本文關(guān)鍵詞：基于GMM驅(qū)動(dòng)器的三柱塞高頻微小泵的基礎(chǔ)研究

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【摘要】：在液壓傳動(dòng)及控制領(lǐng)域中,稀土超磁致伸縮材料(Giant Magnetostrictive Material,簡(jiǎn)寫為GMM)以其頻響高、輸出力大、帶載能力強(qiáng)的特點(diǎn),在被發(fā)現(xiàn)之后立刻吸引了各國(guó)學(xué)者的研究,并將其作為驅(qū)動(dòng)元件應(yīng)用于液壓領(lǐng)域；通過其可以直接把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能,能夠很好的解決傳統(tǒng)泵效率低、輸出流量大、易損件壽命低、沖擊噪聲大等弊端,在流體傳動(dòng)領(lǐng)域具有廣泛的研究意義。 本文在超磁致伸縮材料優(yōu)良特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種以超磁致伸縮轉(zhuǎn)換器(Giant Magnetostrictive Actuator, GMA)為動(dòng)力元件的三柱塞腔式微小泵。通過理論分析超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器,搭建其靜態(tài)、動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及AMESim建模仿真,得出的仿真結(jié)果顯示GMA的階躍上升時(shí)間只有0.197ms,輸出力達(dá)到1467N,位移輸出為96.55μm,通過分析可知本文設(shè)計(jì)的GMA響應(yīng)速度非�？�,位移和力的輸出大,完全能滿足高頻微小泵對(duì)驅(qū)動(dòng)元件的設(shè)計(jì)要求。在本文設(shè)計(jì)的GMA的基礎(chǔ)上,以提高微小泵的響應(yīng)速度和自吸能力為目的,提出了基于GMM驅(qū)動(dòng)器的三柱塞高頻微小泵。 通過理論分析、有限元分析、AMESim建模仿真等方法綜合分析和研究了三柱塞高頻微小泵的總體結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型、液力端結(jié)構(gòu)以及各項(xiàng)參數(shù),得出了影響其工作性能的主要因素；利用ANSYS軟件對(duì)GMA的激勵(lì)磁場(chǎng)進(jìn)行有限元分析,確定了最合理的磁回路材料和搭配間隙,優(yōu)化了整個(gè)磁回路結(jié)構(gòu)；通過分析研究結(jié)果可知：設(shè)置合理的驅(qū)動(dòng)頻率、阻尼系數(shù)、負(fù)載壓力和等效質(zhì)量都可以提高三柱塞高頻微小泵的輸出流量。在300Hz的驅(qū)動(dòng)頻率下,基于GMM驅(qū)動(dòng)器的三柱塞高頻微小泵的穩(wěn)態(tài)輸出流量為1.035L/min、階躍響應(yīng)上升時(shí)間為0.297ms、穩(wěn)態(tài)調(diào)整時(shí)間Ts=1.45ms,泵腔內(nèi)外最大壓強(qiáng)差為1.958Mpa,自吸高度可達(dá)2.835m。 由上述可知,本文設(shè)計(jì)的基于GMM驅(qū)動(dòng)器的三柱塞高頻微小泵具有響應(yīng)速度快、自吸能力強(qiáng)、流量輸出穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),能夠滿足流量精密控制和無(wú)須提前灌泵等工作要求,可應(yīng)用在國(guó)防、醫(yī)療、農(nóng)林等領(lǐng)域。
【關(guān)鍵詞】：GMA 三柱塞高頻微小泵 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) AMESim 仿真分析
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH137.51
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 緒論14-28
• 1.1 液壓泵的發(fā)展和研究現(xiàn)狀14-20
• 1.1.1 微型泵的研究現(xiàn)狀16-19
• 1.1.2 微型泵的發(fā)展趨勢(shì)19-20
• 1.2 超磁致伸縮材料概述20-21
• 1.2.1 超磁致伸縮材料發(fā)展現(xiàn)狀20
• 1.2.2 超磁致伸縮材料的特點(diǎn)20-21
• 1.3 超磁致伸縮材料工程應(yīng)用研究現(xiàn)狀21-25
• 1.3.1 國(guó)外應(yīng)用研究現(xiàn)狀21-24
