第8章超磁致伸缩材料及其智能化应用-石雅莹
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超磁致伸缩滚珠丝杠副智能预紧技术在工程领域中,超磁致伸缩滚珠丝杠副智能预紧技术是一项备受关注的前沿研究课题。
本文将深入探讨这一技术的原理、应用及未来发展趋势,希望能够为您对该主题的深入理解提供有益帮助。
1. 技术原理超磁致伸缩滚珠丝杠副智能预紧技术是基于磁致伸缩材料的特性,通过控制磁场来实现对滚珠丝杠副的智能预紧。
磁致伸缩材料的磁化强度可以受到外界磁场的影响而发生变化,利用这一特性可以实现对滚珠丝杠副的精准控制和调节,从而提高其工作效率和稳定性。
2. 技术应用超磁致伸缩滚珠丝杠副智能预紧技术在工程机械领域具有广泛的应用前景。
在数控机床、机器人臂、航空航天设备等领域,利用该技术可以实现对传动系统的高精度控制和长期稳定运行,提高设备的工作效率和可靠性。
3. 技术发展趋势随着工业自动化和智能化水平的不断提高,超磁致伸缩滚珠丝杠副智能预紧技术将在未来得到更广泛的应用。
随着磁致伸缩材料和控制技术的不断创新,该技术将不断提升在精密制造和高端装备领域的地位,为工程技术的发展带来新的机遇和挑战。
总结回顾通过本文的介绍,相信您对超磁致伸缩滚珠丝杠副智能预紧技术已经有了一定的了解。
在未来的工作和研究中,我们应该密切关注该技术的最新进展,不断深化对其原理和应用的理解,以推动相关领域的技术创新和发展。
个人观点与理解作为一项新兴的前沿技术,超磁致伸缩滚珠丝杠副智能预紧技术在工程领域具有重要意义。
我个人认为,通过深入研究和实践,可以进一步发挥该技术的优势,为工程制造和设备运行提供更加可靠和高效的解决方案。
结语以上是对超磁致伸缩滚珠丝杠副智能预紧技术的介绍与探讨,希望能为您对该主题的深入理解提供帮助。
在未来的工作和学习中,让我们共同关注该技术的发展动态,为工程技术的进步贡献自己的一份力量。
结尾。
超磁致伸缩滚珠丝杠副智能预紧技术是一种能够实现滚珠丝杠副智能预紧的技术,它利用磁致伸缩材料的特性,通过控制磁场来实现对滚珠丝杠副的精准控制和调节,从而提高其工作效率和稳定性。
第8章超磁致伸缩材料超磁致伸缩材料(magnetostrictive material)是一种特殊的材料,具有在磁场作用下发生尺寸和形状变化的能力。
它们广泛应用于传感器、电磁换能器和声学设备等领域。
本章将介绍超磁致伸缩材料的基本原理、特性和应用。
超磁致伸缩材料的基本原理是磁致伸缩效应。
当该材料处于外加磁场中时,磁性原子或离子会产生磁偶极矩的改变,从而导致材料产生应力和形变。
这种效应是由材料的微观结构和磁性基团之间的相互作用所决定的。
超磁致伸缩材料的一个重要特性是磁致伸缩系数(magnetostrictive coefficient),它表示材料在外加磁场下的形变能力。
磁致伸缩系数的数值通常很小,大约是10^-6到10^-3之间,但它们在应用中通常足够实现所需的精度和灵敏度。
超磁致伸缩材料在传感器方面的应用非常广泛。
例如,它们可以用于制作磁场传感器,测量磁场的强度和方向。
此外,超磁致伸缩材料还可以制作压力传感器,通过测量材料的形变来间接测量外部的压力。
这些传感器在工业自动化、航空航天和医疗设备等领域中起着重要的作用。
另一个重要的应用领域是电磁换能器(magnetostrictive transducer)。
超磁致伸缩材料可以通过外加磁场产生机械振动,并将电能和机械能之间进行转换。
这种换能器具有高效、可靠、无污染和长寿命的特点,因此被广泛应用于声学设备、振动装置和密封系统等领域。
此外,超磁致伸缩材料还可用于制造声音产生器和压电陶瓷的控制器。
