32
Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________ Sadržaj: Uvod................................................. ..................................................... ................2 Historija razvoja SMA.................................................. .........................................3 Princip rada................................................. ..................................................... ......4 Kristalografija shape memory legura............................................... .....................6 Termomehanička ponašanja............................................ ......................................7 Metode opisivanje shape memory efekta............................................... ...............9 Primjena SMA legura............................................... ...........................................10 Aktuatori............................................ ..................................................... .............12 Primjena SMA aktuatora............................................ .........................................15 Zaključak............................................ ..................................................... ............23 - 1 -

SMA Aktuatori

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________Sadržaj: Uvod......................................................................................................................2 Historija razvoja SMA...........................................................................................3 Princip rada............................................................................................................4 Kristalografija shape memory legura...............

Citation preview

Page 1: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Sadržaj:

Uvod......................................................................................................................2Historija razvoja SMA...........................................................................................3Princip rada............................................................................................................4Kristalografija shape memory legura....................................................................6Termomehanička ponašanja..................................................................................7Metode opisivanje shape memory efekta..............................................................9Primjena SMA legura..........................................................................................10Aktuatori..............................................................................................................12Primjena SMA aktuatora.....................................................................................15Zaključak.............................................................................................................23Literatura.............................................................................................................24

- 1 -

Page 2: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Uvod:

Pojam Shape memory legure (Shape memory alloys-SMA) se koristi za grupu metalnih materijala koji imaju mogućnost vraćanja na prethodno definisano stanje ili na veličinu kada se izlože određenoj termalnoj proceduri. Ovi materijali mogu biti plastično deformisani na relativno noskoj temperaturi, i prilikom izlaganja većim temperaturama vratit će se u prvobtino stanje prije deformacije. Materijali koji mogu izazvati memoriski efekat tokom zagrijavanja imaju jednosmjerni memoriski efekat (One-way shape memory). Neki materijali također podliježu promjeni tokom ponovnog hlađenja i oni imaju dvosmejrni efekat (two-way shape memory).

Iako je poznat širok spektar legura koje pokazuju memoriski efekat, samo one koje mogu podnijeti značajnu i smisaonu količinu napona ili one koje generišu značajnu silu tokom promjene oblika su od komercijalnog interesea. Danas su to Nikl-Titanium legure i legure bazirane na bakru kao što su CuZnAl i CuAlNi.

Shape memory legura može i dalje biti definisana kao legura koja proizvodi određenu količinu termoelastičnog martenzita. U ovom slučaju legura prolazi kroz martenzitnu transformaciju tipa koji dozvoljava leguri da bude deformisana twinning mehanizmom (udvostručavanje). Deformacija je vraćena nazad, kada se nazad vrati i udvostručena struktura tokom zagrijavanja u početnu fazu.

- 2 -

Page 3: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Historijat razvoja SMA

Prvi zabilježeni eksperimenti shape memory transformacije uradili su Chang i Read 1932 godine. Oni su uočili reverzibilnost u transformaciji legure AuCd metelografskim observacijama i promjenama otpora, da bi se 1951 godine to i pokzalo na komadu AuCd legure. 1938 godine transformacija je uočena i na komadu kod CuZn legure. Ozbiljan razvoj počinje tek 1962 godine kada su Buehler i ostali radnici iz Navalance Ordnance Laboratory otkrili NiTi leguru i nazvali je Nitinol. Do otkrića je došlo slučajno, a u narednih 10 godnia uznapredovao je broj proizvoda i komercijalna zastupljenost. Od tada pa do danas izučavanje shape memory legura napreduje i svake godine pojavi se veći broj ovakvih materijala na tržištu.

Kako bi se shape memory efekat bolje razumio ispitivao se i veći broj legura. Od svih sistema NiTi u Cu-bazirane legure su se najviše razvile i dobile najveću komercijalnu zastupljenost. Najpoznatije su navadene u tabeli 1.1.

1.1 Legure koje imaju shape memory efekat

- 3 -

Page 4: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Princip rada

Shape momory legure rade na principu fazne transformacije martenzita u autenit. Martenzitna struktura opterećenja se deformiše i dolazi do promjene oblika ili dimenzija materijala. Zagrijavanjem materijal se vraća u austenitno područije da bi se nakon hlađenja ponovo dobio ne deformisani martenzit. Proces faznih transformacija je prikazan na slici 1.

