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。     

差动式形状记忆合金驱动器驱动性能研究

设计了一种变体机翼后缘驱动器,对几种常规加热方式进行测试、对比后,选择附着碳纤维丝加热,达到了理想加热效果。并通过升温测试及激励间隔实验,对形状记忆合金卷簧的热响应进行研究,分析了该驱动源在不同激励方式下的温升与散热特性和对输出的影响,实现了通过最优激励方式控制驱动器工作的目的,为该驱动器在后续智能控制设计方面起到了指导作用。     

SMA丝驱动器恒载电热驱动实验研究

针对较粗SMA丝直接电热困难的问题,设计了给SMA丝缠绕漆包线的电热方法。该方法既可以大幅提高SMA丝的电热响应速率,同时由于省去一TSMA丝与驱动器其他部件连接时的绝缘保护措施,简化了结构,提高了驱动器的功重比,强化了SMA丝与驱动器部件的连接强度,提高了驱动器的驱动输出能力。电热升温测试和恒载热循环驱动实验结果表明,该方法是可行的。     

形状记忆合金驱动可变后掠角翼梢小翼的研究

常规飞行器的小翼翼型一般是固定不变的,只能在特定的飞行状态下具有最优的气动性能。但是当飞行状态发生变化时,气动性能便不再保持最优。为解决该问题,提出一种基于形状记忆合金（Shape Memory Alloy,简称SMA）驱动的可变后掠角翼梢小翼方案。基于形状记忆特性,将形状记忆合金材料作为驱动器,可为变后掠角翼梢小翼的设计和优化提供更多可能性。针对民航飞机起飞、巡航和降落三种典型工况,通过计算流体力学方法（CFD）分析不同后掠角度翼梢小翼对飞机气动性能影响,得出最佳后掠角度分别为35°、45°和50°。为实现不同飞行状态下后掠角度的变化,设计一种基于SMA丝驱动的可变后掠角翼梢小翼结构。在只考虑SMA材料受轴向拉伸力作用的条件下,经数值计算得到了应力应变关系以及不同应力作用下应变同温度的关系。基于以上材料特性确定SMA丝的热处理方法,并根据SMA丝的动态特性曲线和初步设计要求确定其尺寸规格。该机构根据不同的飞行状态自动调整小翼后掠角度,从而提高机翼的升阻比。     

形状记忆合金智能结构的研究进展

形状记忆合金(SMA)以其形状记忆效应、伪弹性和高阻尼系数在工业界和医学领域得到了广泛的应用.本文分析了SMA材料的特性,综述了SMA器件及其在智能结构领域中的应用概况,分析了SMA驱动器存在的问题.     

基于形状记忆合金的旋转式驱动器研究

对于以形状记忆合金元件为核心的驱动器的研究,主要集中在直线式和摆动式驱动器方面,涉及旋转式驱动器的较少。文章基于形状记忆合金的基本效应,建立了旋转式驱动器的功能结构模型,并分析了各功能环节的实现方式。在此基础上进行功能组合,提出了相应的实例模型。     

形状记忆合金驱动器的研究现状及展望

形状记忆合金是一种新型智能材料,具有大的磁致应变、驱动迅速、驱动力大、能够精确控制等优点,有望成为新一代驱动与传感材料。主要类比了传统温控形状记忆合金和新型磁控形状记忆合金的区别,综述了它们的工作原理及在驱动器方面的应用,对它们在驱动器方面的研究进行了总结和展望。     

软体驱动器研究综述

软体驱动器具有多变灵活、自适应性强等特点,近几年成为了国内外学者的研究热点。围绕近年来软体驱动器的研究进展及成果,重点分析了软体驱动器各类驱动方式的工作原理与特点。阐述了各类软体驱动器在软体机械手与软体机器人中的研究现状及在实际应用上存在的不足。综述了软体驱动器主要关键技术的研究进展及目前存在的问题,最后探讨了软体驱动器的发展趋势。     

外驱动双向推力型压电步进精密驱动器研究

提出了一种新型的压电直线精密步进驱动器.该驱动器采用步进仿生运动的原理(Pusher),以定子箝位和定子驱动的方式实现动子被动运动.在对驱动器工作原理和机械结构分析的基础上,建立以压电叠堆为驱动元件的直线驱动数学模型,并对其结构进行了有限元分析.这种驱动器采用双向推力的结构原理,实现了在正反向与运动过程中驱动特性的一致.实验证明,以这种新型驱动方式构造的驱动器实现了箝位牢固、高频率(100 Hz)驱动、高步进速度(30 mm/min)、大行程(＞10 mm)、高分辨率(0.05μm)、大驱动力(100 N)等特点,大幅度提高了压电型步进驱动器的驱动性能,在精密运动、微操作、光学工程、精密定位等精密工程中有广阔的应用前景.     

