● 摘要
形状记忆合金弹簧驱动装置输出位移大,电热驱动结构简单,在智能机械结构中有广阔的应用前景，传统的记忆合金弹簧回复特性发生的相变温度为室温或高温，从而也限制了它的使用范围。本文主要对具有低温相变特点的TiNiFe形状记忆合金弹簧工艺性能、温度位移与力三者的关系及稳定性进行了研究，并得出低温记忆合金弹簧驱动装置匹配关系公式。利用Solidworks、Visual Basic语言，设计并制作了压缩弹簧低温性能测试仪器三维图纸与测试软件，仪器温度可控制在-196~100℃，精度为±1℃，位移精度为±0.01mm，力精度为±0.01N。通过压缩弹簧低温性能测试仪器对TiNiFe形状记忆合金弹簧的工艺性能、特性关系及稳定性的实验得出结论如下。TiNiFe弹簧记忆处理工艺：进行随炉升温到450℃保温1小时，并随炉冷却退火热处理，记忆合金弹簧自由长度缩短率约10%，弹簧外径增加率约10%。TiNiFe弹簧在升温过程特性关系：TiNiFe弹簧在马氏体逆相变过程，回复性能不明显，而在R逆相变过程，回复位移和回复力变化显著；TiNiFe弹簧最大的回复位移随约束力的增加而呈非线性增加：约束力为5.2N，最大回复位移可达2.24mm；最大的回复力随约束位移的增加亦呈现非线性增加：约束位移为4.4mm，最大回复力为4.8N。TiNiFe弹簧的稳定性：测试了同一加工尺寸的记忆合金的弹簧，弹性系数相差波动为1.5%-2%；同一记忆合金弹簧在不同温度弹性系数相差波动≤2%。利用驱动装置匹配原理与简化计算得出记忆合金低温驱动装置匹配关系的修正公式 。通过驱动装置恒力恒位移试验得出：在R相变过程过程中，驱动装置输出力与输出位移变化量最大且最快，这和记忆合金弹簧变化过程相同；驱动装置总压缩量是调节驱动装置最大输出力与的重要参数，随着总压缩量的增大，驱动装置输出力与输出位移均线性增大。