Slika 1. Proces faznih transformacija ili shape memory efekat

Transformacija imeđu ovih kristalnih stanja se ne odvija trenutno, već se radi o rasponu temperatura. Većina transformacije se odvija u uskom temperaturnom područiju, iako početak i kraj transformacije tokom zagrijavanja ili hlađenja je mnogo šireg temperaturnog raspona ko što se vidi na slici 2. Transformacija također izvodi histerezis tako da transformacija ne izađe iz granica.

- 4 -

Page 5: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Slika 2. Grafik odnosa tipične transformacije i temperature pri konstantnom opterećenju

S obzirom da osnova za ovakav efekat leži u kristalnoj rešeci faza, za razlku od slke 1 gdje se pored ovisnosti temperature i opterećenja vide i odlike kristalne strukture na slici 3 se jasnije vide razlike imeđu martenzitne-heksagonalne, i austenitne prostorno-centrirane kubne rešetke.

- 5 -

Page 6: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Slika 3. Kristalne rešetke martenzita i austenita

Kristalografija Shape memory legura

Termoelastični martenziti su okarakterisani niskom energijom veza koja se može postići malim promjenama temperature ili opterećenja. Kao posljedica ovog i ograničenja zbog gubitka simetrije tokom transformacije, termoelastični martenziti su kristalografski reverzibilni.

Unakrsna struktura martenzita sadrži uduplane, samosaglasne varijante, slika 4. Promjena oblika unutar ovih varijanti nastoji uzrokovati da svaka eliminiše onu drugu. Kao rezultat javljaju se male deformacije. U slučaju napnom, odonoso mehaničkih, uzrokovanih promjena, ili kada opterećujemo samosaglasnu sktrukturu, dolazi do veće promjene oblika u pravcu primjenjenog naprezanja i stablizavije strukture i dobijanja dominantne konfiguracije. Ovaj proces izaziva makroskopsle deformacije koje se mogu poništiti kroz promjenu strukture kroz austenit tokom reverzibilne transformacije.

- 6 -

Page 7: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Slika 4. Kristalografske promjene

Termomehanička ponašanja

Mehaničke osobine shape memory legura variraju preko temperaturnog područija koje pokrivaju transformaciju. Ovo je prikazano na slici 5, gdje su krive napona deformacije prikazane ispod, unutar, i iznad temperaturnog opsega transformacija za NiTi leguru. Martenzit se lagano deformiše nekoliko procenata pri veoma malom naponu, dok austenit (faza visoke temperature) ima mnogo veće napone. Isprekidana linija na martenzitnoj krivoj pokazuje da tokom zagrijavanja poslije otklanjanja napona, primjerak je zapamtio svoj nedeformisani oblik i vratio se u njega kao što se materijal transformisao u asutenit. Tokom ovog povratka oblika nema austenita u fazi tokom deformisanja i zagrijavanja, jer nema promjene faze u opšte.

Interesantna osobina napon-deformacija ponašanja prikazana je na slici 5. gdje je materijal testiran tik iznad svoje transformaciske temperature. Na ovoj temperaturi martenzit može biti izazvan naponom. Tako dolazi do deformacije prilikom pojave napona AB. Prilikom rasterećivanja materijal se vraća u astenit na nižem naponu CD, i dolazi do povratka u prvobitni oblik ne zbog primjene toplote nego zbog redukcije napona. Ovaj efekat koji uzrokuje da materijali budu elastični naziva se pseudoelastičnost. Pseudoelastičnost je ne linearna, pa

- 7 -

Page 8: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

je Youngov modul teško definisati u ovom temperaturnom rasponu, jer izražava i temperaturnu i naponsku zavisnot.

Slika 5. Tipične krive napon-deformacija na različitim temperaturama relativno u odnosu na transformaciju

U većini slučaja memoriski efekat je jednosmjeran. To je zbog toga što tokom hlađenja, legura ne dobija nikakve promjene oblika, iako se struktura pretvara u martenzitnu. Kada je martenzit deformisan za nekoliko procenata, ta deformacija se vraća zagrijavanjem materijala. Tokom hlađenja, materijal ne mjenja spontano svoj oblik ali da bi se ponovio efekat mora se namjerno deformisati.

Moguće je da se kod nekih shape memory legura pojavi dvosmjerni efekat. To je kada se promjena oblika javlja i pri zagrijavanju i pri hlađenju. Količina promjene oblika na ovakav način je uvjek značajno manja nego kod jednosmjernog efekta, i legura može biti izložena veoma malim naprezanjima jer nastoji zadržati svoj oblik na niskoj temperaturi. Promjena oblika prilikom zagrijavanja može podnijeti velike sile kao i jednosmjerni efekat.

- 8 -

Page 9: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Slika 6. Pseudoelastični efekat

Predloženi su mnogi tretmani toplotom ili mehaničke metoda koje bi trebale stvoriti dvosmjerni efekat. Sve se oslanja na mikostrukturalne koncentracije napona koji uzrokuju martenzitne ploče da iniciraju partikularne pravce kada dobijaju formu hlađenjem, i tako daju ukupnu promjenu oblika u željenom pravcu.

Slika 7. Šema jednosmjernog i dvosmejrnog efekta

Metode opisivanja shape memory efekta

Postoje četri glavna metoda za opisivanje transformacije shame memory legura i veliki broj manjih koje nećemo razmatrati.

- 9 -

Page 10: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Najdirektniji metod je differential scanning calorimetry (DSC). Ova tehnika mejri toplotu apsorbovanu ili predatu od strane malog prijemnika materijala dok se zagrijava i hladi kroz transformacijski temperaturni opseg. Primjerak je veoma mali, par miligrama, i pošto je ne napregnut, ovo nije faktor u mjerenju. Endotermni i egzotermni vrhovi (ekstremne vrijednosti), dok primjerak prima ili predaje toplotu zbog transformacije, su lahko mjerljivi za početni vrh, i krajnji u faznoj promjeni u svakom pravcu.

Drugi metod koji se često koristu u mjerenjima je mjerenje otpora primjerka dok se zagrijava i hladi. Legure pokazuju interesantne promjene i vrhove u otporu (i do 20%) tokom temperaturnog opsega transformacije. Ipak korelacija ovih rezultata sa faznim i mehaničkim promjenama nije uvjek bila uspejšna. Također su i velike promjene otpora nakon više kružnih ciklusa kroz transformaciju. Tako, da je otpor često mjeren kao fenomen sam po sebi a ne kao karakteristika jedne legure u odnosu na drugu.

Najdirektniji metod za mehaničko karakteriziranje legure je da se pripremi određeni uzarok, pa da se nakon toga izloži konstantnom naprezanju i uradi ciklus kroz transformaciju, prilikom kojega će se mjeridi deformacije u oba smejra. Kriva na slici 2 je direktan rezultat ovokvog testa. Temperatura Ms,Af i sl. su samo malo veće od temperatura dobijenih DCS testom. To se događa zbog toga što DCS test se izvodi bez opterećenja. Ovaj test direktno indicira na osobine koje se mogu očekivati u realnim uslovima obavljanja neke funkcije nekog elementa sa shape memory efektom. Nedostatci su što su primejrci teži za izradu, i rezultati su prilično ovisni od načina na koji se izvodi test.

Konačno odnos napon-deformacija se može izmjeriti preko standardnih testova i naprezanja na različitim temperaturama u transformacionom temperaturnom područiju, i mijenjajući parametre, prosječne vrijednosti se mogu interpolirati. Ovo je veoma neprecizno, ali je mnogo više primjenjeno kako mjera promjene u osobinama svake faze zbgo stvati kao očvršćavanje ili tretiranje toplotom.

Primjena SMA legura

Primjena shape memory legura je veoma rasprostranjena, naručito u medicini, robotici, vojsci itd

- 10 -

Page 11: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Primjena zasnovana na slobodnom oporavku u prvo bitno stanje. Najčešče se ovaj metod koristi u medicini. Zasniva se da se deformisana legura ubaci u tijelo i pod uticajem temperature tijela vrati u određeno stanje koje je potrebno. Kod proširivanja vena, napravi se mrežica kao što je prikazano na slici 8, koja se skupi i pozicionira na željeno mejsto. Pod uticajem tjelesne temperature mrežica se raširi i izvrši rad i širenje vene.

Slika 8. Mrežica za kontrolisanje širine vene.Još jedna primjena u medicini zasnovana je na sličnom efektu je

sastavljanje polomljenih kostiju, najčešče kostiju lica, gdje je slučaj da se kosti spajaju metalom i vijcima, ili osteosinteza. Slika 9.

Slika 9. Alat za osteosintezu

Kosti se dovode u pravilan položaj i spajaju metalnom pločicom i vijcima, Ovo je veoma efikasan metod. No prilikom korišćenja običnih pločica pritisak na kosti na samom satavu opadne već nakon nekoliko dana i time se uspori srastanje kostiju. Princip je da se pločica ohladi i stegne i zavrne na odgovarajuće mjesto. Pod uticajem tjelesne temperature doći će do transformacije tako da če pločica stvarati trajni pritisak na sastav i doprinijeti bržem zamalađivanju. Do potpune primjene NiTi legura na ovakav način još je

- 11 -

Page 12: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

smetnja potrebni pritisak na sastav tj. proračun koliko pritisak trabe da da legura. Skika 10.

