形状记忆合金温控的磁流变液自发电传动研究

介绍了形状记忆合金温控的磁流变液自发电传动工作原理;基于形状记忆合金的温度力学特性,建立温度与形状记忆合金温控开关输出行程的关系式。基于发电机输出特性和形状记忆合金弹簧的力学特性分析,建立了温度与输出转速和输出电流的关系,并根据自发电原理建立了磁感应强度和温控开关电阻与发电机参数关系式。基于黏温方程,建立温度与输出转矩关系式。研究结果表明,弹簧输出行程、输出电流、输出转矩和输出转速随着温度的变化而变化;根据建立的损耗功率关系式,对比普通磁流变风扇离合器,在通常工作温度范围内,自发电传动装置损耗的功率更小。     

基于LABVIEW的扭矩弹簧测量系统研制

为解决现有仪器仪表系统中弹簧扭矩与转角测量等问题,研制了一种新型自动扭矩弹簧测量系统。在该系统中,采用可逆步进电机带动加力盘的方式输出扭矩,并由自动测试系统控制构扭矩输出值,通过相应方法标定了该所施加扭矩值。该测试系统可同时得到弹簧的扭矩值与其相应转角变化,建立起扭矩和转角之间的函数关系。通过测试某机载仪器扭矩弹簧性能,验证了该扭矩测量方案是可行的。     

SMA丝缠绕角对扭力驱动器驱动性能影响的试验研究

在智能结构的驱动系统研究中,形状记忆合金(SMA)以其独特的力学性能倍受关注。将含有预拉伸变形的SMA丝与薄壁圆管复合,能够构成具有扭转变形输出或转矩输出功能的驱动器,为飞行器翼面操纵系统等提供新的设计思路。在SMA扭力驱动器中,SMA丝的缠绕角是影响驱动器驱动能力的一个重要参数。针对缠绕角分别为40°、45°、55°、60°和75°的一组驱动器,采用试验手段,获得了自由状态、完全约束状态和弹性约束等三种状态下,上述驱动器的温度－缠绕角－扭转角(或转矩)等多组关系曲线,得到了当缠绕角为60°时,驱动器有最大扭转角和最大转矩的试验结果。研究结果对深入探索SMA扭力驱动器的力学模型和驱动器结构参数的优化具有重要的参考价值。     

磁流变减振器建模与试验

建立较为精确的磁流变减振器阻尼力模型是设计控制策略并获得良好控制效果的关键。基于流体动力学理论和磁流变液流变特性,对阻尼通道内磁流变液进行流体动力学分析,详细推导磁流变减振器阻尼力模型。结合阻尼通道处磁场有限元分析,完善阻尼力模型。最后试验测试自制磁流变减振器在不同励磁电流和不同活塞速度下的示功特性和速度特性,利用试验数据对模型进行系数辨识,建立磁流变减振器简化力学模型。研究结果表明,励磁电流小于0.8 A时,输出阻尼力试验值与计算值较吻合,当励磁电流增大,阻尼力试验值与计算值最大相差约100 N,计算值相对于试验值的误差在19%以内,该简化力学模型能描述磁流变减振器的基本力学特性,能为半主动悬架控制研究提供理论指导。     

形状记忆合金温控开关驱动特性分析及试验

基于形状记忆合金感温与驱动特性,设计了一种形状记忆合金温控开关。该形状记忆合金温控开关能感知外界温度并随着温度的变化而自动调节温控电阻,进而改变输出电流的大小,实现开关智能化控制。介绍了形状记忆合金温控开关的工作原理;基于形状记忆合金的热力学特性,建立了温度与输出行程、温控电阻的关系式;基于温控原理,建立了设计该温控开关电阻丝的关系式;通过试验测试分析了形状记忆合金弹簧输出行程与温度的关系。案例结果表明:随着温度的升高,温控行程逐渐增大;对于温升型形状记忆合金温控开关,其输出电流随着温度的升高而增大;对于温降型形状记忆合金温控开关,其输出电流随着温度的升高而降低。     

一种形状记忆合金扭转驱动器的制备与测试

研究了一种以镍钛（NiTi）形状记忆合金带材为基本驱动材料的平面涡卷式扭转驱动器。该驱动器利用NiTi合金的单程形状记忆效应与回复弹簧的相互作用,实现驱动器在高低温状态下正反两向的扭矩输出。分析了驱动器的基本结构形式和驱动原理,探讨了NiTi合金驱动部件的设计方法和基本制备工艺。设计制作了驱动器原理样机,并测试了驱动器的输入输出特性。测试结果表明,该驱动器在给定的高低温环境(10~60℃）下能够在正反两个方向连续稳定地输出扭矩,最大行程范围为0~175°,最大输出扭矩达到0.33N·m。实测结果证明了驱动器设计方案与制备工艺的可行性。     

弹性储能装置中平面涡卷弹簧的有限元分析

储能已成为改善风电场输出功率可控性、提升电网稳定性水平的有效手段.提出了基于平面涡卷弹簧的机械式弹性储能-发电系统方案,针对储能装置中关键零件平面涡卷弹簧建立了力学模型和有限元模型,并进行了有限元应力分析和模态分析,得到了涡簧的扭转变形、横截面上的应力分布、固有频率和前20阶振型.研究成果为储能装置的优化设计、储能密度的计算提供了有力依据,也为弹性储能-发电系统的实现奠定了基础.     

自行车卷簧动力装置传动设计

根据计算与实验确定了适用于自行车的涡卷弹簧的性能、圈数、尺寸、质量等参数,符合要求的增速传动系统,输出轴转速控制与制动装置,卷簧动力装置与自行车后轮的动力结合部件等。     

内平动分度凸轮机构的输出转角误差计算方法研究

为了研究内平动分度凸轮机构的输出转角误差,基于作用线增量法的基本原理,对内平动分度凸轮机构的偏心套偏心距误差、针齿分布圆半径误差和针齿半径误差等原始误差引起的输出转角位置误差进行了分析和计算;通过计算机构针齿啮合合力,推导出机构总的作用线和运动线,建立了多齿啮合时的输出转角误差计算模型,得出结论:凸轮与滚子啮合间隙最大处误差值最大;偏心套偏心距误差和针齿分布圆半径误差对输出误差影响较大;累积误差较小。     

自行车卷簧动力装置传动设计

根据计算与实验,确定了适用于自行车的涡卷弹簧的性能、圈数、尺寸、重量等参数,以及符合要求的增速传动系统、输出轴转速控制与制动装置、卷簧动力装置与自行车后轮的动力结合部件等。     

基于MEMS镍平面微弹簧尺寸误差分析

对微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)加工的S型微弹簧垂直方向弹性系数影响最大的参数是弹簧线宽b。鉴于此,特针对采用LIGA工艺加工出的两组不同弹簧的线宽进行了精密测量,分析计算出加工误差对弹性系数的影响大小,并对S型微弹簧的设计提出几点建议。     

涡旋柔性弹簧型线设计及有限元分析

提出了广泛用于小型低温制冷机上直线压缩机中涡旋柔性弹簧型线设计方法。利用基本的圆渐开线方程，通过调整基圆半径、渐开线节距、渐开线发生角、涡旋体槽宽、涡旋体圈数、渐开线的渐开角以及涡旋槽在空间的分布，来实现柔性弹簧型线的设计。为了分析柔性弹簧的各项性能，建立了有限元应力分析模型，通过有限元软件平台，对广泛使用的牛津型型线的柔性弹簧进行了数值分析，并将分析结果与实验数据进行了对比，证明了有限元方法的有效性。根据不同的实际性能要求设计出了不同型线的柔性弹簧。通过分析得出了弹簧几何特征与弹簧刚度之间的关系。     

扭杆弹簧计算与优化

扭杆弹簧是车辆悬架装置中常用的弹性元件。文中利用有限元方法对扭杆弹簧进行了建模和优化计算。给出了扭杆弹簧的优化参数和结构应力分布规律，并对优化结果进行了实验测试与比较。分析结果表明，扭杆弹簧过渡区的结构对其应力分布具有较大影响，通过优化设计改进扭杆弹簧结构，有利于提高其性能。     

圆柱螺旋弹簧疲劳试验机的开发

弹簧的疲劳试验是弹簧性能检测的关键工序,特别是汽车悬架弹簧、摩托车减震弹簧、发动机气门等关键弹簧,必须做弹簧产品疲劳性能的可靠性评定.但根据弹簧的不同要求,试验时采用的频率、振幅等也有不同的要求.针对这种情况,开发研制了圆柱螺旋弹簧疲劳试验机.     