它们的应用不仅可以产生可听的声音,还可以通过调整频率和振幅来实现声音的控制和调节。
尽管超磁致伸缩材料具有许多优点,如高灵敏度、高可靠性和长寿命,但也存在一些挑战和限制。
例如,它们对磁场的稳定性和强度有一定要求,且在高温环境下常常会出现退化和热失效的问题。
此外,超磁致伸缩材料的制备和加工也较为复杂,限制了其在一些领域的应用。
总之,超磁致伸缩材料是一类具有特殊性能和应用潜力的材料。
超磁致伸缩材料微位移执行器原理与应用贾振元,郭东明著内容简介本书是多项国家自然科学基金、高等学校博士学科点专项基金、辽宁省科学技术基金等项目的研究成果总结,是一本介绍超磁致伸缩材料微位移执行器的原理、设计方法及应用的专著。
本书系统地阐述了超磁致伸缩材料的材料与物理学基础、微位移执行器结构设计方法、建模理论、非线性控制技术以及超磁致伸缩薄膜的工作原理和静动态特性等,并介绍了各种超磁致伸缩材料微位移执行器的应用实例。
全书共分8章。
第1章介绍了超磁致伸缩材料与物理学基础;第2章介绍了超磁致伸缩材料的制备与应用特性;第3章介绍了超磁致伸缩微位移执行器设计理论与方法;第4章介绍了超磁致伸缩材料及微位移执行器的建模理论;第5章介绍了超磁致伸缩微位移执行器控制技术;第6章阐述了超磁致伸缩薄膜的物理与材料学基础;第7章阐述了超磁致伸缩薄膜材料建模理论;第8章介绍了超磁致伸缩材料的应用研究。
本书既具有理论的系统性,又具有工程技术的实用性,可供从事超磁致伸缩材料及其执行器研究工作的科技工作者、专业技术人员以及高等院校相关专业的师生参考。
同时,也可供从事其他功能材料及其应用研究的科研、工程技术人员参阅。
作者简介贾振元,男,1963年生,大连理工大学机械工程学院院长,工学博士,教授,博士生导师。
主要研究方向为功能材料及其传感器执行器技术、精密加工与测量、数控技术等。
负责或参与国家973计划项目、国家863计划项目、国家自然科学基金重点项目和面上项目、国防“十一五”预研项目、总装预研等各类科研项目40余项。
获得国家技术发明二等奖1项,教育部技术发明一等奖1项,教育部科技进步一等奖1项,中国高校科技进步一等奖1项,中国机械工业科学技术三等奖1项,辽宁省科学技术进步二等奖1项,大连市科技进步一等奖1项、二等奖1项,大连市专利金奖1项;发表论文100余篇;合作出版专著1部;获13项专利、8项鉴定成果。
还获得中国机械工程学会青年科技成就奖,辽宁省青年科技奖,大连市劳动模范,辽宁省杰出青年基金;入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选,教育部“新世纪优秀人才支持计划”,辽宁省“新世纪百千万工程”百人层次;享受中华人民共和国国务院颁发的政府特殊津贴。
超磁致伸缩材料及其应用一、超磁致伸缩材料基本概况1.研究背景20世纪80年代,人们提出智能材料的概念以来,有关智能材料的机理研究、智能材料的制备研究以及以智能材料为基础的智能系统与结构的基础与应用研究已成为当前力学、物理、材料、电子、机械及信息等学界的重大基础及应用课题,并已取得了大量卓有成效的研究,形成了"智能系统科学与技术"这一新兴的多学科交叉的高技术领域。
它不仅用在国防和航空航天等高技术领域,而且在民用工业及生产活动中也发挥着重要的作用。
智能材料系统与结构中智能材料是关键,它是一种能通过系统调节材料自身各种功能并对外界复杂环境条件发生变化做出反应而发挥主动功能作用的材料,即具有感知环境变化和对外部环境做出反应的能力。
其中,一类是对外界的刺激强度具有感知,如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等;一类是对外界环境条件发生变化做出响应。
它们可以和控制电路、接口电路、数据通信及电源系统于一体,实现能量之间的转换,制作出各种各样的传感功能和执行功能的智能器件。
目前,智能材料具有驱动功能作用的主要有压电材料、电致伸缩材料、形状记忆合金材料、磁致伸缩材料和电(磁)流变液等。
表1.1所示为几种智能材料基本性能。
表1.1 几种常用功能材料基本性能指标超磁致伸缩材料作为一种新型智能材料,其优良的磁致伸缩特性及潜在的应用前景在高技术领域得到普遍的重视,成为智能材料及其应用设计中的一种重要单元。
2.超磁致伸缩的发展1842年著名物理学家焦耳首先发现:在磁场中,铁磁材料由于磁化状态的改变会引起其长度或体积发生微小变化,这种现象就称为磁致伸缩,也称焦耳效应。
其中,材料在磁化过程中伴有晶格的自发变形,会沿磁化方向发生伸长或缩短的现象,称为线磁致伸缩;体积发生膨胀或收缩的现象称为体积磁致伸缩。
一般的,由于体积磁致伸缩发生在材料达到饱和磁化以后,且体积磁致伸缩比线磁致伸缩要微弱得多,实际用途又非常少,在测量和研究中考虑得很少,因此工程上的磁致伸缩均指线磁致伸缩。
科技信息1.超磁致伸缩材料的特点与应用1.1超磁致伸缩材料的特点磁致伸缩材料主要有三大类:磁致伸缩的金属与合金、铁氧体磁致伸缩材料和稀土金属间化合物磁致伸缩材料。
前两种称为传统磁致伸缩材料,其磁致伸缩应变过小,没有推广应用价值。
而稀土金属间化合物磁致伸缩材料也称为稀土超磁致伸缩材料。
与其他智能材料相比,稀土超磁致伸缩材料具有以下特点:应力负载大(可达700MPa)、能量转换率高(机电耦合系数可达0.75)、温度适应范围宽(小于200℃)、响应快(微秒级)、驱动电压低(小于30V)等。
另外具有频率特性好,工作频带宽;稳定性好,无疲劳,无过热失效等优点。
因此有专家认为,稀土超磁致伸缩材料可广泛应用到机械、电子、航天、农业等其他领域,是21世纪的战略材料。
1.2超磁致伸缩材料的应用分析迄今已有1000多种超磁致伸缩材料器件问世,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。
超磁致伸缩材料在声频和超声技术方面也有广阔的应用前景,国外已用超磁致伸缩材料来制造出超大功率的超声波换能器。
日本已用稀土超磁致伸缩材料来制造海洋声学断层分析系统和海洋气候声学温度测量系统的水声发射换能器,可用于测量海水温度和海流的分布图。
德国材料研究所已将超磁致伸缩薄膜材料应用于微型泵的研究之中。
随科技发展的日新月异,超磁致伸缩材料的重要性必将越来越突出,应用也将更广泛。
预计未来超磁致伸缩材料的应用领域包括航空航天、超精密机械加工、海洋工程、汽车制造、石油产业等。
1.3超磁致伸缩材料在我国的研究与应用在国内,北京钢铁研究总院于1991年率先制备出GMM棒材,此后又开展了低频水声换能器、光纤电流检测、大功率超声焊接换能器等的研究。
北京科技大学采用具有自主知识产权的一步法工艺和设备生产稀土超磁致伸缩材料,减少了过程污染,杂质和氧含量低,合金成分控制准确,提高了材料的性能和产品的一致性;同时易于实现自动化控制,生产效率比传统工艺提高了100-150倍,成本大大降低。
超磁致伸缩材料产生伸缩的响应速度和时间概述说明1. 引言1.1 概述本文旨在探讨超磁致伸缩材料产生伸缩的响应速度和时间相关因素,并介绍测量和评价这些参数的方法。
超磁致伸缩材料是一类具有特殊性能的功能材料,其在外加磁场或电压的作用下,能够发生显著的尺寸变化。
这种材料具有广泛的工业应用潜力,例如汽车制造、航空航天领域以及精密仪器等。
