鈦絲驅(qū)動(dòng)技術(shù)（NiTiDrivetech）的可靠性設(shè)計(jì)

【前言】

形狀記憶合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形態(tài)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(jīng)過多道工序制成的絲，財(cái)哥簡(jiǎn)稱鈦絲，可以通過電路驅(qū)動(dòng)鈦絲發(fā)生運(yùn)動(dòng)。相比于傳統(tǒng)的電機(jī)、電磁鐵動(dòng)力，鈦絲是一種新型的動(dòng)力元件。鈦絲驅(qū)動(dòng)技術(shù)（nitidrivetech）目前已經(jīng)在航空航天、醫(yī)療、無人機(jī)、手機(jī)、汽車、機(jī)器人等科技領(lǐng)域投入使用。

本文通過公開分享、科普鈦絲驅(qū)動(dòng)技術(shù)的可靠性設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，方便大家在機(jī)械電子工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域快速有效地轉(zhuǎn)化為科技成果。

七、接觸面設(shè)計(jì)

1.接觸面設(shè)計(jì)

鈦絲在經(jīng)過的轉(zhuǎn)軸或支點(diǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)，轉(zhuǎn)軸的軸徑，財(cái)哥建議大于鈦絲線徑的30倍來設(shè)計(jì)，這樣可以降低驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的阻力，也可以降低鈦絲在軸向應(yīng)變帶來的損傷。

1）當(dāng)轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)的直徑偏小時(shí)，鈦絲自身應(yīng)變除了給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶來阻力的同時(shí)，也對(duì)鈦絲造成了一定的應(yīng)變損傷。轉(zhuǎn)軸直徑越小，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶來阻力越大，同時(shí)鈦絲越容易斷裂。

2）當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用支點(diǎn)驅(qū)動(dòng)時(shí)，支點(diǎn)應(yīng)該采用R角的設(shè)計(jì)，避免直角或銳角。

如果支點(diǎn)居中，鈦絲和驅(qū)動(dòng)支點(diǎn)沒有發(fā)生摩擦運(yùn)動(dòng)，可以不用考慮R角的大??；

如果支點(diǎn)不居中，鈦絲和驅(qū)動(dòng)支點(diǎn)發(fā)生摩擦運(yùn)動(dòng)，則需要參考第一條，將驅(qū)動(dòng)支點(diǎn)的半徑設(shè)計(jì)成適當(dāng)?shù)腞角。

2.接觸面的分型面

我們?cè)隍?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的接觸設(shè)計(jì)過程中，需要考慮接觸面的分型面問題，特別是金屬材質(zhì)的分型面。

我們的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)零件，在完成設(shè)計(jì)后進(jìn)入模具的設(shè)計(jì)和模具的加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其中分型面會(huì)導(dǎo)致零部件在模具的壓鑄過程中帶來合模線、披鋒、毛刺、斷面等現(xiàn)象。

所以我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要提前做好拔模斜度，避開合模線和鈦絲交集。

如果無法避免的情況下，我們可以增加批量零部件的拋光打磨工藝處理。

3.模具的頂針

我們的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)零件，有可能會(huì)在模具加工生產(chǎn)過程中，脫模的頂針造成的凹面和凸面的現(xiàn)象，造成驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)卡頓或鈦絲刮傷或斷裂。這是一個(gè)很容易忽略的問題。

4.接觸面的表面工藝

接觸面的表面工藝要求光滑，避免磨砂面，以及第2點(diǎn)提到的需要避免的合模線、披鋒、毛刺、斷面等現(xiàn)象。

特別是偏硬材質(zhì)的零件，表面工藝如果采用的是磨砂面，容易導(dǎo)致鈦絲斷裂。

例如陶瓷轉(zhuǎn)軸，大約5000 -8000次驅(qū)動(dòng)運(yùn)行后，鈦絲容易發(fā)生斷裂現(xiàn)象。

如果無法避免，我們需要對(duì)接觸面做拋光打磨工藝處理。

5.驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)零件

前面說的4個(gè)方面的問題同樣適用于我們的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)零件。

如果后期工藝沒有處理好，很容易導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的阻力增加、卡頓、卡死等現(xiàn)象，從而降低驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)能力。

所以我們?cè)谕瓿稍O(shè)計(jì)工作后，還需要進(jìn)一步地關(guān)注模具設(shè)計(jì)和模具制造過程中可能出現(xiàn)的上述情況，提前做好預(yù)防。

作者 財(cái)哥說鈦絲