超磁致伸缩材料的简介

微／纳米级的高精度驱动技术是机械加工、光学、测量、医疗、航天等高尖端技术领域中的关键技术，为实现微／纳米级的输出精度，必须开发高精度的驱动装置。诸如伺服电动机，液力、电液传动等传统的驱动装置虽然能够输出较大行程和载荷，但由于输出精度低和体积较大，已不能满足高精密系统对精密位移的需求。因此，体积小、性能优异的新型高精度驱动装置成为精密驱动领域研究的热点之一。

超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material，GMM）是一种在交变磁场作用下，可反复产生伸长和收缩形变的新型智能材料［1］。与压电陶瓷（Piezoelectric，PZT）和形状记忆合金（Shape Memory A lloy，SMA）等智能材料相比，GMM具有输出力大、延伸率大、能量密度高、磁滞低、响应快和能耗小等优点，作为制作检测和执行元器件的材料有着独特的优势，引起了国内外学者的广泛关注［2，3］。

以GMM为驱动元件的致动器具有精度高、负载大和响应快等优点，得到了广大研究人员的青睐。近年来，研究人员将GMM驱动技术应用于精密驱动［4］、精密定位［5］、流体精密控制［6］和振动主动控制［7］等领域中，取得了良好的效果。然而，GMM本身的磁致伸缩系数较小（1.0×10－3），基于GMM的超磁致伸缩致动器的输出行程也较小，通过施加放大机构可增大致动器的输出位移，但放大倍数通常只有几倍到十几倍［8－9］，而且位移放大的同时也成比例地缩小了输出力和降低了响应速度。行程小的缺点严重限制了GMM的工程应用范围，因此，如何突破超磁致伸缩致动器行程小的不足，成为拓展GMM应用领域的一个关键问题。

步进式致动器借鉴大自然中尺蠖的蠕动式爬行原理（图1－1），将尺蠖式步进运动与超磁致伸缩驱动技术结合，可以实现累积式位移输出，在保证精度和载荷能力的同时，可实现大行程的位移输出，在对输出精度、空间尺寸等有严格要求的应用领域有着广泛的需求和前景。近年来，大行程、高精度的超磁致伸缩致动器成为智能材料应用研究领域的热点。(www.xing528.com)

图1-1　尺蠖虫的蠕动式爬行

基于尺蠖式步进运动原理，本书设计了三种类型的步进式大行程超磁致伸缩直线（旋转）致动器，克服了传统超磁致伸缩致动器行程小、增设放大机构后负载能力和响应速度降低的不足，在保证高精度和负载能力的同时，实现了大行程直线位移（角位移）的累积输出，解决了传统致动器高精度和大行程相互制约的问题。研究工作对大行程超磁致伸缩驱动技术的拓展有一定的推动作用，在精密驱动、精密定位和精密控制等诸多领域有着广阔的应用前景。