专利名称：一种超磁致伸缩高频制动实验台驱动器及其组装方法
技术领域：
本发明涉及超磁致伸缩驱动器，尤其涉及一种超磁致伸缩高频制动实验台驱动器及其组装方法。
背景技术：
随着科学的进步，高速加工作为先进的机械制造手段，在发达国家引起了广泛的关注并得到迅速发展。对于高速机械加工来讲，快速定位是非常重要的技术。随着加工速度和精度的提高，系统定位精度也需要相应的提高。同时为了提高工作效率，还要求定位系统响应迅速，加速、制动迅速以便实现快速定位。但是常规的制动技术很难实现高速度高精度的定位要求，因此探索高频制动机理,并开发高频制动系统来满足机床所需的高定位精度要求是十分迫切的。超磁致伸缩材料是一种新兴的智能材料，其尺寸伸缩可随外加磁场成比例变化，且磁致伸缩系数远大于传统的磁致伸缩材料，更具有响应快速、输出力强、应变大、功率密度高以及可靠性好等特点。截止到目前，国内外均有针对GMM在不同领域的应用开展的研究，应用面涉及航空航天、国防军工、电子、机械、石油、纺织、农业等诸多领域，大大促进了相关产业的技术进步。由于超磁致伸缩材料具有以上优点，因此非常适合用于作为高频制动实验台的驱动原件。超此致伸缩材料工作需要较强的磁场作为驱动，在应用中往往需要使用超此致伸缩驱动器来为超磁致伸缩材料提供其工作必须的驱动磁场。目前常见的直动式超磁致伸缩驱动器通常采用通电螺线管提供激励磁场，采用永磁体提供偏置磁场，采用单一规格的螺旋弹簧提供预紧力，采用一体式壳体设计，工作时直接输出超磁致伸缩材料受磁场作用而产生的形变。这种设计方式受永磁体磁场无法改变，以及预紧力调节曲线无法改变的限制，泛用性较差，仅适用于单一种类规格且性能已知的超磁致伸缩材料，不适合未知量较多的实验环境；一体式的壳体加工难度较大，且浪费材料；由于材料形变的位移不经放大直接输出，导致输出位移较小，不适合作为需要弥补间隙的制动设备的驱动器使用。现在人们渴望一种新型的超磁致伸缩驱动器，来解决现实中的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种超磁致伸缩高频制动实验台驱动器及其组装方法。超磁致伸缩高频制动实验台驱动器包括放大机构、激励器，放大机构经由第二固定螺钉组固定在激励器顶柱伸出端，放大机构包括连接板、防扭杆、柔性铰链位移放大器，柔性铰链位移放大器通过平头螺钉固定在连接板上，防扭杆与位移放大器接触并通过平头螺钉固定在连接板上，激励器包激励器外壳、激励线圈、线圈骨架、调节螺塞、第一导磁垫片、超磁致伸缩棒、第二导磁垫片、碟簧组、顶柱，激励器外壳包括顶盖、壳体、底盖、第一固定螺钉组，顶盖通过第一固定螺钉组固定在壳体一端，底盖通过第一固定螺钉组固定在壳体另一端，激励器外壳内部轴线方向上的顶柱、第二导磁垫片、超磁致伸缩棒、第一导磁垫片、调节螺塞通过粘接相互连接，调节螺塞通过螺纹连接在底盖上，顶柱与顶盖之间设有碟簧组，超磁致伸缩棒与壳体内壁之间设有线圈骨架，激励线圈均匀绕制在线圈骨架上；
所述的激励线圈由外径为不低于1. 18mm的漆包铜线绕制而成，最大可通过电流不低于8A，线圈总匝数不低于2500，线圈中心部位产生的理论磁场强度不低于125A/m。所述线圈骨架的材料为以木粉为填料的酚醛塑料，采用圆柱型材车削制成。所述柔性铰链放大器末端连接制动块。所述超磁致伸缩高频制动实验台驱动器的组装方法是
1)连接板上设有用于固定柔性铰链放大器、防扭杆的方形槽，方形槽上设有通孔，柔性铰链放大器和防扭杆固定端宽度与上述槽宽相同，并在固定端底部设有与上述通孔相配合的螺纹孔，固定时，连接板上的方形槽限制柔性铰链放大器和防扭杆所有的转动自由度和垂直于槽开口和连接板轴线方向的平动自由度，螺钉与上述通孔、螺纹孔配合限制柔性铰链放大器和防扭杆的剩余两个平动自由度；
