国民经济各部门和高科技各领域的发展,都不可避免地受到材料发展的制约或推动,作为主要传动与控制方式之一的流体传动与控制技术,当然也不例外。超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,简写为GMM)是近年才出现的一种新型功能材料,具有应变大、响应速度快、能量传输密度高、输出力大等优异性能。利用GMM设计新型的电—机转换器,取代传统型电—机转换器,如力矩马达或力马达等,可提高整个电液伺服阀的响应速度和控制精度。 论文以GMM为基础,以GMM转换器及其喷嘴挡板伺服阀为研究对象,采用理论分析、计算机仿真、静态磁场有限元计算、动态磁场磁路计算和实验研究相结合的方法,对其进行系统、深入的分析和研究。提出了基于GMM转换器的喷嘴挡板伺服阀的实现方案和具体结构,研制了GMM转换器及其喷嘴挡板伺服阀,确定了各参数间的匹配关系,建立了GMM转换器喷嘴挡板伺服阀设计、评价准则;通过动态磁场磁路计算、磁场有限元仿真及实验验证,得出了GMM转换器磁场分布和磁感应强度的变化规律。研究结果表明,由GMM转换器的输出杆,直接驱动挡板的结构形式,不仅切实可行,而且具有简单、可靠和便于控制的特点;采用温度补偿机构、预压力施加机构、可调动态偏置磁场和添加导磁环等措施,提高了压力控制性能;同时表明基于GMM转换器喷嘴挡板伺服阀,具有较宽的控制压力特性,可达0.52MPa;良好的线性度,约为2.5%;较快的响应速度,阶跃响应上升时间为1ms、幅频宽达680Hz。提出了伺服阀用GMM电—机械转换器自适应热补偿机构,并进行了理论分析和实验验证,结果表明提出的补偿机构能有效地补偿GMM棒的热变形,提高了GMM转换器喷嘴挡板伺服阀控制压力的输出精度。提出了测量动态磁场的简便实用方法,实现了测试装置在对电流—控制压力测量的同时,还能对动态磁场磁通变化率进行检测,解决了动态磁场不便测量的难题,并将测得结果与磁路仿真结果进行了对比分析,验证了磁路动态数学模型的正确性。 有关各章内容分述如下: 第一章介绍了传统型和新型两类电—机转换器的作用、原理及特点,并对其性能进行了比较;概述了GMM的性能优越性和发展历程;着重阐述了GMM电—机转换器在流体元件中的应用,并总结了该类转换器的最新研究成果及应用研究现状;简要概括了本课题的研究意义、研究难点和主要研究内容。 第二章从GMM的唯象理论和工程实际应用的角度出发,较系统地阐述了磁致伸缩现象的产生机理和各种有实用意义的物理效应,并根据磁力学理论,给出磁致伸缩方程式,同时对GMM的伸缩机理、磁—机耦合、压力及温度等特性进行了介绍和分析,为后几章的应用研究奠定了坚实基础。 第三章在介绍了基于GMM转换器,及其喷嘴挡板伺服阀的结构组成、工作原理和性能特点的基础上,较全面系统地研究了GMM转换器,及其喷嘴挡板伺服阀的设计理