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阐述GMM在机械电子工程中的应用

论文导读:时,精密度高;挡板型伺服阀的特点是拥有较宽的压力制约范围、良好的线性度以及高反应速度。  2.2 GMM应用于液压泵  超磁致伸缩泵是通过分析磁场强度在GMM棒轴线上的分布,利用GMM直接将液压泵的活塞驱动,从而提高电磁机械的转化效率。目前,类似于一节电池式的密闭性GMM液压泵已经问世,比如日本现已制成具有响应速度快,且高

试析GMM在机械电子工程中的应用摘要:随着科技的发展,高科技已成为当今世界各国提高综合竞争实力的主要力量之一,由此,我国形成了以高科技为主的科技强国战略。超磁致伸缩材料(GMM)于上世纪70年代迅速兴起,作为新型的功能材料,已被各国高度重视,并加以充分利用,以提升自身的科技竞争实力。目前,在GMM的研究开发和应用方面,美国、日本以及瑞士处于世界领先水平。我国是世界资源强国,虽然在研究GMM上起步晚,但是,研究的进展比较快、应用的效率比较高。基于此,本文从GMM的性能特点着手分析,综合大量的参考文献,对GMM在机械电子工程中的应用进行了具体的分析,以推动GMM应用研究的深入发展。
  关键词:GMM;机械电子工程;应用;分析
  前言
  GMM作为新型的功能材料,在军民两用领域都有着难以估量的应用前景,自上世纪80年代投入于西方市场至今,随着其制造成本的降低,以及应用领域的不断的扩大,使其市场需求量在不断的增加。我国在GMM材料的研究上相对来说起步并不算晚,但是,在应用方面还处于起步阶段,面对21世纪科技高速发展的今天,如何将GMM充分应用,以提高我国的科技综合竞争实力,是当前应用开发领域研究的重点。目前,国内有少数研究单位已能小批量的进行生产,并受到了相关行业企业的广泛关注,现已被多领域应用。本文对GMM在机械电子工程的应用目前状况进行了分析,为相关研究领域提供参考,以进一步推动GMM在机械电子工程中的应用研究的发展。
  1.GMM的性能特点及优势
  GMM的性能特点以及优势为:第一,温度的稳定性能高且范围广,与传统压电材料PZT和Ni,Co比较,其在室温下的磁致伸缩应变更大;第二,结构紧凑,响应速度很高,达到几十毫秒甚至微秒,应变能力强,并能降低损耗;第三,能量密度比传统材料大,输出功率更高[1]。
  2.GMM在机械电子工程中的应用
  随着科技的日新月异,GMM在机械电子工程中的应用研究呈现出较为活跃的状态,因此,其在电子工程中的应用范围也随之扩大,本文将对以下几个应用方面进行分析阐述:
  2.1 GMM应用于液压阀
  液压阀是液压传动系统中的制约元件,是用来制约系统中流体的流动方面、调解流动压力以及流量。GMM在液压制约阀中的应用为:微型开关阀、比例阀、单极电液伺服阀以及挡板型伺服阀。超磁致薄膜微型开关阀是利用薄膜的伸缩效应实现制约阀的工作,在外加磁场为30mT时产生最大开口量,从而大大减小了驱动磁场;比例阀是直接利用超磁致伸缩棒的输出位实现对其制约,在300Hz时阀芯位移达到0.0122毫寸,其最高驱动信号频率为5kHz;单极电液伺服阀也叫做直动式伺服阀,其最大的特点是采用了闭环制约,结构紧凑的同时,精密度高;挡板型伺服阀的特点是拥有较宽的压力制约范围、良好的线性度以及高反应速度[2]。
  2.2 GMM应用于液压泵
  超磁致伸缩泵是通过分析磁场强度在GMM棒轴线上的分布,利用GMM直接将液压泵的活塞驱动,从而提高电磁机械的转化效率。目前,类似于一节电池式的密闭性GMM液压泵已经问世,比如日本现已制成具有响应速度快,且高精度制约流等优点的GMM泵,在外磁场变化的频率为2kHz时,泵的输出流量可达到10L/min,这样精密制约程度可满足不同相关行业的需求。
  2.3 GMM应用于蠕动位移机械
  蠕动位移机械指的是能够像自然界某种蝴蝶的幼虫一样,能够做连续的步行运动,其步距最小可达到4纳米,运动速度为毫米每秒。GMM蠕动机械目前在距离制约、机器人中都有着广泛的应用。在应用方面,国外将其与压电晶体相结合,设计出谐振型马达,其最高的工作频率能够达到300Hz;在国内,蠕动微位移机械已被成功的研制出,其结构简单,行进步距也会随着电压的变化而变化,在电压为12v时,其步距为0.011mm,由此可见,我国在此技术的研发应用以及设计上都有着很大的进步。
  2.4 GMM应用于声纳换能器
  目前,世界上很多国家如日本、美国等,以相继研发出GMM声纳换能器,GMM声纳换能器在很多方面都得到了广泛的应用,如水下通信、跟踪定位等。英国在GMM声纳换能器方面,已成功的研制出1350Hz的声纳换能器设备,我国关于声纳换容器的研究工作已经取得了很大的进展,其频宽为800kHz。
  2.5 GMM应用于新型电动机
  GMM新型电动机在应用上的成果有直线电机、蠕动电机、Kiescwetter电机以及Recherche马达。超磁致伸缩直线电机不仅能量转化率高,响应速度快,可适应温度宽、能够在低电压状态下工作,与此同时,还不容易发生疲劳退化的现象,对能源的供应需求也非常小;蠕动电机的应用类型很多,比如机器人、机器手等,它的应用特点是在驱动棒的两端各有一个闸片,在交变磁场法神该变化的情况下,位移累加会呈线性运动,在应用的过程中,能够获得很快的运动速度。Kiescwetter在应用的过程中,最大速度能达到20mm每秒,最大驱动力可达到1000N,并且不会产生重载反冲现象,常被用于涂层重量制约;Recherche马达是利用两种机械间的机械共振[3]。
  2.6 GMM超精密机床加工制约
  GMM超精密机床加工制约,凭借GMM的优势性能,在应用上具有非常大的潜力。将GMM转化器应用于加工车床上,其加工的密度可达到纳米单位量,从而增加了制约效果。目前,我国将GMM超精密机床加工制约应用于计算机闭环制约系统内,并进行了模拟实验,证实其有很好的应用效果,并满足了当前相关领域的设计需求。
  3.结论
  超磁致伸缩材料作为一种新型的功能材料,必定会推动相关工艺技术的发展,其不仅在机械电子工程中得到了初步的引用与发展,与此同时,它还能应用于其它工业领域,因而,应得到高度的重视。随着科技强国战略的深化发展,为了提升我国的综合国力,有必要加深技术研究深度,并加以广泛的应用。本文通过分析超磁致伸缩材料在机械电子工程中的应用,以明确GMM应用的目前状况,为我国进一步研究开发GMM在电子工程中的应用,提供基础性的参照。
  参考文献:
  [1]丁凡,戴旭涵,夏春林.GMM蠕动微位移机械的研究[J].仪器 全文地址:http://www.7ctime.com/clgclw/lw48841.html
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