2)壳体上下端面均设有用于固定顶盖、底盖的环形凸台，环形凸台上设有螺纹孔，顶盖与底盖均在安装端面设有与上述环形凸台配合的环形槽，并在环形槽内设有与上述螺纹孔配合的沉头孔，固定时，上述环形凸台分别与顶盖、底盖的环形槽配合，限制顶盖、底盖在垂直于壳体轴线方向上的两个转动自由度和两个平动自由度，第一固定螺钉组与上述通孔、螺纹孔配合，限制顶盖、底盖在壳体轴线方向上的平动自由度和转动自由度。本发明解决了之前超磁致伸缩驱动器由于采用永磁体提供偏置磁场、预紧弹簧规格单一、壳体采用一体式设计、位移输出无放大而造成的泛用性差、难以调节、加工难度大、浪费材料、输出位移小、不适合未知量较多的实验环境等问题。本超磁致伸缩高频制动实验台驱动器通过激励线圈来提供偏置磁场，使得偏置磁场的调节更为容易；通过使用可更换碟簧组作为弹性元件提供预紧力，使得预紧力调节曲线可以改变；通过采用分体式壳体设计，使得外壳零部件的加工更简便，材料更节省；通过使用槽-螺纹固定方法，使得装配更容易且装撇精度更高；通过增设柔性铰链放大机构，使得输出位移得以满足制动系统需求。该超磁致伸缩高频制动实验台驱动器具有泛用性好、偏置磁场和预应力曲线调节简便、易于加工、节省材料、输出位移大、适合高频制动实验环境等特点。
图1为超磁致伸缩高频制动实验台驱动器的结构示意 图2为放大机构部分零件的装配结构示意 图3为激励器的旋转剖视 图4为图3中A部的局部放大 图中，顶盖1、壳体2、激励线圈3、线圈骨架4、底盖5、调节螺塞6、第一导磁垫片7、超磁致伸缩棒8、第二导磁垫片9、第一固定螺钉组10、碟簧组11、顶柱12、连接板13、第二固定螺钉组14、防扭杆15、柔性铰链放大器16、平头螺钉17。
具体实施例方式如图1、2、3、4所示，超磁致伸缩高频制动实验台驱动器包括放大机构、激励器，放大机构经由第二固定螺钉组14固定在激励器顶柱12伸出端，放大机构包括连接板13、防扭杆15、柔性铰链位移放大器16，柔性铰链位移放大器16通过平头螺钉17固定在连接板13上，防扭杆15与位移放大器16接触并通过平头螺钉17固定在连接板13上，激励器包激励器外壳、激励线圈3、线圈骨架4、调节螺塞6、第一导磁垫片7、超磁致伸缩棒8、第二导磁垫片9、碟簧组11、顶柱12，激励器外壳包括顶盖1、壳体2、底盖5、第一固定螺钉组10，顶盖I通过第一固定螺钉组10固定在壳体2 —端,底盖5通过第一固定螺钉组10固定在壳体2另一端，激励器外壳内部轴线方向上的顶柱12、第二导磁垫片9、超磁致伸缩棒8、第一导磁垫片7、调节螺塞6通过粘接相互连接，调节螺塞通过螺纹连接在底盖5上，顶柱12与顶盖I之间设有碟簧组11，超磁致伸缩棒8与壳体2内壁之间设有线圈骨架4，激励线圈3均匀绕制在线圈骨架4上。超磁致伸缩棒8产生磁致伸缩效应所需的驱动磁场以及用于避免倍频效应的偏置磁场均由激励线圈3提供，激励线圈3由外径为不低于1. 18mm的漆包铜线绕制而成，短时间最大可通过电流不低于8A，线圈总匝数不低于2500，线圈中心部位可产生的理论磁场强度不低于125A/m;线圈骨架4的材料为以木粉为填料的酚醛塑料，采用圆柱型材车削制成。柔性铰链放大器16末端连接制动块，所述激励线圈3连接超磁致伸缩高频制动实验台控制系统。超磁致伸缩高频制动实验台驱动器的组装方法
1)连接板13上设有用于固定柔性铰链放大器16、防扭杆15的方形槽，方形槽上设有通孔，柔性铰链放大器16和防扭杆15固定端宽度与上述槽宽相同，并在固定端底部设有与上述通孔相配合的螺纹孔，固定时，连接板13上的方形槽限制柔性铰链放大器16和防扭杆15所有的转动自由度和垂直于槽开口和连接板轴线方向的平动自由度，螺钉17与上述通孔、螺纹孔配合限制柔性铰链放大器16和防扭杆15的剩余两个平动自由度；
2)壳体上下端面均设有用于固定顶盖1、底盖5的环形凸台，环形凸台上设有螺纹孔，顶盖I与底盖5均在安装端面设有与上述环形凸台配合的环形槽，并在环形槽内设有与上述螺纹孔配合的沉头孔，固定时，上述环形凸台分别与顶盖1、底盖5的环形槽配合，限制顶盖1、底盖5在垂直于壳体2轴线方向上的两个转动自由度和两个平动自由度，第一固定螺钉组10与上述通孔、螺纹孔配合，限制顶盖1、底盖5在壳体2轴线方向上的平动自由度和转动自由度。超磁致伸缩高频制动实验台驱动器的调节方法是
1)超磁致伸缩棒8轴向预紧力通过旋转调节螺塞6实现，顺时针旋转调节螺塞6，可以增大预紧力，逆时针旋转调节螺塞6可以减小预紧力；
2)调节螺塞6位移-超磁致伸缩棒8轴向预紧力曲线的调整通过配置碟簧组11实现，碟簧组11中碟簧的型号、数量、安装方向均可进行调整；
