石蠟熱力學特性及其無纜驅動器研究.pdf

1、隨著微機電系統的發(fā)展，加強動力和能源的研究迫在眉睫。對于進入人體腔道進行“微創(chuàng)或無創(chuàng)”診查的醫(yī)用內窺鏡，或進入易燃易爆等危險區(qū)域的管道進行檢查與維修微機器人，所用的微驅動器要求輸出力大、位移大和溫度變化范圍不能太大。石蠟在熔點附近具有很大的體膨脹系數，以石蠟作為熱膨脹材料的熱驅動是解決這一問題的新途徑。而給驅動器供能是上述問題面臨的一個關鍵技術。有線方式限制了驅動器的移動和使用環(huán)境，同時導線對微驅動器也是一個不小的負擔。因此，實現無纜驅

2、動成為石蠟驅動器實際應用的一個重要突破口。論文的主要工作和創(chuàng)新之處。 建立了水浴加熱石蠟性能試驗裝置，利用靜態(tài)和動態(tài)測定方法，獲得了石蠟整體的壓力、體積和溫度關系，熔化曲線的線性度，冷卻方式和彈簧壓力對熱滯后的影響等熱力學特性，為石蠟驅動器的研制奠定了基礎。研究表明了當壓力從0升高到0.36MPa時，在熔點附近很小的溫度范圍內，石蠟的體膨脹系數達到10％，具有很大的體膨脹系數，輸出力完全可以操作醫(yī)用內窺鏡。降低冷卻速度和采用彈性

3、系數小的恢復彈簧都可以減小石蠟的熱滯后程度，在保證有足夠快的冷卻速度下，盡量減小石蠟驅動器的熱滯后程度。 利用石蠟溫度控制驅動器位移時，熱滯后現象使控制變得復雜。為了掌握石蠟熱滯后現象的規(guī)律，首次對其影響因素進行了研究。 建立了電磁感應加熱石蠟性能試驗裝置，利用電磁感應加熱原理，實現了石蠟驅動器的無纜驅動，獲得了試驗裝置高功率因素的實現、線圈參數的匹配和感應加熱特性。研究表明了石蠟溫度從25℃升高到60℃，電磁感應加熱只

4、需要5-6s，能為驅動器提供足夠的能量和加熱速度。 結合實驗結果，并應用ANSYS軟件，開發(fā)的石蠟驅動器軸對稱感應加熱處理算法，完成了電磁場和溫度場的耦合分析、石蠟的相變分析、混合物導熱系數的確定、玻璃有效導熱系數的處理和材料物理性質都是溫度的函數，獲得了無纜驅動器的結構材料、尺寸和實際感應加熱參數與石蠟溫度場的關系，為驅動器的優(yōu)化設計提供了理論依據。研究表明了模擬結果與實驗結果具有非常好的一致性。 優(yōu)化設計了感應線圈的