形狀記憶合金平面渦卷式回轉(zhuǎn)驅(qū)動器的研究.pdf

1、形狀記憶合金（Shape Memory Alloys，SMA）是一種有著形狀記憶效應的智能材料，具有感知溫度變化而改變其形狀的特點，因此以SMA材料所制作的功能器件，具有傳感與驅(qū)動一體化的特點。同時依據(jù)這類材料的其他固有特性，SMA驅(qū)動器還具有高功重比、工作時安靜、清潔、無摩擦、無液體、無粉塵等特點，尤其適用于航空航天飛行器中的溫度自適應控制以及驅(qū)動裝置的研發(fā)。
　　本文針對當前SMA回轉(zhuǎn)式驅(qū)動器結(jié)構(gòu)復雜、集成度不高等問題，提出了

2、渦卷式驅(qū)動器構(gòu)型，該設(shè)計避去了復雜的運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)而直接輸出扭矩與回轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)了驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)簡化。本文從力學行為分析、制備工藝優(yōu)化、溫控特性測試以及主動激勵效果等方面對這類驅(qū)動器進行了系統(tǒng)性研究，具體研究工作以及成果如下：
　?。?）在驅(qū)動元件的力學行為研究方面：將平面胡克渦卷彈簧的力學模型與 SMA一維本構(gòu)模型相結(jié)合，根據(jù)SMA驅(qū)動元件不同的工作方式，按照溫度、扭矩、變形量的不同變化過程，建立了分段式平面渦卷SMA驅(qū)動元件的

3、力學模型，獲得了驅(qū)動元件在不同工作階段的力學模型表達式。實測結(jié)果表明，該模型能有效地描述驅(qū)動元件在材料開始相變前與完成相變后的基本狀態(tài)與特性。
　　（2）在驅(qū)動元件的制作方面：對經(jīng)過不同熱處理訓練的SMA帶材樣件進行了溫控三點彎測試，并按照低溫態(tài)抗彎剛度低、塑性變形大，高溫態(tài)剛度高以及材料相變溫度滯后量大為標準，確定了熱處理工藝參數(shù)，并制作得到了達到預期性能的驅(qū)動元件。
　?。?）對測試系統(tǒng)研發(fā)方面：針對現(xiàn)有實驗裝置無法對渦

4、卷式SMA驅(qū)動器件進行有效性能測試研究的情況，設(shè)計制作了適合的測試系統(tǒng)，并通過性能驗證以及實際使用證明該系統(tǒng)能夠滿足目前研究階段的實驗要求。之后為了提高設(shè)備的工作效率，以 PCI1711數(shù)據(jù)卡以及LabView軟件平臺為基礎(chǔ)，對測試系統(tǒng)進行了自動化改良。
　　（4）對SMA驅(qū)動元件及驅(qū)動器的溫控特性測試方面：對驅(qū)動元件的測試顯示，在驅(qū)動元件轉(zhuǎn)角變形量不超過600°時，其形狀能夠基本保持阿基米德螺線形狀，在高低溫時最大轉(zhuǎn)角輸出量相差

5、約2倍、最大扭矩輸出相差約1.6倍；對往復式驅(qū)動器的測試顯示，驅(qū)動器樣機在高溫環(huán)境下最大輸出177310-3N·m扭矩，在低溫環(huán)境下最大輸出75310-3N·m的反向扭矩，在無載荷情況下能實現(xiàn)160°的最大往復行程。
　?。?）在驅(qū)動元件和激勵源的整合研究方面：對比了三種加熱驅(qū)動方式對SMA驅(qū)動元件輸出特性的影響，提出了以碳纖維附著層作為加熱手段的新型的SMA驅(qū)動元件整體熱驅(qū)動方式。探索了碳纖維附著層與SMA帶材的集成方法，并研究