基于惯性冲击的磁致伸缩式微小无缆驱动器研究

现有的惯性冲击式(IDM)驱动器几乎都以堆叠式或双晶片式压电材料为驱动元件。压电式IDM具有诸多优势，但也存在有缆驱动、移动速度小、负载能力弱的不足。针对这一问题，提出采用Terfenol-D复合悬臂梁为驱动源，构造一种新型的惯性冲击精密微小无缆驱动器。基于有限元方法，分析驱动器的磁特性和机械特性，进而完成驱动器总体结构设计与优化，在此基础上，针对驱动器运动特性展开理论和实验研究。运用哈密顿原理建立Terfenol-D复合悬臂梁磁-机耦合动力学模型，并以此为基础，综合运用拉格朗日方程，建立包含迟滞特性和非线性摩擦效应的驱动器系统动力学模型，在仿真分析与优化的基础上，进行驱动器样机加工与测试，以期获得一种速度、负载、稳定性等指标更优的无缆式精密直线移动机构。.开展稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D应用器件研究，对于拓宽江西省稀土产品应用领域具有积极的意义。

项目基于惯性冲击原理，分别采用Galfenol和Terfenol-D合金为驱动源，提出了磁致伸缩式微小驱动器，从结构设计、理论建模、仿真分析和动态实验四方面研究新型驱动器在精密驱动过程中的动力学特性。设计了无缆和有缆两种驱动器样机，以虚功原理为基础，采用有限元方法建立了磁致伸缩式微小驱动器的动力学模型，通过仿真得到了惯性冲击驱动器的位移及速度范围，并对两种样机进行了动力学模型的实验验证研究。根据东华计量测试研究院出具的测试报告，无缆式驱动器的步长为0.38μm（0.8A,22Hz）。项目的研究成果可为相应器件的开发提供重要的理论基础，并对拓宽江西省稀土材料应用范围具有积极意义。