超磁致伸縮智能構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、高響應等特點的，適用于高精度驅動結構、精密加工技術等行業(yè)的新型智能磁-機換能器件，目前廣泛應用在超精密加工機床、超精密位置控制、傳感器、換能器、主動振動控制等領域。活塞是發(fā)動機汽缸中的一個重要部件，采用異型銷孔活塞能夠有效減少活塞銷孔的應力集中等缺點，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難題，針對這

2、種加工系統(tǒng)在實際應用中發(fā)現(xiàn)，保持穩(wěn)定的工作環(huán)境溫度對于保證GMA的輸出精度至關重要。
　　 本研究總結了國內(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)行器的應用現(xiàn)狀，以及電子器件冷卻系統(tǒng)的發(fā)展狀況和趨勢、GMM材料的熱特性和GMA智能構件輸出的熱影響。在總結不同溫度控制和補償方式的基礎之上，分析了智能構件的基本溫控需求，并依照傳熱學相關內(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。針對溫控系統(tǒng)的不同工況，提出了不同的結構設計方案：具有相變層的直接冷卻溫控裝置、無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構，共構成了多種具有不同特點的結構方案。
　　 之后對不同方案進行了流體模型和傳熱模型建模分析計算，在總結了各種優(yōu)化算法的基礎上，設計了采用遺傳算法的優(yōu)化模型和優(yōu)化參數(shù)，對溫控系統(tǒng)的結構尺寸進行了優(yōu)化設計。然后借助計算流體力學工具建立了

4、熱傳導數(shù)學模型，建模、仿真、評價了不同的溫控系統(tǒng)方案，驗證了各個方案在相應工況下的溫控效率，證實了結構優(yōu)化算法的有效性和優(yōu)化結果的正確性。仿真結果表明，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構為GMM材料進一步的開發(fā)和應用研究提供了設計方向和依據(jù)。最后，全新建立了一套由腔體、管路、以及相關測控電