Superplastićne aplikacije. Na tržištu postoji određen broj produkata koji rade na pseudoelastičnom efektu. Okviri za naočale koji mogu apsorbovati dosta energije bez oštećenja. Ortodontska pomagala koja sada utiču na brže pomejranje zuba itd.

Slika 10. Primjena shape memory legura u osteosintezi

Aktuatori

Aktuatori su mehaničke naprave za kontrolu i pokretanje nečega. Mogu biti:

Na električni pogon Na pneumatski pogon Na hibridni pogon sa unutrašnim sagorijevanjem (kombinacija

elektromotora i motora sa unutrašnjim sagorijevanjem Aktuaotori budućnosti

Primjena aktuatora je veoma široka najčešće ih srećemo: Proizvodi široke upotrebe kaošto su : CD, hard diskovi, bušilice,

ventilatori Proizvodnja: roboti, CNC mašine Aeronautika: automatski piloti, postavljanje senzora Auto industrija: brisači stakla, dobava goriva ...

Aktuatori budućnosti su aktuatori koji se zasnivaju na upotreni funkcionalnih materijala, npr:

Aktuatori sa piezo-električnim elementima Ultrasonični motori Aktuatori zasnovani na upotrebi legura koje pamte svoj položaj

- 12 -

Page 13: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Slika 11. Hidraulički aktuarot

U ovom seminarsko radu će mo posebnu pažnju obrati na na aktuatore koji su zasnovani na upotrebi shape memory legura. Aktuatori su elementi koji mogu izazvati ili izvesti pomake odnosno podnijeti opterećenje. Aktuatori zasnovani na shape memory efektu a mogu biti aktivirani promjenama magnetnog ili električnog polja ili promjenama temperature.

Upotrena SMA aktuatora pruža interesantnu alternativu za standardne upravljačke metode. Napredak SMA aktuatora smanjuje veličinu, težinu i složenost robotičkih sistema. Ispred svega SMA aktuatori posjeduju veoma veliku snagu. Jedan aktuator na bazi Ni-Ti legure može da podnese pritisak od 500 Mpa. Tako da 150 μm Ni-Ti legure može da proizvede silu od 8.8 N što je otprilike 0,897 kg. Ako je žica 10 cm dužine ona će težiti 11,4 mg i može izvšiti kontrakciju od 0,85 cm. Takav aktuator može podići težinu 78 000 pua veću od osvoje do visine od 1 cm. Da bi se zagrijao ovakaj jedan aktuator potreban je samo jednostavni električni krug. SMA aktuatori su nevjerovatno kompaktni i jednostavni za upotrebu. Ovakav aktuator je zavisan samo od metoda za zagrijavanje i hlađenje. Metodi za hlađenje mogu biti dobiveni iz prirodnih uvjeta, kondenzacije, radijacije. Krajnja prednost je bešumni rad, dok standardni aktuatori proizvode prilično veliku buku SMA aktuatori radi potpuno tiho.

SMA aktuatori imaju i svoje mane koje se moraju razmotriti prije nego se odluči za upotrebu ovakvih aktuatora. Prije svega oni rade sa malom djelotvornošću. SMA aktuatori je efikasan u toplim okruženjima gdje materijal pretvara termalnu energiju direktno u rad. Ali u nekim uslovima jednostavno će biti problom proizvesti dovoljno toplote da se legura vratila u prvobitno stanje. Druga velika mana SMA aktuatora je što oni veoma sporo reauguju. Brzina rakcije SMA aktuatora zavisi od tmeperature i medijuma u kojem se akturator nalazi. Reakcija SMA aktuatora je voma kompleksna jer materijal prelazi iz zapreminsko kubno centrirane kristalne rešetku u kubno površinksi centriranu rešetku. Odnosno iz martenzita u austenit. Na slici 12 je prikazana brzina

- 13 -

Page 14: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

rekacije SMA aktuatora.

