磁控形状记忆合金执行器的设计及特性研究

论文题目: 磁控形状记忆合金执行器的设计及特性研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 电机与电器

作者: 李文君

导师: 王凤翔

关键词: 磁控形状记忆合金,执行器,控制特性,直线电机,差动式

文献来源: 沈阳工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 现代工业,特别是微型机器人和计算机控制技术的发展,对体积小、重量轻和高力能密度运动及位置控制直线执行器的要求越来越高。采用传统技术制造的直线执行器不仅功率密度较低,而且多需要机械传动机构或变速系统,致使结构与控制技术比较复杂。为此,利用新型功能材料制造各种执行机构的研究受到人们的关注。磁控形状记忆合金(MSM)是一种新型具有形状记忆功能的合金材料,不仅变形率大,易于控制,动态响应速度高,而且功率密度大和机电能量转换效率高,特别适合于制造高精度的运动与位置控制执行器。本文归纳总结了国内外有关MSM变形机理的研究成果,对其变形机理给出了较为合理的解释。文中采用差动式扫描量热法(DSC)对MSM的相变温度进行了测定,确定了MSM的工作温度区间,并制作了一套MSM外特性测试装置,对MSM进行了静态和动态实验,系统分析了MSM变形与磁场、温度及预压力之间的关系,为MSM在执行器中的应用提供了理论指导。在MSM执行器方面,本文设计了两种执行机构:MSM蠕动型直线电机和差动式MSM执行器,文中对该两种执行机构样机及其控制系统的设计制作方法进行了详细的论述。该MSM直线电机采用仿生学蠕动型原理,将MSM小步距的位移转化为直线电机所需要的大行程,由于其具有力能密度大结构简单控制方便等特点,将有广阔的市场应用前景。差动式MSM执行器通过结构上的创新,不仅大大提高了MSM执行器的工作频率和输出力矩,而且有效减小了运行功耗,为将来MSM执行器设计提供了新的思路。

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 形状记忆合金的发展概况

1.3 磁控形状记忆合金执行器的研究现状

1.4 磁控形状记忆合金执行器的应用

1.4.1 磁控形状记忆合金执行器在流量控制中的应用

1.4.2 磁控形状记忆合金执行器在泵中的应用

1.5 本文的研究内容与研究目的

2 磁控形状记忆合金的变形特性

2.1 引言

2.2 NiMnGa合金的晶体结构

2.3 NiMnGa合金中的马氏体相变

2.3.1 NiMnGa合金的热诱发马氏体相变

2.3.2 NiMnGa合金的应力诱发马氏体相变

2.4 NiMnGa合金磁控形状记忆效应的机理

2.5 本章小节

3 磁控形状记忆合金的外特性研究

3.1 引言

3.2 磁控形状记忆合金的相变温度

3.3 磁控形状记忆合金的控制特性

3.3.1 实验装置

3.3.2 静态实验

3.3.3 动态实验

3.4 本章小结

4 磁控形状记忆合金蠕动型直线电机研究

4.1 引言

4.2 蠕动型直线电机的工作原理

4.3 蠕动型直线电机设计

4.3.1 MSM直线电机总体结构设计

4.3.2 MSM尺寸与弹簧压力的确定

4.3.3 磁路及励磁绕组设计

4.4 蠕动型直线电机控制系统设计

4.5 样机设计与试验

4.6 本章小节

5 差动式磁控形状记忆合金执行器研究

5.1 引言

5.2 差动式MSM执行器的工作原理

5.3 差动式MSM执行器设计

5.3.1 执行器输出力与位移分析

5.3.2 执行器磁场分析

5.4 样机设计与试验

5.5 本章小节

结论

参考文献

在学研究成果

致谢

发布时间: 2005-07-14

参考文献

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