何忠波 荣 策 杨朝舒 薛光明 郑佳伟

(1.军械工程学院车辆与电气工程系， 石家庄 050003； 2.奥克兰大学机械工程系， 奥克兰 1010)

引言

超磁致伸缩材料(Giant magnetostrictive material, GMM)是一种性能优异的新型功能材料，相比于其他智能材料，GMM具有输出力大、响应速度快、能量密度高等优点[1-5]。超磁致伸缩致动器(Giant magnetostrictive actuator, GMA)能够在低电压驱动条件下迅速精确地输出微位移，被视为新型电液伺服阀(Electro-hydraulic servo valve, EHSV)的理想驱动元件[6-8]。

为避免GMM本身固有的倍频特性，在GMA设计时通常需要施加偏置磁场[9-10]。近年来，永磁偏置因低能耗和高可靠性的特点逐渐受到研究人员的关注[11-13]。在永磁偏置方式中，筒状永磁体磁场较为均匀，但所需永磁体的体积和质量较大[14-15]。碟片状永磁体常对称放置于GMM棒两端，这样的结构能以较少的永磁体获得较大的磁场强度，但是，磁场均匀性较差[16]。

本文根据新型EHSV的驱动要求，设计一种柔性铰链放大的叠堆式超磁致伸缩致动器(Stack giant magnetostrictive actuator amplified by flexure hinge, FASGMA)。为准确预测FASGMA的输出，建立FASGMA输出位移模型，模型考虑致动器与柔性铰链的相互作用以及GMM棒应变分布不均匀性，通过实验验证模型的准确性，有助于FASGMA整体性能的分析和在EHSV中的应用。

1 FASGMA结构与工作原理

FASGMA结构如图1所示，主要包括两部分：叠堆式超磁致伸缩致动器(SGMA)和桥式柔性铰链放大机构。SGMA采用永磁体、GMM棒交替排布的结构形式，既保留了两端对置式GMA质量、体积小的优点，同时提高了偏磁场分布的均匀性[17]。桥式柔性铰链机构结构紧凑，位移放大比大，能够满足大流量伺服阀的驱动要求[18-19]。……