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1、一種形狀記憶合金扭轉(zhuǎn)驅(qū)動器的制備與測試——吳佳俊王幫峰蘆吉云等一種形狀記憶合金扭轉(zhuǎn)驅(qū)動器的制備與測試吳佳俊王幫峰蘆吉云張勇南京航空航天大學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)力學(xué)及控制國家重點實驗室，南京，210016摘要：研究了一種以鎳鈦(NiTi)形狀記憶合金帶材為基本驅(qū)動材料的平面渦卷式扭轉(zhuǎn)驅(qū)動器。該驅(qū)動器利用NiTi合金的單程形狀記憶效應(yīng)與回復(fù)彈簧的相互作用，實現(xiàn)驅(qū)動器在高低溫狀態(tài)下正反兩向的扭矩輸出。分析了驅(qū)動器的基本結(jié)構(gòu)形式和驅(qū)動原理，探討了NiTi合金驅(qū)動部件的設(shè)計方法和基本制備工藝。設(shè)計制作了驅(qū)動器原理樣機(jī)，并測試了驅(qū)動
2、器的輸入輸出特性。測試結(jié)果表明，該驅(qū)動器在給定的高低溫環(huán)境(10～60℃)下能夠在正反兩個方向連續(xù)穩(wěn)定地輸出扭矩，最大行程范圍為0～175。，最大輸出扭矩達(dá)到0．33N·m。實測結(jié)果證明了驅(qū)動器設(shè)計方案與制備工藝的可行性。關(guān)鍵詞：形狀記憶合金；平面渦卷彈簧；驅(qū)動器；結(jié)構(gòu)設(shè)計中圖分類號：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引言帶材而非絲材作為基礎(chǔ)材料，以平面渦卷縮放形式NiTi形狀記憶合金是最早發(fā)現(xiàn)的記憶合金，而非直線拉伸形式作為驅(qū)動方式，實現(xiàn)了扭矩的直其制備工藝成熟、變形及驅(qū)動力大，成為智能材料接輸出
7、，省去了現(xiàn)有扭力輸出驅(qū)動器中的運(yùn)動轉(zhuǎn)換驅(qū)動領(lǐng)域中的一個重點研究對象]。NiTi合金機(jī)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)更為緊湊。同時，由于本驅(qū)動器的驅(qū)動機(jī)理是利用帶材的彎曲變形回復(fù)而非絲材的的形狀記憶效應(yīng)的基本原理是在溫度變化和應(yīng)力拉伸形變回復(fù)，故驅(qū)動器的行程也有所增大。的綜合作用下，材料內(nèi)部的熱彈性馬氏體與奧氏體相互轉(zhuǎn)變的過程。其基本過程可以簡述如下：1驅(qū)動器的設(shè)計與制作材料在馬氏體相變起始溫度M以下受到外力加1．1驅(qū)動器的基本結(jié)構(gòu)載形成馬氏體單晶，出現(xiàn)宏觀變形；之后在去除外驅(qū)動器的基本形式如圖1所示。將NiTi合力狀態(tài)下，將溫
8、度升至高于奧氏體相變終止溫度金帶狀材料制備成為平面渦卷形式，與回復(fù)卷簧A時，馬氏體通過逆相變回復(fù)到原本奧氏體狀同軸布置。低溫狀態(tài)下，SMA卷簧在回復(fù)卷簧的態(tài)，材料宏觀恢復(fù)原有形狀_6]。應(yīng)用形狀記憶合預(yù)緊作用下發(fā)生變形。溫度升高后，由于形狀記金的形狀記憶效應(yīng)，研究人員設(shè)計研發(fā)了多種驅(qū)憶效應(yīng)，SMA卷簧克服回復(fù)卷簧的預(yù)緊扭矩，驅(qū)動器，其中一大類就是扭矩輸出式驅(qū)動器l7]?，F(xiàn)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動對外輸出扭矩。溫度
