МАГНИТОСТРИКЦИОННОЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Магнитострикционное исполнительное устройство (МСИУ) угловых перемещений на основе двухслойной МП с балочной шарнирной установкой на основании и с замкнутой магнитной системой [1] позволяет реализовать ИУ на базе изгибных деформаций с чисто угловыми перемещениями, которые передаются нагрузке в центре пластины.

МСИУ рассмотрен как нелинейный многосторонний преобразователь,  с учетом влияния на магнитные, магнитомеханические и упругие характеристики температуры и изменений по толщине внутренних и внешних статических и динамических напряжений [2].

При работе магнитострикционного устройства обычно наблюдается увеличение температуры активного элемента, в результате которого видоизменяется начальный участок статической характеристики и снижается величина максимального перемещения.

Ранее для обеспечения стабильности статических характеристик МСИУ при изменении температуры, разработчиками МСИУ использовался подбор материалов слоев пластин с одинаковыми ТКЛР. Такой подход позволяет исключить термодинамический прогиб пластин МСИУ, однако исключение негативного влияния на статическую характеристику предварительных упругих напряжений создаваемых внутренними термодинамическими моментами сил не дает желаемого результата в виду уменьшения значения пьезомодуля активного материала от температуры. При увеличении температуры, к примеру, на 60⁰C, величина поворота ИО падает на 10-12% (рис.1).

Кроме этого, ранее авторами не учитывались знакопеременные магнитострикционные внутренние напряжения в поперечном сечении пластинки, возникающие при работе МСИУ, которые наряду с термодинамическими напряжениями изменяют свойства МСИУ на разном удалении относительно серединной поверхности МСП [3].

Исследования модели МСИУ [4] показали, что с целью достижения температурной стабильности статических характеристик МСИУ, возможно подобрать такой внешний предварительный изгибающий момент, регулируемый в зависимости от текущей температуры МСИУ, направленный в сторону сжатия активного слоя (рис.2,3), при котором будет не только компенсироваться уменьшение пьезомодуля активного материала от температуры, но и  происходить существенное сближение статических характеристик МСИУ на начальном участке с исходной кривой (рис. 4), а также выигрыш в максимальном перемещении, что предполагает возможность построения новых магнитострикционных устройств со стабильными к температуре характеристиками.

Рисунок 1. Статическая характеристика для двухслойного МСИУ, одного слоя выполненного из пермендюра и второго пассивного слоя, выполненного из сплава 42НХТЮ, с коэффициентом линейного расширения таким же как и в слое 1, α2= 9,2*10^–6/⁰C

Рисунок 2. Статическая характеристика для двухслойного МСИУ, выполненного из пермендюра и сплава 93ЦТ при наложении внешнего регулируемого момента (М)

 Рисунок 3. Статическая характеристика для двухслойного МСИУ, выполненного из пермендюра и сплава 93ЦТ при наложении внешнего регулируемого момента (М)

Зависимость величины внешнего регулируемого предварительного изгибающего момента М, которого необходимо прикладывать с целью получения магнитострикционных устройств со стабильными к температуре характеристиками, при  изменении температуры, для двухслойного МСИУ с активным слоем, выполненным из пермендюра К49Ф2 и вторым пассивным слоем выполненного из материалов с различными ТКЛР: 93ЦТ (α2= 6,2*10^–6/⁰C ) и 29НК (α2= 4,2*10^–6/⁰C), приведена на рисунке 4 и близка к линейной.

Рисунок 4. Зависимость величины внешнего предварительного регулируемого момента М при изменении температуры МСИУ

Данная методика проектирования термостабильных МСИУ справедлива для любых приводов, выполненных на основе бимагнитострикционных пластин, и заключается в выборе знака и величины предварительного упругого нагружающего регулируемого момента, который можно рассчитать по формуле:

Список литературы:

1. Грахов П.А. Магнитострикционные исполнительные устройства для активной оптики (Развитие теории, исследования характеристик и конструкций) // Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Уфа: Изд. Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т, 1999. – 226 с.
2. Грахов П. А., Федин А.В. Моделирование устройств угловых микроперемещений на основе магнитострикционных пластин // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2011. №3. С. 134-141.
3. Грахов П. А., Федин А.В. Моделирование устройств угловых перемещений на основе магнитострикционных пластин с учетом упругих напряжений // Электротехнические и информационные комплексы и системы.-2013.-Т.9-№1.-С.9-17.
4. Грахов П. А., Ясовеев В.Х., Федин А.В. Характеристики устройств угловых перемещений на основе магнитострикционных пластин при действии предварительных упругих напряжений // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2015. - № 4, т. 11. - С.107-114.