驾驶员座椅悬架系统刚度调节特性研究

建立了一种含两水平布置线性弹簧的驾驶员座椅悬架系统垂向力与垂向位移特性关系的理论模型。基于此模型,分析了在悬架运动行程内,弹簧刚度对悬架垂向力-位移特性、垂向等效刚度以及振动固有频率的影响,探讨了通过对弹簧刚度的调节来实现悬架垂向等效刚度调节的可行性。研究结果表明,座椅悬架的垂向力-位移特性具有明显的非线性特性;在座椅悬架整个行程内,垂向等效刚度与振动固有频率随弹簧刚度的增大而增大,且其在悬架伸张行程内的值远大于其在压缩行程内的值;两弹簧刚度对悬架垂向等效刚度的影响程度具有很大的差别。因此,通过调节对垂向等效刚度影响较显著的弹簧刚度实现悬架垂向等效刚度改变的方法是可行的。     

空气动静压径向轴承实验台加载装置误差分析

通过对空气动静压径向气体轴承实验台加载机构进行力学分析,建立相应的力学模型,并构造出误差函数,进行了误差计算与分析,消除了由于加载机构的弹簧拉力方向角度误差对测量气体轴承气膜支持力的影响.     

A novel shape memory alloy actuated soft gripper imitated hand behavior

The limited length shrinkage of shape memory alloy (SMA) wire seriously limits the motion range of SMA-based gripper. In this paper, a new soft finger without silicone gel was designed based on pre bent SMA wire, and the finger was back to its original shape by heating SMA wire, rather than relying only on heat exchange with the environment. Through imitating palm movement, a structure with adjustable spacing between fingers was made using SMA spring and rigid spring. The hook structure design at the fingertip can form self-locking to further improve the load capacity of gripper. Through the long thin rod model, the relationship of the initial pre bent angle on the bending angle and output force of the finger was analyzed. The stress-strain model of SMA spring was established for the selection of rigid spring. Three grasping modes were proposed to adapt to the weight of the objects. Through the test of the gripper, it was proved that the gripper had large bending amplitude, bending force, and response rate. The design provides a new idea for the lightweight design and convenient design of soft gripper based on SMA.     

Mechanical behaviour of shape memory alloys for seismic applications 1. Martensite and austenite NiTi bars subjected to torsion

The mechanical behaviour of several specimens of nickel–titanium shape memory alloy (SMA) has been deeply investigated through a large experimental test program and numerical simulations, in view of their possible use as kernel components for seismic protection devices. The SMA specimens were different in shape (wires and bars with different diameter), physical characteristics (alloy composition, thermomechanical treatment and material phase) and stress mode (tension, torsion, bending and shear). The experimental tests were carried out by applying repeated cyclic deformations. Strain rate, strain amplitude, temperature and number of cycles were considered as test parameters, and their values were selected taking into account the typical range of interest for seismic applications. The aim of the experimental program was to examine the performances of the SMA elements under the working conditions they should be subjected to in a feasible seismic device, under repeated earthquake-like excitations.In this paper, the most important outcomes of the torsion tests are described and analysed in terms of three fundamental mechanical quantities: secant stiffness, energy loss and equivalent damping. The experimental results show that SMA bars subjected to torsion, especially the martensitic ones, have great potential for their use in seismic devices due to their considerable energy dissipation capacity and outstanding fatigue resistance.     

SMA弹簧集群驱动控制与动态特性研究

研究了SMA弹簧集群的驱动控制与动态特性。在分析生物骨骼肌微观结构特性的基础上,建立了3行5列的阵列结构SMA弹簧集群及驱动控制实验平台。基于数理统计理论,建立了SMA弹簧集群驱动开关控制方法,利用ADAMS软件对SMA致动器集群的位移和力特性进行了仿真分析。设计了基于PLC的集群控制硬件平台,利用组态王软件建立了集群控制图形用户界面,给出了SMA弹簧集群的激活控制法则,获得了SMA弹簧集群的张力时间历程,在此基础上研究了不同的SMA弹簧激活组合对输出力特性的影响。实验表明,SMA致动器集群存在严重的耦合特性。最后讨论了致动器集群输出力的振荡特性及振荡消除方法。