基于超磁致伸縮材料的氣動(dòng)高速開關(guān)閥的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、氣動(dòng)高速開關(guān)閥在PWM工作模式下的比例控制特性,使其具有了替代價(jià)格高昂的氣動(dòng)比例伺服閥,用于實(shí)現(xiàn)低成本伺服控制的可能性。超磁致伸縮材料,擁有響應(yīng)速度快、輸出力大、并可在低磁場強(qiáng)度下動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn),有利于從根本上提高開關(guān)閥的頻響。本文首次把超磁致伸縮材料引入氣動(dòng)高速開關(guān)閥中,提出了具有新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案,并對該類高速開關(guān)閥所具有的工作特性進(jìn)行了深入的研究。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分:
　　 第一,本文首先分析了現(xiàn)今氣動(dòng)高速開關(guān)閥中存

2、在的問題,論述了超磁致伸縮材料的磁致伸縮機(jī)理及其性能特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,提出了一種基于超磁致伸縮材料的氣動(dòng)高速開關(guān)閥的新結(jié)構(gòu)。
　　 第二,對基于超磁致伸縮材料的氣動(dòng)高速開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)致的分析研究。主要涉及開關(guān)閥線圈及其骨架設(shè)計(jì)、溫度場仿真及熱補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、磁路設(shè)計(jì)及電磁場仿真、預(yù)壓力和微位移放大機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真,解決了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題,為研制具有較高性能的氣動(dòng)高速開關(guān)閥的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
　　 第三,在前述新

3、型氣動(dòng)高速開關(guān)閥硬件方案基礎(chǔ)上,基于超磁致伸縮機(jī)電轉(zhuǎn)換模型、材料力學(xué)以及懸臂梁振動(dòng)等理論建立了開關(guān)閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型,并基于該模型,依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了仿真,分析了相關(guān)重要參數(shù)對開關(guān)閥性能的影響,為該型氣動(dòng)高速開關(guān)閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要的理論支持。
　　 第四,搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對研制出的超磁致伸縮氣動(dòng)高速開關(guān)閥樣機(jī)進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究,包括穩(wěn)態(tài)流量特性實(shí)驗(yàn)、閥口開度實(shí)驗(yàn)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性實(shí)驗(yàn)等,實(shí)驗(yàn)測得開關(guān)閥在700Hz時(shí)的閥口開度