3)驱动器实际输出位移与超磁致伸缩棒8的形变位移之间的倍率关系调整可通过更换柔性铰链放大器实现。
权利要求
1.一种超磁致伸缩高频制动实验台驱动器，其特征在于包括放大机构、激励器，放大机构经由第二固定螺钉组(14)固定在激励器顶柱(12)伸出端，放大机构包括连接板(13)、防扭杆(15)、柔性铰链位移放大器(16)，柔性铰链位移放大器(16)通过平头螺钉(17)固定在连接板(13)上，防扭杆(15)与位移放大器(16)接触并通过平头螺钉(17)固定在连接板(13)上，激励器包激励器外壳、激励线圈(3)、线圈骨架(4)、调节螺塞(6)、第一导磁垫片(7)、超磁致伸缩棒(8)、第二导磁垫片(9)、碟簧组(11)、顶柱(12)，激励器外壳包括顶盖(I)、壳体(2 )、底盖(5 )、第一固定螺钉组(10 )，顶盖(I)通过第一固定螺钉组(10 )固定在壳体(2 ) —端,底盖(5 )通过第一固定螺钉组(10 )固定在壳体(2 )另一端,激励器外壳内部轴线方向上的顶柱(12)、第二导磁垫片(9)、超磁致伸缩棒(8)、第一导磁垫片(7)、调节螺塞(6)通过粘接相互连接，调节螺塞通过螺纹连接在底盖(5)上，顶柱(12)与顶盖(I)之间设有碟簧组(11)，超磁致伸缩棒(8)与壳体(2)内壁之间设有线圈骨架(4)，激励线圈(3)均匀绕制在线圈骨架(4)上。
2.如权利要求1所述的一种超磁致伸缩高频制动实验台驱动器，其特征在于所述的激励线圈(3)由外径为不低于1. 18mm的漆包铜线绕制而成，最大可通过电流不低于8A，线圈总匝数不低于2500，线圈中心部位产生的理论磁场强度不低于125A/m。
3.如权利要求1所述的一种超磁致伸缩高频制动实验台驱动器，其特征在于所述的线圈骨架(4)的材料为以木粉为填料的酚醛塑料，采用圆柱型材车削制成。
4.如权利要求1所述的一种超磁致伸缩高频制动实验台驱动器，其特征在于所述的柔性铰链放大器(16)末端连接制动块。
5.一种固定如权利要求1所述超磁致伸缩高频制动实验台驱动器的组装方法，其特征在于 1)连接板(13)上设有用于固定柔性铰链放大器(16)、防扭杆(15)的方形槽，方形槽上设有通孔，柔性铰链放大器(16)和防扭杆(15)固定端宽度与上述槽宽相同，并在固定端底部设有与上述通孔相配合的螺纹孔，固定时，连接板(13)上的方形槽限制柔性铰链放大器(16)和防扭杆(15)所有的转动自由度和垂直于槽开口和连接板轴线方向的平动自由度，螺钉(17)与通孔、螺纹孔配合限制柔性铰链放大器(16)和防扭杆(15)的剩余两个平动自由度； 2)壳体上下端面均设有用于固定顶盖(I)、底盖(5)的环形凸台，环形凸台上设有螺纹孔，顶盖(I)与底盖(5)均在安装端面设有与上述环形凸台配合的环形槽，并在环形槽内设有与上述螺纹孔配合的沉头孔，固定时，环形凸台分别与顶盖(I)、底盖(5)的环形槽配合，限制顶盖(I)、底盖(5)在垂直于壳体(2)轴线方向上的两个转动自由度和两个平动自由度，第一固定螺钉组(10)与通孔、螺纹孔配合，限制顶盖(I)、底盖(5)在壳体(2)轴线方向上的平动自由度和转动自由度。
全文摘要
本发明公开了一种超磁致伸缩高频制动实验台驱动器及其组装方法。它包括放大机构、激励器，放大机构经由第二固定螺钉组固定在激励器顶柱伸出端，放大机构包括连接板、防扭杆、柔性铰链位移放大器，柔性铰链位移放大器通过平头螺钉固定在连接板上，防扭杆与位移放大器接触并通过平头螺钉固定在连接板上，激励器包激励器外壳、激励线圈、线圈骨架、调节螺塞、第一导磁垫片、超磁致伸缩棒、第二导磁垫片、碟簧组、顶柱，激励器外壳包括顶盖、壳体、底盖、第一固定螺钉组。本发明适用于棒状超磁致伸缩材料的换能。该超磁致伸缩高频制动实验台驱动器具有泛用性好、偏置磁场和预应力曲线调节简便、易于加工、节省材料、输出位移大、适合实验环境等特点。
文档编号H02N2/02GK103036473SQ201210530809
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者洪灵, 刘宇澄, 徐爱群, 贾相武, 黄长林, 胡树根, 宋小文, 王耘 申请人:浙江大学