位移放大机构，以满足材料性能和阀芯开启量的要求。     

用于超精密隔振的稀土超磁致伸缩致动器设计

介绍了超精密隔振平台的结构和振动控制原理 ,设计了稀土超磁致伸缩致动器作为驱动装置 ,并阐明致动器的结构和工作原理 ;分析了致动器工作磁场的组成及线圈轴向磁场的分布情况 ;研究了致动器振动控制的频率特性。实验表明所设计的稀土超磁致伸缩致动器具有良好的振动控制效果。     

刚性和弹性支撑可倾瓦推力轴承稳态特性分析

建立刚性球头支撑和弹性橡胶垫支撑可倾瓦推力轴承热弹流耦合模型；在弹性橡胶垫支撑可倾瓦推力轴承橡胶垫的弹性变形分析中采用了变形协调矩阵方法，以协调匹配橡胶垫变形和水膜厚度分布，同时在搜索稳态解的过程中引入模拟退火算法；基于变分原理求解Reynolds方程，得到了轴承水膜压力分布，并比较2种推力轴承在转子存在角不对中时的静特性。结果表明：理想工况下，刚、弹支可倾瓦推力轴承稳态特性没有明显区别；当转子存在不对中时，刚性球头支撑可倾瓦轴承在不同瓦块之间受力偏载严重，进而导致瓦面最小水膜厚度过小，瓦块容易出现磨损，而弹性支撑瓦不同瓦块之间水膜力分布更均匀，利于轴承的长期可靠运行。