因此,了解并优化超磁致伸缩材料的产生伸缩响应速度和时间非常重要。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
首先是引言部分,对本文进行概述,并介绍文章结构。
接下来,将详细介绍超磁致伸缩材料的基本原理,包括其定义与特点、外加磁场对其影响以及工业应用领域。
然后,我们将探讨影响超磁致伸缩材料产生伸缩响应速度和时间的相关因素,包括温度、外加电压以及材料性能等。
随后,我们将介绍实验室测量方法和工业界常用的评价方法,并讨论可能存在的误差和改进措施。
最后,在结论部分对全文进行总结,并展望未来的研究方向。
1.3 目的本文的目的是系统地探讨超磁致伸缩材料产生伸缩响应速度和时间相关因素,并介绍测量和评价这些参数的方法。
通过深入了解这些影响因素,可以为优化超磁致伸缩材料在各个领域的应用提供理论指导和技术支持。
同时,本文也旨在为今后相关领域的研究者提供一个参考,并促进该领域更多深入研究的开展。
2. 超磁致伸缩材料的基本原理2.1 超磁致伸缩材料的定义与特点超磁致伸缩材料是一类可以在外加磁场作用下发生形变的特殊材料。
它们具有磁致伸缩效应,即在外加磁场的作用下,这些材料会产生显著的线性或非线性的尺寸变化。
与传统材料相比,超磁致伸缩材料具有许多优势,如较高的灵敏度、自感和高强度。
2.2 磁场对超磁致伸缩材料的影响超磁致伸缩材料中存在着特定晶体结构或微观结构,当这些结构受到外界磁场的影响时,就会导致整个材料内部电子自旋方向发生改变。
这种改变进而引起了晶格参数和长度发生变化,从而使得整个材料产生了可观察到的尺寸变化。
超磁致伸缩材料及其应用13新能源(01)班张梦煌1305201026超磁致伸缩材料(GMM)是一种在室温和低磁场条件下,就能产生很大磁致伸缩应变的新型功能材料,具有输出力大、能量密度高、机电耦合系数大、响应速度快、输出应变大等优点,在智能系统中具有广泛的应用前景,其力学响应行为涉及变形场、磁场、涡流场、温度场相互耦合问题,直接关系到智能系统的性能指标和可靠运行。
LI前人们已经设计并制造出各种智能结构和器件,如:主动减振装置、高精度线性马达、超磁致伸缩微泵、微阀门、微定位装置等等,使得磁致伸缩材料在众多的功能材料中备受瞩口。
超磁致伸缩材料Terfenol-D与压电陶瓷材料相比具有更优越的性能。
超磁致伸缩材料(giant magnetostr ietive material ,简写为GMM)是A. E. Clark 等人于70年代发现的,是一种新型的功能材料,它能有效地实现电能与机械能的相互转换。
山于具有应变值大、电能一机械能转换效率高、能量传输密度大、高响应速度等特点,该材料已引起广泛的注意,并逐步开始应用于声纳、超声器件、微位移控制、机器人、流体器件中。
表1.1给出了电磁场,变形场和温度场之间能量转换的不同效应。
形状记忆合金和压电陶瓷都已在航空航天结构中被用于控制和制动。
形状记忆合金非常适合用在高冲程量、低带宽的领域中,例如旋翼叶片的飞行追踪。
而压电陶瓷适用于低冲程量、高带宽的悄形,例如被安置在直升飞机的后缘襟翼上以降低较高的谐波振动。
磁致伸缩材料可以提供机械能和磁能之间的转化,其带宽在30KHz左右,低于电致伸缩材料和压电陶瓷,但高于形状记忆合金。
在过去的儿年中,能产生大于0. 001应变的磁致仲缩材料受到广泛的关注,这主要是因为这种材料非常适合应用在一些需要较大驱动力和较小位移的领域,如可变形表面,主动振动控制和精确制造等等,在商业应用中也可以产生巨大的经济效益。
磁致伸缩器件山于其独特的功能优势在许多危险工作条件和高温环境下性能出众,并且能够在低频磁场下调节应力和位移。