基于磁控形状记忆合金的伺服阀驱动器-论文.pdf

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1、2014年2月机床与液压Feb．2014第42卷第3期MACHINET0OL&HYDRAULICSVo1．42No．3DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2014．03．032基于磁控形状记忆合金的伺服阀驱动器涂福泉，毛阳，胡良智，李贺，曾庆斌，刘小双(武汉科技大学冶金装备与控制教育部重点实验室，湖北武汉430081)摘要：磁控形状记忆合金(MSMA)是一种新型的具有形状记忆功能的功能材料。用这种材料制成的驱动器具有响应频响高、驱动力大、可控位移大等特点，特别适合于制造高精度大位移运动与位置控制驱动器。根据MSMA以上优点，研究基于MSMA的先导式伺服阀驱

2、动器，设计出一种新型的驱动器结构：用弹簧恢复MSMA形变，直流绕组产生偏磁磁场，励磁绕组提供可控磁场。通过已有数据分析了材料静态特性，用MATLAB软件进行数据分析并且仿真，得到材料的驱动力及位移与时间的关系，验证了结构设计的合理性。关键词：MSMA；伺服阀驱动器；结构设计；偏置磁场中图分类号：TH一39文献标识码：A文章编号ServoValveActuatorBasedonMSMATUFuquan，MAOYang，HULiangzhi，LIHe，ZENGQingbin，LIUXiaoshuang(KeyLaboratoryofMetallurgicalEquipmentand

3、ControlTechnology，MinistryofEducation，’WuhanUniversityofScienceandTechnology，WuhanHubei430081，China)Abstract：Magneticshapememoryalloys(MSMA)isanewtypeofshapememoryalloys．TheactuatormadewithMSMAhastheadvantagesoffastspeed，high~equency，bigcontrolleddisplacement，memoryfunctionetc，andisparticula

4、rlysuitableforhighpreci—sionmotionandpositioncontro1．Thehigh~equencyservovalveactuatorbasedonMSMAwasresearched，andanewtypeofactuatorstructurewasdesigned：springwasusedtorecoverdeformation，DCcoilswasusedtoproducebiasmagneticfield，thefieldcoilswasusedtoprovidecontrollablemagneticfield．Themateri

5、alstaticcharacteristicwasanalyzedthroughexistingdata，electromagneticsimu—lationwasmadethroughANSYSsoftware．Finallytherelationshipbetweendrivingforceanddeformationisgotten，therationalityofthestructuredesignisvalidated．Keywords：MSMA；Actuator；Structuredesign；Biasmagneticfield电液伺服系统朝着高频大流量方向发展，以

6、适应1基于MSMA材料的驱动器结构设计实际工程技术领域的需要。传统以电磁力马达或力矩MSMA具有在电磁场的激励下响应时间短、单位马达驱动的电液伺服阀频宽一般较低，难以满足快速长度上能产生较大的驱动位移、单位质量内能产生较精密反应伺服系统的需求。为此，欧、美、Et等发达大的机械功率等其他材料所不可比拟的优点。MSMA国家较早已开始进行基于新型功能材料伺服阀驱动器材料能够根据磁场方向的变化产生多方位的形变，如研究工作，并已开发出如PZT、PMN、GMM等新型图1所示，可以沿着轴向发生应变，沿着周向产生扭驱动器；我国利用新型功能材料开发高性能伺服阀驱转变形，沿着径向发生弯曲变形。根据

7、MSMA材动器的研究工作起步较晚，目前只有浙江大学、武汉料的这些不同的变形过程，能够根据具体的工程需要科技大学、大连理工大学等少数科研院所在进行相关制造出各种各样的驱动器。的研究，并取得了一定的研究成果。磁控形状记忆合金(MSMA)是一种新型功能材料，其马氏体相在外部磁场作用下可产生较大的变形，兼具压电陶瓷与磁致伸缩材料响应速度快及温控≤1三羊毛；形状记忆合金输出应变大的特点，将其用于伺服阀电一机械转换器的驱动部分，有望解决目前新型功能图1MSMA材料的形变形式材料伺服阀驱动器存在的输出位移