近年来,随着社会科技的进步,智能材料在各个领域的研究与应用愈来愈得到重视与发展。稀土超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Materials简称GMM)作为新型的智能材料,因其磁致伸缩系数远大于其他铁磁材料,广泛的应用于各种领域。稀土超磁致伸缩驱动器(Giant Magnetostrictive Actuator简称GMA)是以GMM棒为核心的驱动机构,利用GMM材料的磁致伸缩效应对外输出位移,具有输出力大、响应速度快、能量密度高、频率特性好等诸多优点,在微电子技术、现代医疗机械以及航天航空等领域得到快速发展,但GMA输出特性不足问题一直困扰着行业发展。本文首先从偏置磁场角度出发,研究施加偏置磁场的永磁体结构参数对驱动器性能的影响,其次对施加偏置磁场永磁体结构进行改进,最后设计了一款二级位移放大机构,主要内容与结论如下:(1)研究施加偏置磁场永磁体结构参数对驱动器性能的影响。利用有限元软件建立GMA仿真模型,设置仿真环境,以GMM棒磁场分布与驱动器输出位移作为评判标准,对比分析永磁体厚度与永磁体到线圈距离两个参数对驱动器性能的影响。结果表明:随着永磁体厚度的增加,改善了磁场分布规律,提升磁场均匀性,增大了输出位移;随着永磁体与线圈之间距离的增大,GMM棒中磁感应强度降低,输出位移减小,但磁场均匀性提高;综合考虑选取永磁体厚度为6mm,永磁体到线圈距离为1.5mm。(2)研究施加偏置磁场的永磁体结构分布对驱动器性能的影响。分析圆环状永磁体层数的变化对驱动器内磁场分布以及输出位移的影响,将圆环状永磁体按照中间多、两端少的分布原则改进,分析其对驱动器内磁场及输出位移的影响。利用有限元软件建立相应的驱动器模型,通过稳态及瞬态分析驱动器内磁场分布与输出位移的时域图。结果表明:随着圆环状永磁体层数的增加,GMM棒磁场均匀性和输出位移都呈现先增大后趋于平缓的趋势,对驱动器性能的影响逐渐减弱;改进圆环状永磁偏磁结构,GMM棒内磁场均匀性及其输出位移都有提高,即改进后的模型有利于提升磁致伸缩驱动器的性能。(3)针对磁致伸缩驱动器输出特性不足的情况,利用柔性铰链特性、杠杆原理与静力学平衡原理,设计了一款二级位移放大机构,用于驱动器输出位移的放大。基于柔性铰链的转动中心偏移量,推导出放大机构的放大率公式,给出了结构各尺寸参数,对该设计进行建模仿真,验证其结构合理性。结果表明:放大机构的放大率受柔性铰链宽度与圆弧切割部分尺寸的影响。放大率随比值S的增大呈现先增大后逐渐趋于平缓的趋势,柔性铰链圆弧切割部分的尺寸对放大率影响较大;放大率随宽度b的增大呈现逐渐减小后趋于稳定的趋势,柔性铰链宽度b对放大率影响较小。通过本文的研究,得到了施加偏置磁场永磁体结构对稀土超磁致伸缩驱动器性能的影响,以及设计了一款放大机构,在实际的应用中可以灵活使用永磁体结构,具有一定的指导作用。