温控形状记忆合金的驱动响应模型

基于传热学理论和驱动几何关系建立了温控形状记忆合金(SMA)驱动器的驱动响应模型,动态修正了模型中受温度影响的参数值,提高了驱动模型的响应精度,分析并得到了SMA丝正多边形截面边数小于8时提高响应速度的规律。基于理论分析结果,测试了直径1.2 mm、长度10πmm、初始圆心角30°的SMA丝在电流6A下的驱动响应,响应模型的计算结果同实验结果的对比表明,驱动全过程的最大误差(驱动终点)降至1.8 s,模型能较精确地描述驱动过程。     

偏动式双程SMA驱动器工作机理与能量转换研究

研究了偏动式双程SMA驱动器的工作机理 ,建立了驱动器输出力、输出位移、负载与驱动元件弹性刚度和预变形之间的变量关系。基于热力学基本定律 ,给出了双程SMA驱动器工作过程中能量的周期性流动、转移和转化模型 ,指出双程SMA驱动器双程做功的能量都来源于SMA元件的相变弹性势能 ,能量的一部分用于来程做功 ,一部分在来程转移给偏置元件 ,用于回程时做工 ,还有一部分被释放掉。     

基于有限段方法的SMA扭转驱动器柔性机构动力分析

柔性机构的动力学分析是柔性机构学研究的重要课题,柔性部件的变形对系统的安全性和可靠性有直接的影响。针对SMA柔性扭转驱动器的梁式柔性构件的特点,应用有限段的方法建立了其离散分析模型。充分利用ADAMS软件在多体系统动力学分析上的优势,应用ADAMS宏命令建立了SMA柔性扭转驱动器的有限段离散模型,将柔性机构的动力学问题转化为多刚体动力学问题,从而实现对柔性机构动态特性的分析。     

基于SMA的混合驱动器设计

设计一种SMA一电机并联混合直线驱动器,兼具SMA输出力大与电机位移控制精度高的综合优良性能,实现力与位置双重要求。依据驱动原理,采用3D软件设计该驱动器的结构,并建立其动力学模型,提出一种位置控制策略。通过Adams动力学仿真和Matlab／Simulink动力学与控制系统仿真,验证了该驱动器适用于大负载情况,并能实现位置的精确控制。     

弯曲型内嵌式SMA驱动器的设计与优化

在直线型内嵌式形状记忆和合金驱动器(ESMAA)的研究基础上,提出了弯曲型ESMAA结构。该驱动器工艺简单,循环寿命更长,运行可靠性更高。通过温控方式可实现驱动器的往复可逆弯曲运动,对外稳定输出力和位移。本文建立了驱动器的变形理论,结合实验结果,对丝半径、丝的预变形量和棒半径进行了优化设计,得出了这一驱动器设计的规律性结论。     

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。     

新型SMA驱动器设计与控制

介绍了一种新型SMA驱动器。该驱动器实际上是偏心内嵌有单程SMA丝的弹性硅胶棒。它集成了驱动单元和执行单元的功能，特别适于作为小型和微型机器人系统中的致动元件。以弹性棒变形理论为基础，研究了驱动器的机械和力学特性。最后，实现了基于SMA电阻反馈的变结构滑模控制策略探讨和实验研究。     

基于模糊控制的直线型形状记忆合金驱动器控制系统设计

采用模糊控制的方法对一种直线型形状记忆舍金驱动器的输出位移进行控制。整个控制系统采用MCS-51单片机作为核心，介绍了这个控制系统的设计方法，并给出了能实现上述控制系统的硬件电路原理图以及软件程序流程图。其中的模糊控制器采用离线计算、在线查询决策的方法，易于工程实现。     

用于柔性机械手的形状记忆合金驱动器滑模控制研究

提出了一种新型结构形式的形状记忆合金驱动器——内嵌式形状记忆合金驱动器。该驱动器将U形回复形状记忆合金丝嵌入弹性硅胶棒内，通过温控方式实现驱动器的往复可逆弯曲运动，对外稳定输出力和位移。研究了驱动器运行机理，探讨了基于形状记忆合金电阻反馈的变结构滑模控制策略，进行了仿真和实验研究。     

SMA柔性扭转驱动器的结构设计与优化研究

设计了一种基于柔性结构的SMA扭转驱动器,通过加热SMA丝收缩带动柔性结构变形从而实现驱动器的扭转输出。柔性结构在SMA丝拉力作用下的变形情况对驱动器的转角输出有很大的影响,为获得最大的输出转角,需对柔性结构的形状和SMA丝的作用点位置进行优化设计。采用三次B样条曲线描述柔性结构的形状,通过有限元法分析柔性结构的变形,并应用遗传算法进行柔性结构的形状优化和SMA丝作用点位置优化。实际算例表明,利用优化方法可快速有效地获得使SMA柔性扭转驱动器输出转角最大的柔性结构形状与SMA丝作用点位置。