【摘要】：機械系統(tǒng)中常用的致動器如伺服電機、液壓驅(qū)動等結(jié)構繁贅,傳動系統(tǒng)復雜,各部件之間存在磨損和沖擊力,這些致動器在微納、機器人等領域已經(jīng)無法滿足尺寸和精度等方面的要求,因此磁性、靜電以及熱能等新型致動器逐漸發(fā)展起來。SMA(形狀記憶合金)致動器便是其中典型的一種。SMA致動器的優(yōu)點源于其利用的智能材料——SMA元件。SMA元件具有形狀記憶效應、高能量密度、低驅(qū)動電壓和大回復力等優(yōu)點。然而,SMA致動器也存在行程短、極限位置不穩(wěn)定、行程中有用力不均勻等缺陷。為了解決上述問題,本文基于彈性補償?shù)姆椒?引入全柔順雙穩(wěn)態(tài)機構,設計了一種基于SMA彈簧的柔性直線致動器,初步實現(xiàn)了SMA致動器行程放大、快速響應和極限位置穩(wěn)定的特性。其中,完成的主要工作有:(1)針對SMA致動器行程短、極限位置不穩(wěn)定、行程中有用力不均勻等缺點,研究了國內(nèi)外現(xiàn)有的改善其性能的方法。例如,采用位移放大機構放大SMA致動器的行程,改善其行程短的缺點;設計特殊機械結(jié)構阻止致動器的超量程運動來增加SMA致動器極限位置的穩(wěn)定性;利用彈性補償機構均勻SMA致動器行程中的有用力,以解決SMA致動器行程中有用力與有效位移之間的矛盾。但不足的是,以上方法均不能同時改善SMA致動器行程短、極限位置不穩(wěn)定、行程中有用力不均勻等缺點。(2)基于對補償方法的研究,選擇全柔順雙穩(wěn)態(tài)機構作為偏動式SMA致動器的補償機構。全柔順雙穩(wěn)態(tài)機構具備的負剛度特性可以在不犧牲輸出力的前提下放大偏動式SMA致動器的有效行程。對全柔順雙穩(wěn)態(tài)機構的幾何參數(shù)進行優(yōu)化,得到負剛度區(qū)間大、第一轉(zhuǎn)折力大的力-位移特性曲線,據(jù)此設計了有效行程放大2倍的SMA柔性致動器。(3)對全柔順雙穩(wěn)態(tài)機構的加工材料和加工方式進行了對比總結(jié),選擇聚乳酸材料和3D打印的加工方式制作樣機,并對樣機的力-位移特性進行了實驗測試,結(jié)果與理論基本一致。安裝SMA柔性致動器,搭建實驗平臺,進行實驗并分析實驗結(jié)果。結(jié)果表明本文設計的SMA柔性致動器行程為16mm,是偏動式SMA致動器行程的2倍;最大輸出力為2.5N,在該輸出力下,輸出位移仍能保持16mm,解決了偏動式SMA致動器輸出力與輸出位移之間的矛盾;從通電到動作結(jié)束的響應速度是偏動式SMA致動器的3倍,并且在沒有能量輸入時致動器仍能穩(wěn)定在極限位置。實驗結(jié)果證明該設計實現(xiàn)了最初的設計目標——行程放大,響應快速,極限位置穩(wěn)定。
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致動器張開，同時將兩側(cè)的夾板推開一定的角度，，實現(xiàn)驅(qū)動動作。(a) 致動器閉合狀態(tài) (b)致動器張開狀態(tài)圖1.1 柔性流體致動器[6]20 世紀七八十年代，隨著形狀記憶合金逐漸被應用到機械制造、日常生活、醫(yī)學和生物工程等領域，SMA 致動器的研究也成為一個熱門課題。SMA 致動器按照SMA 的材料形狀可以分為絲致動器和彈簧致動器。按照運動形式可以分為直線位移型致動器和角位移型致動器，按照致動器運動形式可以分為單程致動器和雙程致動器�；谶@些基礎類型的致動器，國內(nèi)外學者紛紛設計了可實現(xiàn)不同功能的 SMA 致動器。Pulnev 等[7]提出基于 CuAlNi 合金單晶制成的 SMA 彎曲元件的兩種線性致動器（用于一個和兩個移動方向），該致動器的最大位移為 9.7mm，輸出力為 69N，可以實現(xiàn)輸出元件從一點至另一點的直線運動。Pohlau 和 Meier 提出由六對 SMA 絲驅(qū)動的具有很高扭矩的致動器[8]。該扭轉(zhuǎn)致動器最大驅(qū)動轉(zhuǎn)矩達 2.5N·m

第一章 緒論被軸向可移動地嵌入在室溫固化的硅橡膠棒中加熱 SMA 彈簧來實現(xiàn)空間彎曲，如圖 1.310]人設計了一個可以應用于微觀應用的旋轉(zhuǎn)機圖1.2 SMA 扭轉(zhuǎn)致動器結(jié)構圖和實物圖[11]
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG139.6;TH703

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 郭道芬;劉德輝;唐剛;李志彪;徐兵;侯誠;;溫控形狀記憶合金彈簧的性能研究[J];科技廣場;2015年10期

2 楊寶鋒;張小勇;閆曉軍;;偏置彈簧對SMA驅(qū)動器輸出性能影響規(guī)律[J];北京航空航天大學學報;2015年04期

3 李小麗;馬劍雄;李萍;陳琪;周偉民;;3D打印技術及應用趨勢[J];自動化儀表;2014年01期

4 王雪瑩;;3D打印技術與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J];中國高新技術企業(yè);2012年26期

5 鄒秀清;董二寶;張世武;許e

本文編號：2592771