磁致伸缩式表面加工装置输出特性研究

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1、分类号：TM27密级：UDC：621.3编号：201231403012河北工业大学硕士学位论文磁致伸缩式表面加工装置输出特性研究论文作者：李骥学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：电气工程指导教师：赵智忠职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectricalEngineeringRESEARCHONOUTPUTCHARACTERISTICSOFMAGNETOSTRICTIVEPOLISHINGDEV

2、ICEbyLiJiSupervisor:Prof.ZhaoZhizhongDecember2014摘要磁致伸缩材料的发展已经引起换能器应用方面的迅速发展。在精密致动方面，基于磁致伸缩材料设计并制作的表面加工装置有着传统方式和压电振动方式不具备的优点。本文对磁致伸缩材料的性能和工作特点进行了阐述，利用有限元分析软件对设计出的表面加工装置进行了电磁场分析、压磁—压电比拟法分析、模态分析和谐响应分析，建立供电电路和测试系统并研究了其静态和动态输出特性，为磁致伸缩式表面加工装置的设计与制作提供了理论和实验依据。首先，对磁致伸缩材料

3、的发展历程和模具表面加工装置发展现状进行了介绍。根据铽镝铁（Terfenol-D）、铁镓（Galfenol）和压电材料（PZT）工作性能的对比情况，选择铁镓合金作为振动端主要材料。简述了国内外几种加工方式的研究概况和存在的问题，在此基础上得出了本课题的选题意义及研究内容。然后，对磁致伸缩机理和磁致伸缩材料的工作特性进行了分析。利用有限元分析软件建立振动端的模型并对其静态电磁场进行仿真，确定振动端工作在较合适磁场下。使用压磁—压电比拟法对其形变进行仿真，进而对振动端形变进行定性分析。建立静态测试系统研究表面加工装置径向和纵向

4、静态输出特性，将仿真与实验相结合，测试结果符合预期。最后，设计、仿真并制作了交流加直流混合通电电路，根据电路需要测量了振动端单个通电线圈自感系数，建立了动态输出特性测试系统。制作的电路在不同频率下匹配了不同的电容，使电流波形较为理想。在动态分析与测试中，利用有限元软件对振动结构进行模态分析和谐响应分析。在模态分析中提取前六阶模态，对前三阶振型进行了详细的分析。通过谐响应分析，得出位移随频率变化的幅频响应曲线。应用动态输出测试系统，进行了多项动态输出特性实验，找到振幅较为明显的频率段。在总结本课题实验数据的基础上，对今后的工

5、作做出展望。关键字：磁致伸缩，表面加工装置，有限元分析，输出特性IABSTRACTAbigprogressontransducerhasbeenseenunderthedevelopmentofmagnetostrictivematerials.Intheaspectofprecisionactuator,themagnetostrictivepolishingdevicehastheadvantageswhichtheconventionalmethodandpiezoelectricvibratingmethoddon

6、othave.Inthispaper,magnetostrictivematerials'performanceandworkingcharacteristicsareintroduced.Theelectromagneticfield,vibrationmodal,piezomagnetic-piezoelectricanalogyandharmonicresponseareanalyzedbyfiniteelementanalysissoftware.Thetestsystemisbuilttostudyitsstat

7、icanddynamicoutputcharacteristics,thusprovidingtheoreticalandexperimentalbasisforthedesignandproductionofthemagnetostrictivepolishingdevice.Firstly,thedevelopmentofmagnetostrictivematerialsandpolishingdeviceformoldsareintroduced.TheperformancedifferencesamongTerfe

8、nol-D,GalfenolandPZTarelisted,andGalfenolischosenasthematerialofthevibrator.Theoverviewandexistedproblemsfromseveralkindsofpolishingdevicesathomeandabro