[发明专利]一种形状记忆合金管驱动性能的等刚度测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种形状记忆合金管驱动性能的等刚度测量装置及方法。本发明将SMA管夹在压力传感器和等刚度管之间，施加一定的预载后，SMA管受热伸长，等刚度管受压缩，由于等刚度管刚度不变，SMA管输出的力就可以通过压力传感器测量，同时，利用千分表同步测量SMA管输出的位移，从而得到SMA管在特定刚度下的驱动性能。本发明装置可测量SMA管在特定刚度下的驱动性能；同时，通过更换等刚度管，改变驱动刚度，即可获得SMA管在不同驱动路径下的驱动性能。本发明中，SMA管驱动力和位移变化量之比(即刚度)为定值，可实现SMA管的变载荷(等刚度)的驱动测量，且本发明装置结构简单、测量准确、线性度高且零件可替换性强。

技术领域

本发明涉及位移驱动、测量技术领域，具体涉及一种形状记忆合金管驱动性能的等刚度测量装置及方法。

背景技术

形状记忆合金(SMA)驱动器，因其优异的形状记忆效应而作为一种驱动器在航空航天领域广泛应用。SMA驱动器的驱动力和驱动位移具有强耦合性，在不同的驱动路径下，SMA驱动器所能输出的载荷和位移不同。例如在较小的约束刚度下，SMA驱动器能够完全恢复形状，而在较大的约束刚度下，SMA驱动器能输出较大的载荷但只能够输出较小的位移。因此SMA驱动器的驱动性能与被驱动件的刚度具有强耦合性。目前SMA驱动器的驱动性能测试装置主要集中在恒定载荷下测试回复位移，然而，这种测量方法与实际使用过程相差较远，无法直接将测量结果用于设计中。

SMA管作为一种线性驱动器，具备大载荷、小位移等特点。SMA管驱动器在各种航天航空机构中广泛使用，例如航天锁紧释放机构等。图1给出一种SMA管-缺口螺栓锁紧释放机构，其结构由缺口螺栓I-1、球铰I-2、SMA管5、加热器6和螺母I-3组成。当需要释放时，对加热器6通电加热，SMA管5发生相变产生驱动力，继而顶断缺口螺栓，在这一过程中，SMA管5输出的驱动力随着缺口螺栓的伸长而增大，SMA管5驱动力-位移响应完全取决于缺口螺栓I-1的拉断曲线，试验和分析表明缺口螺栓I-1拉断曲线几乎为线性，即刚度不变，因此要模拟SMA管5顶断缺口螺栓的过程，需要设计一种变载荷(等刚度)的驱动测量装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种形状记忆合金管驱动性能的等刚度测量装置，在该装置中，SMA管驱动力和位移变化量之比(即刚度)为定值，该装置结构简单、测量准确、线性度高且零件可替换性强。

本发明的形状记忆合金管驱动性能的等刚度测量装置，包括：传感器安装板、中空的阶梯筒、加载螺栓、等刚度管、上垫块、SMA管、加热器、下垫块和压力传感器；

其中，阶梯筒安装在传感器安装板上；压力传感器位于阶梯筒内部，并固定在传感器安装板上；压力传感器的测试面上由下至上依次同轴放置下垫块、SMA管、上垫块、等刚度管和加载螺栓，加载螺栓与阶梯筒螺纹连接；加热器安装在SMA管的外部；

还包括千分表，用于测量上垫块与下垫块移动的位移。

较优的，还包括导向杆，压力传感器、下垫块、SMA管、上垫块、等刚度管和加载螺栓同轴依次套在导向杆上。

较优的，还包括延长臂A和延长臂B；其中，延长臂A固定在上垫块上，延长臂B固定在下垫块上，且靠近SMA管；千分表安装在延长臂上。

较优的，延长臂A和延长臂B分别为多组，对称地安装在上垫块和下垫块上，各延长臂上均安装有千分表。

较优的，所述加热器采用热电偶加热器。

较优的，所述压力传感器为轮辐式压力传感器。

较优的，等刚度管的下端面和上垫块为方形。

较优的，上垫块、下垫块与阶梯筒的配合段均采用小间隙配合。

本发明还提供了一种形状记忆合金管驱动性能的等刚度测量方法，采用上述测量装置进行测量，包括：