為了降低或消除傳統(tǒng)火工分離裝置驅(qū)動機(jī)構(gòu)作用時對鄰近結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的較大沖擊,采用Ni Ti形狀記憶合金材料,基于壓桿穩(wěn)定的基本原理,設(shè)計了一種新型的分離裝置驅(qū)動機(jī)構(gòu),并開展驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動力及作用沖擊測試。實驗結(jié)果表明,該驅(qū)動機(jī)構(gòu)觸發(fā)能量低,相比傳統(tǒng)分離裝置沖擊水平大幅降低,并且驅(qū)動力滿足設(shè)計要求。 

【文章來源】：火工品. 2020,(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

形狀記憶合金細(xì)長桿件的失穩(wěn)與形狀恢復(fù)過程示意圖

形狀記憶（Shape Memory Alloy,SMA）之所以成為降低沖擊的首選驅(qū)動元件的材料，主要是因為這種材料具有形狀記憶效應(yīng)（Shape Memory Effect,SME）。SME是指材料能夠記憶住原始形狀的功能，材料在高溫下定型后，冷卻到低溫并施加外力作用變形，使其存在殘余變形；被加熱至高溫后，就可以使原先存在的殘余變形消失，恢復(fù)到變形前的形狀或尺寸[2]。將SME作為火工分離裝置的驅(qū)動元件，要求其在正常使用狀態(tài)下，能夠適應(yīng)環(huán)境條件而不發(fā)生誤動作；在加熱一定時間后，產(chǎn)生的形狀恢復(fù)力能夠克服約束條件，驅(qū)動一定的行程后，完成解鎖功能。大部分武器系統(tǒng)對溫度環(huán)境的要求均有所加嚴(yán)，但基本在-55～80℃范圍內(nèi)（特殊要求的除外）。因此，記憶合金材料在該范圍內(nèi)不應(yīng)該發(fā)生馬氏體逆相變，即馬氏體逆相變的開始溫度As必須大于80℃，才能保證驅(qū)動機(jī)構(gòu)不被環(huán)境條件意外觸發(fā)。As溫度越高，則整個分離裝置對溫度環(huán)境的適應(yīng)能力則越強(qiáng)。近年來，SMA研究所取得的進(jìn)展主要體現(xiàn)在對Ni-Ti基、Cu基SMA的基礎(chǔ)研究上，Ni-Ti,Cu-Zn-A1和Cu-Al-Ni合金具有實用價值，被譽(yù)為熱驅(qū)動的功能材料[3]。其中，Ni Ti形狀記憶合金擁有相對合適的相轉(zhuǎn)變溫度范圍和形狀記憶效應(yīng)，對外輸出最大應(yīng)變可達(dá)8%，恢復(fù)應(yīng)力最大可達(dá)800MPa[4]，該合金還具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐磨損等特性，熱加工性能比較好。因此，本文的驅(qū)動元件選用等原子比Ni Ti合金，其DSC掃描圖見圖1所示。由圖1可看出，Ni Ti合金的馬氏體逆相變起始點As為81.15℃，武器系統(tǒng)的工作溫度環(huán)境一般在-55～80℃范圍內(nèi)（特殊要求的除外），在此環(huán)境下不會發(fā)生意外觸發(fā)，因此可用于原理性試驗；馬氏體逆相變結(jié)束點Af為104.56℃，略高于沸水溫度，在驅(qū)動元件單獨進(jìn)行原理性試驗時，甚至可以用沸水作為加熱介質(zhì)，便于試驗的開展。

為便于直桿樣件預(yù)變形過程的實現(xiàn)，驅(qū)動元件選用了直徑Φ2.5mm的等原子比Ni Ti材料。細(xì)桿設(shè)計原長為50mm，按預(yù)定高度44mm進(jìn)行軸向失穩(wěn)壓縮，若能夠完全形狀恢復(fù)，則可以獲得6mm的位移量。按彎曲過程細(xì)桿的單側(cè)拉伸（或壓縮）的線性尺寸計算，彎曲后的總應(yīng)變約為5%，沒有超出該材料的最大可恢復(fù)應(yīng)變。由于材料直徑較小，所以單件驅(qū)動元件的驅(qū)動力較小。為盡可能提高整個驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動力，采用多根細(xì)桿并列組合的結(jié)構(gòu)，并相應(yīng)設(shè)計了輸出端蓋和輸入端蓋，用于細(xì)桿的定位；在端蓋外側(cè)設(shè)計了儲能殼體，主要用于輸出端蓋被驅(qū)動過程的導(dǎo)向，同時形成封閉容腔，作為輸入熱量的結(jié)構(gòu)載體。單根驅(qū)動元件如圖3(a）所示，驅(qū)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖3(b）所示，儲能殼體結(jié)構(gòu)如圖3(c）所示。2 實驗結(jié)果與分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]形狀記憶合金（SMA）彈簧動作器的設(shè)計研究[J]. 于月民,郝俊才.  機(jī)械設(shè)計與制造. 2008(11)
[2]記憶合金在彈箭引信安全系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 韓志禮,劉江南,李高宏.  探測與控制學(xué)報. 2005(05)
[3]形狀記憶合金智能結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展[J]. 閻紹澤,徐峰,劉夏杰,王金輝.  精密制造與自動化. 2003(S1)
[4]SMA彈簧驅(qū)動器驅(qū)動機(jī)理及實驗[J]. 王金輝,徐峰,閻紹澤,溫詩鑄.  清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2003(02)



本文編號：3538696