一种形状记忆合金扭转驱动器的制备与测试-论文.pdf

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1、一种形状记忆合金扭转驱动器的制备与测试——吴佳俊王帮峰芦吉云等一种形状记忆合金扭转驱动器的制备与测试吴佳俊王帮峰芦吉云张勇南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，南京，210016摘要：研究了一种以镍钛(NiTi)形状记忆合金带材为基本驱动材料的平面涡卷式扭转驱动器。该驱动器利用NiTi合金的单程形状记忆效应与回复弹簧的相互作用，实现驱动器在高低温状态下正反两向的扭矩输出。分析了驱动器的基本结构形式和驱动原理，探讨了NiTi合金驱动部件的设计方法和基本制备工艺。设计制作了驱动器原理样机，并测试了驱动

2、器的输入输出特性。测试结果表明，该驱动器在给定的高低温环境(10～60℃)下能够在正反两个方向连续稳定地输出扭矩，最大行程范围为0～175。，最大输出扭矩达到0．33N·m。实测结果证明了驱动器设计方案与制备工艺的可行性。关键词：形状记忆合金；平面涡卷弹簧；驱动器；结构设计中图分类号：TB381DOI：10．3969／j．issn．1004—132X．2014．12．006DesignandTestofaKindofSMATorsionalActuatorWuJiajunWangBangfengLuJiyun

3、ZhangYongStateKeyLaboratoryofMechanicsandControlofMechanicalStructures。NanjingUniversityofAeroandAstro，Nanjing，210016Abstract：0nekindofplaneturbinationtorqueoutputactuatorbasedonNi—TiSMAwasintro—ducedherein．Thisdevicecouldachieveforwardandreversetorqueoutpu

4、tcorrespondingtothehighandlOWtemperaturestatewiththeinteractionofthesingletripmemoryeffectofNiTialloyandtherecoveryspring．FirstthebasicstructureandactionprincipleweredeclaredandthedesignapproachanditsbasicpreparationtechnologyofSMAactingpartwerediscussed．Th

5、entheprincipleprototypewasdesignedandmanufactured．Theinput—outputcharacteristictestwasprocessed．Testingresultsshowthat，thedevicecouldcontinuouslyandstablyoutputtorquesundertheconditionoftemperaturestatefrom10～6O℃．ThemaximumstrokerangeiSas0～175。，andthemaximu

6、mtorqueisO．33N·m．Theresultsverifythefeasibilityofthedesignandpreparationprocessofthisdevice．Keywords：shapememoryalloy(SMA)；flatspiraIspring；actuator；structuredesign0引言带材而非丝材作为基础材料，以平面涡卷缩放形式NiTi形状记忆合金是最早发现的记忆合金，而非直线拉伸形式作为驱动方式，实现了扭矩的直其制备工艺成熟、变形及驱动力大，成为智能材料接输出

7、，省去了现有扭力输出驱动器中的运动转换驱动领域中的一个重点研究对象]。NiTi合金机构，使其结构更为紧凑。同时，由于本驱动器的驱动机理是利用带材的弯曲变形回复而非丝材的的形状记忆效应的基本原理是在温度变化和应力拉伸形变回复，故驱动器的行程也有所增大。的综合作用下，材料内部的热弹性马氏体与奥氏体相互转变的过程。其基本过程可以简述如下：1驱动器的设计与制作材料在马氏体相变起始温度M以下受到外力加1．1驱动器的基本结构载形成马氏体单晶，出现宏观变形；之后在去除外驱动器的基本形式如图1所示。将NiTi合力状态下，将温

8、度升至高于奥氏体相变终止温度金带状材料制备成为平面涡卷形式，与回复卷簧A时，马氏体通过逆相变回复到原本奥氏体状同轴布置。低温状态下，SMA卷簧在回复卷簧的态，材料宏观恢复原有形状_6]。应用形状记忆合预紧作用下发生变形。温度升高后，由于形状记金的形状记忆效应，研究人员设计研发了多种驱忆效应，SMA卷簧克服回复卷簧的预紧扭矩，驱动器，其中一大类就是扭矩输出式驱动器l7]。现动转轴转动对外输出扭矩。温度