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)研究開發(fā)現(xiàn)狀24-25
• 1.4 課題研究意義及研究?jī)?nèi)容25-28
• 1.4.1 課題研究意義25
• 1.4.2 課題研究難點(diǎn)25-26
• 1.4.3 課題研究?jī)?nèi)容安排26-28
• 2 超磁致伸縮三柱塞微小泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28-44
• 2.1 超磁致伸縮微小泵的基本結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理28-29
• 2.1.1 超磁致伸縮微小泵的總體結(jié)構(gòu)28-29
• 2.1.2 超磁致伸縮微小泵的工作機(jī)理29
• 2.2 GMM微小泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29-42
• 2.2.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則29-30
• 2.2.2 GMM棒的設(shè)計(jì)30-33
• 2.2.3 預(yù)壓力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33-34
• 2.2.4 線圈的設(shè)計(jì)34-39
• 2.2.5 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)39-40
• 2.2.6 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)40-42
• 2.3 本章小結(jié)42-44
• 3 GMM高頻微小泵液力端的設(shè)計(jì)與優(yōu)化44-58
• 3.1 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能分析44-48
• 3.1.1 液壓缸的分類及基本型式的確定44-45
• 3.1.2 液壓缸的長(zhǎng)度45-47
• 3.1.3 泵的吸入能力47-48
• 3.2 柱塞副參數(shù)的確定和強(qiáng)度校核48-50
• 3.2.1 缸孔的設(shè)計(jì)及缸體的強(qiáng)度校核48-49
• 3.2.2 三柱塞圓盤的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核49-50
• 3.3 配流方式的設(shè)計(jì)50-52
• 3.4 關(guān)鍵零部件的有限元分析52-57
• 3.4.1 三柱塞圓盤靜力學(xué)分析52-54
• 3.4.2 整流盤的靜力學(xué)分析54-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 4 GMM驅(qū)動(dòng)器及磁路結(jié)構(gòu)的建模與分析58-78
• 4.1 GMM驅(qū)動(dòng)器的數(shù)學(xué)模型58-62
• 4.1.1 靜態(tài)模型58-60
• 4.1.2 GMM驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)模型60-62
• 4.2 磁路設(shè)計(jì)與優(yōu)化62-68
• 4.2.1 磁回路結(jié)構(gòu)62-63
• 4.2.2 電磁場(chǎng)有限元分析基礎(chǔ)63-64
• 4.2.3 磁場(chǎng)的建模與分析64-68
• 4.3 GMM驅(qū)動(dòng)器的建模與仿真68-76
• 4.3.1 GMM驅(qū)動(dòng)器的建模68-69
• 4.3.2 GMM驅(qū)動(dòng)器的仿真結(jié)果及分析69-76
• 4.4 本章小結(jié)76-78
• 5 GMM微小泵的輸出特性研究78-92
• 5.1 GMM微小泵流量輸出的靜態(tài)模型78
• 5.2 GMM微小泵的動(dòng)態(tài)模型78-81
• 5.3 GMM微小泵的建模與仿真分析81-88
• 5.3.1 GMM微小泵的建模81-82
• 5.3.2 GMM微小泵的仿真結(jié)果及分析82-84
• 5.3.3 影響微小泵輸出流量的因素分析84-88
• 5.4 泵腔壓力與自吸能力的分析88-91
• 5.5 本章小結(jié)91-92
• 6 結(jié)論與展望92-94
• 6.1 結(jié)論92-93
• 6.2 展望93-94
• 參考文獻(xiàn)94-100
• 致謝100-102
• 作者簡(jiǎn)介及讀研期間主要科研成果102

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：651580