形狀記憶合金具有非常特殊的材料屬性,其形狀記憶能力與高能量密度一直吸引著許多研究人員對其進(jìn)行多種不同場景下進(jìn)行應(yīng)用的探索。但是由于在通常情況下,其響應(yīng)速度較慢,限制了其應(yīng)用的范圍。本文基于強(qiáng)制換熱的溫度調(diào)節(jié),開展了多關(guān)節(jié)的形狀記憶合金驅(qū)動研究,提出并設(shè)計、實驗了一種采用形狀記憶合金驅(qū)動,實現(xiàn)快速響應(yīng)與輸出的驅(qū)動系統(tǒng)。本文主要研究的問題是如何通過原理的分析與結(jié)構(gòu)的設(shè)計,提出并實現(xiàn)一種能夠快速響應(yīng)的形狀記憶合金驅(qū)動系統(tǒng)。通過對形狀記憶合金工作原理的分析與限制其響應(yīng)速率的關(guān)鍵要素的研究,提出了采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計并結(jié)合強(qiáng)制換熱溫度調(diào)節(jié)方式來提高其響應(yīng)速率,并分別對系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了理論預(yù)測與實驗的檢驗。論文研究的主要內(nèi)容概括如下:第一章,主要介紹了本論文所選題目的技術(shù)背景與時代意義,詳細(xì)說明了當(dāng)前形狀記憶合金的應(yīng)用場景與主要限制條件。通過多年的研究與發(fā)展,形狀記憶合金已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用,但是其較低的響應(yīng)速度仍然是許多工程應(yīng)用中主要的困難。本文在充分總結(jié)與分析已有研究工作的基礎(chǔ)上,提出了本文的研究方向與預(yù)期取得的成果。第二章,本章進(jìn)一步闡述了形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理,以及基于其物理機(jī)理的理論模型與熱交換模型。對于驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計需要有堅實的理論基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計指導(dǎo)和性能預(yù)估。通過對形狀記憶合金的記憶效應(yīng)的物理意義的理解,可以在理論上預(yù)計本驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計的可行性。第三章,在完成了系統(tǒng)的理論分析與性能預(yù)估的基礎(chǔ)上,本章對于驅(qū)動系統(tǒng)的運動學(xué)原理進(jìn)行了分析、設(shè)計、加工與裝配。這是實驗研究最為基本的步驟。通過對預(yù)期目標(biāo)的分析,首先確定了本驅(qū)動系統(tǒng)的多關(guān)節(jié)驅(qū)動結(jié)構(gòu)與驅(qū)動方式。通過對系統(tǒng)的分析并綜合考慮可行性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性等各方面指標(biāo)后,對驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行了實際的加工與裝配,同時加工了專為本實驗設(shè)計的形狀記憶合金彈簧,最后對系統(tǒng)進(jìn)行了裝配與調(diào)試。第四章,本章在前述章節(jié)的基礎(chǔ)上,對于已有的系統(tǒng)進(jìn)行了仿真與驗證。首先是基于形狀記憶合金相變模型的仿真。通過前述的相變模型與運動學(xué)模型,對驅(qū)動系統(tǒng)的響應(yīng)效果進(jìn)行仿真預(yù)測。然后,通過拉伸實驗,對于已經(jīng)加工定型的形狀記憶合金彈簧進(jìn)行反復(fù)測量,確定其最佳工作范圍。最后,對實驗臺架進(jìn)行調(diào)試并進(jìn)行了在強(qiáng)制換熱條件下系統(tǒng)驅(qū)動情況的實驗,并對所得實驗結(jié)果進(jìn)行了處理與分析,驗證了所提出的驅(qū)動系統(tǒng)的可行性。第五章,在本章中,總結(jié)了已經(jīng)完成的各項工作,對已經(jīng)開展的各項研究工作所取得的結(jié)果與局限性進(jìn)行了分析與總結(jié)�；诂F(xiàn)有實驗結(jié)果與分析,提出幾個可以進(jìn)一步拓展與研究的方向,對未來的研究工作進(jìn)行了展望。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG139.6
【部分圖文】：

圖１．２．１分段式形狀記憶合金驅(qū)動的機(jī)械手??

１．２．３形狀記憶合金彈簧驅(qū)動的裝形狀記憶合金彈簧，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最計了包含非線性計算的控制系統(tǒng)對［２（）］。??大學(xué)的研究人員，設(shè)計了一種使用交替驅(qū)動的機(jī)械泵。這也是形狀記個泵可以提供６６ｍＬ／ｍｉｎ的流量７??

圖１．２．２形狀記憶合金驅(qū)動的高度仿生人造手指??在２０１０年德黑蘭大學(xué)的研究人員與美國托萊多大學(xué)研究人員共同研發(fā)了一狀記憶合金彈簧驅(qū)動的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其試驗機(jī)構(gòu)如下圖所示??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 方曄;形狀記憶合金驅(qū)動的仿壁虎機(jī)器人的研制[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

本文編號：2853824