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1、ISSN1000-0054清华大学学报(自然科学版)2003年第43卷第2期12/37CN11-2223/NJTsinghuaUniv(Sci&Tech),2003,Vol.43,No.2188-191SMA弹簧驱动器驱动机理及实验王金辉,徐峰,阎绍泽,温诗铸(清华大学精密仪器与机械学系,北京100084)摘要:为了将形状记忆合金(SMA)弹簧驱动器用于智能可比拟的优点,功重比(输出功和重量之比)很高,引机械结构,需要了解各类SMA弹簧驱动器的驱动特性。该起了研究者的广泛关注,在航空航天、生物医学、机文在对SMA弹簧驱动器的电热驱动机理理论分析的基础[5～8]器人等领域
2、应用前景非常广阔。上,进行了实验研究。实验结果表明:驱动器响应速度与驱SMA弹簧驱动器输出位移大,电热驱动结构简动电流、预变形量、冷却速度、负载有关。偏动式驱动器回复单,将在智能机械结构中有广阔的应用前景。存在的速度和驱动电流成正比;差动式驱动器的响应速度受SMA问题是需要进一步探索各种类型SMA弹簧驱动器弹簧冷却速度的制约,要控制驱动电流;差动驱动器比偏动[9～11]的输出力、位移和响应速度之间的关系,以及驱动器性能优良,在智能机械结构中应用将有广阔的前景。何种类型的驱动器具有较好的驱动性能。为此,本文关键词:形状记忆合金;电加热驱动;驱动特性研究了SMA弹簧的驱动机
3、理,对驱动器电热驱动中图分类号:TH142.2文献标识码:A中的机械性能和温度、电参数的关系进行了实验研文章编号:1000-0054(2003)02-0188-04究,以期为驱动器的设计提供理论基础和前期条件。1SMA弹簧驱动器ExperimentalinvestagationofSMA驱动器分为单程驱动器和双程驱动器。electrothermaldrivingmechanismSMA单程驱动器一次性动作,不能自动恢复到加热ofSMAspringactuators前的状态。双程驱动器可以实现反复动作。双程驱WANGJinhui,XUFeng,YANShaoze,WENS
4、hizhu动器可以采用双程SMA材料制作,也可以采用单(DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology,程SMA材料按偏动和差动方式构成。双程SMA材TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)料处理工艺复杂,材料可靠性差,输出位移、滞后温Abstract:TheelectrothermaldrivecharacteristicsofactuatorsusingSMAspringsinintelligentmechanicalstructureswerestudied度和输出力很难控制,应用
5、具有相当难度。explainanalysismoreexperimentallytheorefually.Theanalysis偏动驱动器采用SMA元件和能够产生偏动力showedthattheactuatorbandwidthsdependonthedrivingcurrent,的元件构成(图1b):加热SMA元件,驱动器产生thepre-tensilelength,thecoolingspeedandtheload.Therestoringvelocityofabiasedactuatorisinproportiontothedrivingcurrent.Theba
6、ndwidthofatwo-wayactuatorwhichincludestwoone-waySMAelementsisconstrainedbythecoolingspeedoftheSMAsprings,sothedrivingcurrentmustbecontrolled.Two-wayactuatorswithtwoone-waySMAelementshavebetterdrivecharacteristicsthanbiasedactuators,sotheycanbemorewidelyusedinintelligentmechanicalstructur
7、es.Keywords:shapememoryalloyactuator;electrothermaldriving;drivingcharacteristics图1SMA弹簧驱动器的3种基本类型形状记忆合金(shapememoryalloy,SMA)作收稿日期:2002-04-25为一种功能材料以其形状记忆效应、超弹性效应和基金项目:国家自然科学基金项目资助(59905016)传感特性在工业界和医学领域得到了广泛应作者简介:王金辉(1978-),男(汉),河南,硕士研究生。[1～4]用。SMA材料构造的驱动器具有其他驱动器不通讯联系人:
