【摘要】：稀土超磁致伸縮致動(dòng)器(GMA)是利用磁致伸縮效應(yīng)進(jìn)行工作的位移動(dòng)力輸出裝置。因其伸縮量大、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被大量應(yīng)用于換能、驅(qū)動(dòng)等工程領(lǐng)域,但GMA發(fā)熱問題一直是行業(yè)難題。文章通過分析GMA工作時(shí)產(chǎn)生的磁滯損耗、渦流效應(yīng)、線圈的電阻損耗等方面對(duì)發(fā)熱原因進(jìn)行說明,對(duì)現(xiàn)階段GMA采用的熱膨脹補(bǔ)償、柔性支撐機(jī)構(gòu)補(bǔ)償、軟件控制法、強(qiáng)制冷卻溫控、利用相變材料或半導(dǎo)體材料進(jìn)行溫度控制等多種溫控方法進(jìn)行介紹,并詳細(xì)對(duì)比各溫控措施的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合。根據(jù)各方案的對(duì)比得出,現(xiàn)階段GMA溫控的研究主要是通過抑制熱量擴(kuò)散和將熱量導(dǎo)出這兩個(gè)方面進(jìn)行解決。文章通過對(duì)應(yīng)用較為廣泛的強(qiáng)制水冷方案進(jìn)行分析,提出一種無管冷卻方式對(duì)GMA內(nèi)的熱源進(jìn)行溫控處理。采用分析模型、提出創(chuàng)新型方案、ANSYS仿真實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)的正交實(shí)驗(yàn)等方法對(duì)無管冷卻系統(tǒng)內(nèi)影響溫控效率的各個(gè)因素進(jìn)行研究與分析。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)GMA內(nèi)部存在大量無效空間,有很多方案的冷卻系統(tǒng)與熱源的接觸方式屬于點(diǎn)與面或者點(diǎn)與點(diǎn)的接觸,這直接導(dǎo)致采用強(qiáng)制水冷方法進(jìn)行冷卻的效率大幅度降低,因此本課題針對(duì)這一問題設(shè)計(jì)出一種無管冷卻的方式,增大了冷卻液的冷卻面積,使冷卻效率得到提升。在研究的過程中,冷卻系統(tǒng)中的冷卻液采用不導(dǎo)電的純水進(jìn)行冷卻,防止漏電等危險(xiǎn)發(fā)生,建模過程中針對(duì)冷卻液在系統(tǒng)的均勻分布做了優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)優(yōu)化的方案模型進(jìn)行仿真分析。利用ANSYS仿真軟件對(duì)冷卻液的流速和壓強(qiáng),冷卻系統(tǒng)中冷卻液出入口大小做了詳細(xì)的研究,得出冷卻液流速的改變對(duì)GMA內(nèi)部溫度的影響,并選用冷卻液流速為1.2m/s的情況下,冷卻效率比較合理且對(duì)能量的消耗也是最低的;得出冷卻液出入口直徑的改變對(duì)GMA內(nèi)部溫度的影響,冷卻液出入口直徑為10mm時(shí),GMM棒正處于工作時(shí)的最佳溫度,此時(shí)GMA工作效率最高且輸出位移最大;對(duì)冷卻系統(tǒng)內(nèi)的壓強(qiáng)來說對(duì)GMA內(nèi)的溫度影響很小等重要結(jié)論。通過冷卻液各物理因素對(duì)GMA內(nèi)部溫度影響的研究,利用SPSS軟件對(duì)所得的仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)和交互實(shí)驗(yàn),最終得到流速與出入口大小的改變對(duì)GMA內(nèi)部溫度影響較大,而冷卻液壓強(qiáng)對(duì)GMA內(nèi)部溫度影響較小,驗(yàn)證了仿真實(shí)驗(yàn)中的結(jié)論。通過兩兩交互實(shí)驗(yàn)得出在整個(gè)致動(dòng)器的冷卻系統(tǒng),流速為1.2m/s、壓強(qiáng)為1000Pa、入口處直徑為10mm時(shí)冷卻效率最佳。最后探討了在整個(gè)冷卻系統(tǒng)中的密封性和絕緣性的問題,利用密封墊片對(duì)殼體進(jìn)行密封,軟木塞對(duì)線圈出口進(jìn)行密封,確保整個(gè)裝置的密封性良好。研究形成了一套較為完整的研究GMA溫控措施的創(chuàng)新方案,研究為工程實(shí)踐提供理論數(shù)據(jù)支撐,實(shí)現(xiàn)對(duì)致動(dòng)器溫控研究的進(jìn)一步探索,本課題對(duì)稀土超磁致伸縮致動(dòng)器的溫控研究有借鑒意義。
【圖文】：

內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文日本東海大學(xué) Yoshio Yamamoto 等人[11]通進(jìn)行研究而得到。該方法將 GMM 棒放置在動(dòng)線圈通電發(fā)熱時(shí)可使 GMM 棒和金屬套進(jìn)行補(bǔ)償，，使 GMM 棒保持原有的伸縮量結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。GMA 外套筒采用熱膨可近似看作無熱變形的外殼，作用是減小

圖 1.1 熱膨脹抵消補(bǔ)償結(jié)構(gòu)圖直接對(duì)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行解決，而是利用M 棒的伸縮量。但該方法使 GMA 輸出場(chǎng)合。法法的原理是通過纏繞線圈的支架受到的原動(dòng)力，來調(diào)整GMM 棒支撐點(diǎn)位置化，實(shí)現(xiàn) GMA 內(nèi)部達(dá)到熱平衡，改善機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖如圖 1.2。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK172

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本文編號(hào)：2656401