超磁致伸縮智能構(gòu)件直接冷卻溫控方法研究.pdf

1、超磁致伸縮執(zhí)行器(GMA)是一種具有高精度、高響應(yīng)等特點(diǎn)的，適用于高精度驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、精密加工技術(shù)等行業(yè)的新型智能磁-機(jī)換能器件，目前廣泛應(yīng)用在超精密加工機(jī)床、超精密位置控制、傳感器、換能器、主動(dòng)振動(dòng)控制等領(lǐng)域?；钊前l(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中的一個(gè)重要部件，采用異型銷孔活塞能夠有效減少活塞銷孔的應(yīng)力集中等缺點(diǎn)，大幅度提其工作性能，然而傳統(tǒng)異型活塞銷孔的加工方式較落后。用于異形活塞孔鏜削加工的彎曲型GMA加工系統(tǒng)，能夠在一定程度上解決這一技術(shù)難題，針對(duì)這

2、種加工系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，保持穩(wěn)定的工作環(huán)境溫度對(duì)于保證GMA的輸出精度至關(guān)重要。
　　 本研究總結(jié)了國(guó)內(nèi)外超磁致伸縮材料的發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀，以及以異形活塞孔鏜削加工為代表的超磁致伸縮執(zhí)行器的應(yīng)用現(xiàn)狀，以及電子器件冷卻系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì)、GMM材料的熱特性和GMA智能構(gòu)件輸出的熱影響。在總結(jié)不同溫度控制和補(bǔ)償方式的基礎(chǔ)之上，分析了智能構(gòu)件的基本溫控需求，并依照傳熱學(xué)相關(guān)內(nèi)容為理論依據(jù)，基于直接液體冷卻原理，提出了一類可應(yīng)用

3、于彎曲型微位移執(zhí)行器的新型高熱效率GMA溫控方法。針對(duì)溫控系統(tǒng)的不同工況，提出了不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案：具有相變層的直接冷卻溫控裝置、無(wú)相變層的直接冷卻溫控裝置共兩類；及提出了新型的卡盤式的溫控腔體結(jié)構(gòu)，共構(gòu)成了多種具有不同特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)方案。
　　 之后對(duì)不同方案進(jìn)行了流體模型和傳熱模型建模分析計(jì)算，在總結(jié)了各種優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了采用遺傳算法的優(yōu)化模型和優(yōu)化參數(shù)，對(duì)溫控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。然后借助計(jì)算流體力學(xué)工具建立了

4、熱傳導(dǎo)數(shù)學(xué)模型，建模、仿真、評(píng)價(jià)了不同的溫控系統(tǒng)方案，驗(yàn)證了各個(gè)方案在相應(yīng)工況下的溫控效率，證實(shí)了結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法的有效性和優(yōu)化結(jié)果的正確性。仿真結(jié)果表明，新型的幾種直接冷卻溫控方案將磁致伸縮材料(GMM)的溫升范圍由傳統(tǒng)間接冷卻溫控方式的±0.4至±0.5℃提升到±0.02℃之內(nèi)，將線圈繞組的溫升控制在2.2℃之內(nèi)。新的溫控方法和熱結(jié)構(gòu)為GMM材料進(jìn)一步的開發(fā)和應(yīng)用研究提供了設(shè)計(jì)方向和依據(jù)。最后，全新建立了一套由腔體、管路、以及相關(guān)測(cè)控電