基于SMA驱动的扭转弹簧分离装置优化设计.pdf

龙源期刊网http://www.qikan.com.cn基于SMA驱动的扭转弹簧分离装置优化设计作者：赵守强刘凌赵天翔刘成来源：《科技创新与应用》2018年第26期摘要：在扭转弹簧分离装置中，拔销器是一个十分关键的零部件，直接影响到分离装置的使用效果。拔销器由一个偏置弹簧和一个SMA记忆合金驱动弹簧组成，偏执弹簧的作用是将SMA记忆合金驱动弹簧复位，它们在一起能够实现销子的拔出与插入。文章分析了形状记忆效应影响因素，介绍了SMA拔销器的原理，并通过润滑和公差配合等方面对扭转弹簧分离装置进行了优化设计。关键词：SMA驱动；扭转弹簧；优化设计中图分类号：V423.5文献标志码：A文章编号：2095-2945（2018）26-0072-02Abstract：Inthetorsionalspringseparationdevice，thepinpullerisaverykeycomponent，whichdirectlyaffectstheuseoftheseparationdevice.ThepinpullerconsistsofabiasspringandaSMAmemoryalloydrivespring.ThebigotedspringisusedtoresettheSMAmemoryalloydrivespring.Together，thepinscanbepulledoutandinserted.Thispaperanalyzestheinfluencingfactorsofshapememoryeffect，introducestheprincipleofSMApinpuller，andoptimizesthedesignoftorsionspringseparatorthroughlubricationandtolerancefit.Keywords：SMAdrive；torsionalspring；optimaldesign引言记忆合金在某种激励下所产生的驱动力对分离装置运行具有重要作用，而分离装置在很多领域有着至关重要的作用，特别是在航天器上具有非常广泛的应用，例如天线、太阳帆板的展开和释放，火箭与星体的分离等。当前我国关于这方面的研究主要在火工领域，所制作的分离装置也以这类领域为主。记忆合金弹簧在受到温度激励之后会产生形变和应力，进而压缩偏置弹簧启动拔销器运动，特制螺栓失去束缚，在扭转弹簧的助力下自动旋转落下，这也是选择非自锁螺纹连接的重要原因，让螺栓旋转下落时更加顺畅方便，旋下之后连接件与被连接件失去束缚，从而完成装置解锁。1形状记忆效应影响因素材料、形状、温度、应力等方面都影响着记忆合金的效应。不同形状的材料在热传导方面会存在延时性，导致受热不一定均匀，特别对于那些记忆合金筒，记忆合金管等大型元件；温度自然是影响记忆合金材料最大的因素，那么不同的材料的平衡温度和对温度的响应范围都有龙源期刊网http://www.qikan.com.cn差异，对于这一点要通过不断的实验进行测量数据，从而选择适合某类装置的材料。由于应力也是引起记忆合金材料中马氏体相变的重要因素，所以需要考虑应力对记忆合金效应的影响，结合数据相变的温度同应力呈线性关系。2装置分离原理早在1993年美国洛德马丁公司就开始了基于SMA分离装离装置的研发，研制了两种以SMA为驱动的分离螺母LowForceNut和Two-StageNut，简称LFN和TSN。LFN的推动机构是SMA驱动器，通过加热SMA金属，产生形变，产生的应力是连接的螺栓断裂，所应用的螺栓进行刻痕处理，从而方便螺栓的失效从而实现连接件与被连接件的分离；TSN型分离装置，卸除螺栓上的预加载荷，再实现螺栓与螺母的分离。扭转弹簧式分离装置采用了非自锁螺纹连接、SMA弹簧驱动、扭转弹簧助力。记忆合金弹簧在受到温度激励之后会产生形变和应力，进而压缩偏置弹簧启动拔销器运动，特制螺栓失去束缚，在扭转弹簧的助力下自动旋转落下，这也是选择非自锁螺纹连接的重要原因，让螺栓旋转下落时更加顺畅方便，旋下之后连接件与被连接件失去束缚，从而完成装置解锁。特制的法兰螺栓是为了使拔销器的销子可以对其进行固定。非自锁状态的运用是采用了螺纹升角与摩擦的关系进行了相应的设计。销子是起到固定法兰螺的作用，该装置施加预紧力是通过旋紧螺栓，而不是旋紧螺母，再加上非自锁的缘故，销子固定螺母的作用更加重要。3SMA拔销器的原理单向形状记忆合金驱动拔销器由一个偏置弹簧和一个SMA记忆合金驱动弹簧组成，偏执弹簧的作用是将SMA记忆合金驱动弹簧复位，它们在一起能够实现销子的拔出与插入。其中的原理是，当温度降低时，SMA弹簧会出现母相转变为马氏体，因此SMA弹簧的作用力变小、变软，另一侧的偏置弹簧就会压缩SMA弹簧，销子就会向左移。但是，