基于热力学的SMA微夹钳工作原理的研究

SMA形状记忆合金微夹钳是一种形状记忆合金微夹钳。它是利用形状记忆合金的记忆特性来产生夹持和张开动作。形状记忆合金产生动作的能量来源于热能, 表现为温度上变化, SMA微夹钳与外界之间热能的输入输出。本文试图用热力学的方法求解SMA微夹钳的简单动力学问题。认为在Ms点以下, 马氏体与未转变的母相奥氏体处于某种平衡状态, 利用变温马氏体相变公式, 处理SMA微夹钳的热力学和动力学之间的定量或定性的数学关系, 得出一些对于设计和制造有用的结论, 从而为深入研究SMA微夹钳的热弹性马氏体相变的工作原理打下理论基础。     

基于SMA的微夹持系统实验研究

微夹持技术是微器件装配的关键技术之一。采用柔性铰链机构设计了三自由度微夹持操作平台，并进行了有限元仿真模拟分析；利用形状记忆合金原理进行设计并研制了环状微夹钳，通过形状训练达到了双程形状记忆效应，并建立了微夹持力计算模型；对微夹持系统的运动精度进行了试验分析，结果表明：该系统沿X，Y，Z方向的位移分辨率达0．01μm，微夹持钳最大张开量达0．2mm，基本满足了系统性能要求。     

微夹钳研究的进展与展望

微夹钳技术是微机械技术的重要内容之一.本文首先论述了微夹钳的应用背景,回顾了微夹钳技术研究的历史及现状;对目前国内外所研究的微夹钳进行了分类,并对其结构工艺与工作原理进行了分析;最后,对微夹钳技术的发展进行了展望.     

能动式微夹钳的研究

采用形状记忆合金的形状记忆效应为动力 ,设计研究成功了一种微小型能动式微夹钳 ,阐述了这种微夹钳的动作原理、结构及驱动与控制电路的设计思想 ,汇总了设计研制过程中所作的试验及测试数据 ,并为微夹钳的成功设计与研究提供了依据     

微夹钳技术发展现状及应用研究

微夹钳是最典型的微执行器,它可以充当机器人手爪,配合各种多自由度驱动装置成为微机器人。微夹钳单元技术与微装配、微操作、微焊接、微封装等系统技术紧密地联系在一起。由于它的重要性和广泛的应用,近年来已成为微机械领域研究的热点。本文首先介绍了微小领域中物体夹持的物理背景,阐述了粘附力的规律和解决方法;详细介绍了已有的微夹钳的研究进展状况,结合作者的科研工作,阐述了有代表性的几种微夹钳的工作原理及工艺制作方法;指出了微夹钳的发展和功能优化方向,以期对微夹钳的研究工作起到一定借鉴作用。     

四自由度压电微夹钳的设计

为降低微夹钳前端执行机构的复杂度,探索四自由度压电微夹钳的实现问题。通过在被设计成夹钳形状的两个压电单晶片的非黏结面上制作相互绝缘的驱动电极,且使两个非黏结面上驱动电极相互对齐的方法,设计出了可同时产生夹持方向与垂直于夹持方向位移的四自由度压电微夹钳;采用压电悬臂梁变形理论,推导出了钳指位移同钳指几何参数、驱动电压的关系,进而在对钳指进行尺寸优化的基础上,采用有限元方法分析了其静动态特性;最后,对微夹钳的静动态特性进行了测试,结果表明：当驱动电压为60 V时,左钳指、右钳指在夹持方向上的位移分别为25.7 μm、26.1 μm,左、右钳指在垂直于夹持方向上的位移分别为33.5 μm、32.8 μm,钳指位移具有很好的重复性;微夹钳在夹持方向和垂直于夹持方向的固有频率分别为2.35 kHz、0.62 kHz;在15 V的阶跃电压作用下,微夹钳在夹持方向和垂直于夹持方向的响应时间均为0.23 s。     

钢卷空中翻转夹钳性能研究及动力学分析

钢卷翻转夹钳是钢铁企业轧钢生产中重要的辅助设备。目前,已投入生产使用的夹钳虽然可以满足企业的基本需求,但其生产效率及安全性仍需提高与改进。基于以上不足,此次研发一种新型钢卷夹钳能够较大幅度提高效率并兼顾到安全性。根据虚拟样机设计理论,应用SolidWorks软件进行三维建模,并将其导入ADAMS进行运动学分析。通过运动仿真,验证了它在翻转过程中效率较高且节省驱动力,为翻转夹钳的设计提供了理论依据,检验所设计夹钳的合理性及可行性。     

10t电动钢板夹钳的工作特性及常见的问题

１０ｔ电动钢板夹钳的工作特性及常见的问题武钢集团冷轧薄板厂傅钦桐１０ｔ电动钢板夹钳是武钢由国外引进的吊运钢板的先进吊具设备。它用于桥式起重机,可吊运冷轧钢板剪切线的成品钢板及发运装车作业。钢板夹钳的最大起重量为１０ｔ,最大张开度为１８００ｍｍ,最小张...     

热致动硅微夹钳实验研究

利用集成的多晶硅电热微致动器,在可控电压下实现了对薄膜型硅微夹钳夹持动作的在线操作.电热微致动器所需要的工作电压低、输出力大、响应时间长,适用于硅微夹钳夹持动作的缓冲及精确控制.根据所建电热微致动器理论模型,通过分别测试微致动器在空载和驱动工况下的输出位移大小,提出了一种通过公式换算间接确定硅微夹钳驱动力的方法.实验结果表明,电热致动器驱动的硅微夹钳具有很好的电压可控性,最高工作电压可达25V.硅微夹钳的开合位移依热致动器的规格不同在0.7～4μm之间.     

基于ADAMS的夹钳动力学仿真分析

ADAMS软件在机械系统动力学仿真分析方面应用越来越广泛,文章在简要介绍ADAMS的基础上,阐述了自动闭合式夹钳的工作原理,详细介绍了夹钳的零件设计和虚拟装配设计,论述了ADAMS与一般三维造型软件之间的数据转换,最后应用ADAMS软件对夹钳进行动力学分析,并分析了计算结果.为以后进行夹钳优化设计提供了帮助.     

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。     

形状记忆合金控制转子振动的稳定性研究

研究利用形状记忆合金的超弹性和挤压油膜阻尼器控制转子振动,利用形状记忆合金在弹性状态下的应用力－应变曲线,建立了新的系统振动方程,运用非线性理论和运动稳定性理论研究转子在形状记忆合金控制下的振动状态,讨论了系统的稳定性条件,获得系统发生分岔时系统参数之间的关系,并提出了通过改变参数来提高系统稳定性和抑制振幅的方法,最后通过仿真验证了改进后的系统振动抑制效果,仿真结果表明,改进后系统振幅降为改进前的２０％－３０％。     

NiTi合金涂层的穴蚀过程研究

本文采用磁至伸缩式穴蚀试验机研究爆炸喷涂NiTi合金涂层的穴蚀性能。试验表明，热处理对NiTi合作层的耐穴蚀性能有明显的影响，在180min的试验时间内，穴蚀失重差别可达到2倍。穴蚀形貌观察结果表明，未热处理涂层表现出严重的脱落现象。其原因是适当的热处理工艺可以有效地低涂层的热应力和机械应力，合金元素进行充分的扩散，提高合金成分均匀性，降低相应阻力，提高了NiTi合金涂层的超弹性，从而提高其耐穴蚀性。     

Active Vibration Control of SMA Actuated Structures using Fast Output Sampling Based Sliding Mode Control

Abstract

Fast Output Sampling (FOS) based discrete sliding mode control is designed for Shape Memory Alloy (SMA) actuated structures to suppress the structural vibration. For the design of discrete sliding mode control the reaching law, method proposed by W. Gao is used. The simulation results demonstrate the performance of the controller. The proposed control technique achieves good vibration suppression. This methodology is more practical and easier to implement, since the measurement or estimation of the system states is not needed for designing the controller.     

仿医蛭微机器人中SMA的布局及与偏置弹簧匹配的研究

为使仿医蛭管内微机器人在管内爬行时不产生振动 ,在研究其致动机理和振动特性的基础上 ,提出了该机器人弹性足中SMA的最佳布局方式及收缩部件中SMA与偏置弹簧倔强系数之间的最佳匹配关系 ,为此类微机器人的设计奠定了基础     

The Role of Reversible Martensitic Transformation in the Wear Process of TiNi Shape Memory Alloy

It has been established that the superelastic effect of TiNi alloy is related to a reversible martensitic transformation; that is, stress-induced transformation. The high elastic recovery of TiNi alloy has made it a potential candidate for high wear resistance applications. In the present study the tribological behavior of superelastic TiNi alloy was studied and compared to Ni, Ti, and AISI 304 stainless steel using dry sliding wear and friction tests. The effect of normal load and testing temperature on superelasticity has been investigated. It has been found that although AISI 304 stainless steel and superelastic TiNi alloy have similar hardness, TiNi exhibits superior wear resistance. The wear rate of AISI 304 stainless steel is over four times higher than TiNi. The superior wear resistance of TiNi and the effect of load and temperature on wear were discussed and related to the reversible martensitic phase transformation, as well as self-accommodation and stabilization of martensite.     

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。     

形状记忆合金丝驱动的微型机械手

文章介绍了以形状记忆合金丝为驱动材料,以弹簧钢为基体研制的微型机械手。它抓取零件的直径范围为φ0.5-1mm,最大抓取重量为50g。文章讨论了所设计微型机械手的结构。形状记忆合金驱动的特点及控制原理、柔性铰链应用以及机械手进一步微型化的条件。     

用于胶带机火灾监控的形状记忆合金温度传感器

为了监测和预防胶带输送机火灾事故,研制了一种用于托辊超温和环境超温监测的形状记忆合金温度传感器变送器,该传感器具有性能可靠稳定,抗干扰能力及环境适应性强,安装方便,寿命长等优点,特别适于在井下等恶劣环境中的使用。