鈦絲驅動技術（NiTiDrivetech）的可靠性設計

【前言】

形狀記憶合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形態記憶合金、肌肉絲、鎳鈦記憶合金，它是由Ni（鎳）- Ti（鈦）材料組成，經過多道工序制成的絲，財哥簡稱鈦絲，可以通過電路驅動鈦絲發生運動。相比于傳統的電機、電磁鐵動力，鈦絲是一種新型的動力元件。鈦絲驅動技術（nitidrivetech）目前已經在航空航天、醫療、無人機、手機、汽車、機器人等科技領域投入使用。

本文通過公開分享、科普鈦絲驅動技術的可靠性設計經驗，方便大家在機械電子工業設計等領域快速有效地轉化為科技成果。

三、響應時間的設計

財哥把鈦絲驅動過程中的響應時間分為鈦絲驅動響應時間、冷卻恢復響應時間兩個方面。

其中驅動響應時間由我們的供電系統方案和驅動機構設計模型決定；

其中冷卻恢復響應時間由我們的鈦絲冷卻恢復時間和驅動機構設計模型決定。

這三個因素可以相互綜合協調來滿足我們的產品驅動響應時間和冷卻恢復響應時間。

1、鈦絲驅動響應時間的設計

在前兩個章節中，我們首先找到了合適我們產品的鈦絲，然后評估我們的產品的驅動響應時間的需求，接下來我們再結合供電系統方案和驅動機構設計模型來實施設計。

1.1 供電系統方案

大家可以參考第一章節中的供電系統輸出能力的計算表。

假設：我們產品需要采用0.15線徑的鈦絲，響應時間是0.5s。

設定如下參數：

通過計算得知：我們所需驅動最低電壓是2.3V，驅動電流654mA；

再假設：我們產品需要采用0.15mm線徑的鈦絲，響應時間是0.2s。

通過計算得知：我們所需驅動最低電壓是3.6V，驅動電流1034mA；

如果我們的供電系統只能提供654 mA，無法提供那么大的驅動電流，那么我們可以結合我們的驅動機構設計模型來滿足我們產品設定的響應時間需求。

假設：我們結合上面的響應時間0.5S比0.2S為例，采用如下三角函數驅動模型，驅動杠桿比例設定為2.5比1，那么我們就可以利用三角函數的杠桿效應，在同等驅動位移量的前提下，將驅動時間進行壓縮。在第一章節中有提到，財哥稱其為“時間杠桿”原理。

1.2 驅動機構設計模型

財哥把自己以往做過并實施量產的驅動機構，整理了10個可行性設計模型。

除了前面提到的“三角函數驅動”，還包含了“直線驅動”、“L型驅動”、“V型驅動”、“G型驅動”、“U型驅動”、“U型隔離驅動”、、“雙穩態菱形驅動”、“U型+三角復合驅動”、“琴弦驅動”等。

財哥在這些模型的設計經驗基礎上，從其力量、位移、壽命、響應時間等方面做了一定的對比，供大家參考。由于模型較多，財哥后續會單獨做一篇分享給大家。

2、鈦絲冷卻恢復時間

鈦絲越粗，其驅動所需熱量需求越大，斷電冷卻恢復過程中的溫度降低的越慢。在前面兩章節中都有提到冷卻恢復溫度的相關特性。

假設：我們產品需要其冷卻響應時間是1s，同時又要采用0.15mm線徑的鈦絲，但是0.15mm的鈦絲冷卻恢復時間約2S。

這個時候我們可以考慮如下處理：

1、 將初始彈簧的拉力增加，可以加速鈦絲的冷卻恢復。變化量不會太大的情況下可以這樣處理。

2、 將鈦絲的線徑改細，采用“U型驅動”模型。

3、 驅動機構采用“三角函數驅動”設計模型。杠桿比采用1:2來設計。

不論采用哪一種解決方案，我們都不要忘記關注其驅動的力量、位移量、壽命、功耗等諸多因素的不同變化量，是否滿足產品的驅動機構可靠性作為前提。

作者：財哥說鈦絲