Sliak 12. Brzina rakcije SMA Aktuatora

Rasipanje toplote prestavlja faktor koji dodatno usoporava brzinu SMA aktuatora. Još jedan nedostatak je što su SMA aktuatori predviđeni za mehanizme koji će praviti samo male pokrete, da bi se postigli veliki pokreti moraju se posebno dizajnirati. Ovaj posljedni nedostatak veoma usporava njihov razvoj. Još jedan problem prestavlja kontrola SMA aktuatora. Kada se vrši dizajniranje SMA akuatora za mehanizme prva odluka koju treba donjeti je koji će se izvor toplote koristiti. U nekim posebnim okruženjima temperatura medija se može koristiti kao pokretačka energija. Ovaj metod je odlična opcija kada se dizajniraju mehanizmi za kontrolu temperature. Na primjer SMA aktuator može biti postavljen u neki mediji (npr. Zrak) čiju temperaturu želimo da kontrolišemo. SMA aktuator može biti napravljen tako da njegova temperatura reakcije bude neka kritična temperature medija. Kada se ta temperatura dostigne doći će do reakci i recimo da će aktuator otvoriti izvor hlađenja. Prednost ovakvog sistema je što on operira na čisto mehaničkom sistema i nije mu potrebna električna energija.

Pošto većina mehanizama zahtjeva ciklične pokrete potrbna je neka sila da bi vratila mehanizam u suprotnom smejru od onog u koji ga je poslao SMA aktuator. To se najčešće ostvaruje pomoću potencijalne enrgije (gravitacije ili opruga), ili se ta energija dobiva iz drugog SMA aktuatora koji radi u suprotnom pravcu od prvog. Jednostavni primejri takvih mehanizama prikazani su na slici 13.

- 14 -

Page 15: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Slika 13. Primjeri vraćanja mehanizma u prvobitno stanje

Ovi navedeni primjeri ostvaruju male linearne pokrete da bi se dobili veći pokreti ili zakretanja SMA aktuatori moraju biti pametno postavljenji na mehanizam na kojem rade. Mala linearna pomjeranja mogu biti pretvorena u velika ugaona pomjeranja na veoma jednostavan način. Krajeve aktuatora spojima na ploče u blizini centra rotacije. Nataj način mala lineatna pomjeranja će biti pretvorena u velika ugaona pomjeranja. Ovo je voma slično kako se naši biološki mišići pokreću. Mehanizmi koji pretvaraju linearno kretanje u kružno prikazani su na slici 14.

Slika 14. Mehanizam za pretvaranje linearnog kretanja u kružno

Primjena SMA Aktuatora

Primjena zasnovana na ograničenom oporavku. Najuspješniji primjer je Cryofit hidraulički spojevi napravljeni od Rayhelm koorporacije. Spojnice su napravljene kao rukavi malo manji od cijevi. Prečnik se ekspandira u martenzitnoj fazi i navuče na spojeve. Prilikom zagrijavanja do austenita skupi se na prvobitni dijametar i drži krajeve cijevi. Slika 15.

- 15 -

Page 16: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Slika 15. Konektor cijevi

Aktuatori sile. U nekim primjenama shape memory efekta komponente se sastavljaju tako da proizvedu silu za neko kretanje. Primjer toga je konektor za električne ploče. Zagrija se lahko umeće i kada se ohladi formira dobru vezu. Na sličan način rade i protiv požarni ventili koji zatvaraju dotok zapaljive materije u koliko se pojavi požar.

Na sličan način se može riješiti upravljanje i manervisanje aviona. Avioni današnjice kontrolu svoga pravca leta vrše preko malih krila-stabilizatora koji su postavljeni na kraju aviona. Pomejranje tih krilca vrši se hidraulikčki, a sobzirom da se radi o veoma važnoj funkciji postavlja se istovremeno više hidrauličkih vodova. To dodatno opterećuje konstrukciju aviona i otežava izradu.

Primjenom shape memory legura moglo bi se pomjeranje upravljačkog krila izvesti sa par žica koje će memorskim efektom pomjerati krilo. Na slici 16 je prikazan savremeni avion.

- 16 -

Page 17: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Sliak 16. Avioni današnjice

Slika 17. Upravljačko krilo aviona

- 17 -

Page 18: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Sistem koji se koristi za upravljanje avionom oslanja se na hidrauliku koja pomjeranjem klipa pomjera i krilo. Hidraulički sistem upravljanja je prikazan na slici 18.

Slika 18. Hidraulički aktuator.

Shape memory žica se može korisiti da manipuliše fleksibilnim dijelom krila kao na slci 19. Žica na dnu je skraćena shape memory efektom dok je žica na vrhu izdužena. Ukoliko se krilo podiže na gore efekat je suprotan. Postizanje shape memory efekta je jednostavno, Žice se griju strujom koja se lahko distribuira električnim kablovima. Uklanjanjem hidrauličkog sistema reduciraju se troškovi, masa aviona i vrijeme popravke. Ovaj sistem se razvija u razvojnoj agenciji Ministarstva odbrane SAD-a.

Slika 19. Upravljanje SMA aktuatorom

- 18 -

Page 19: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Slika 20. Krilo kontrolisano SMA aktuatorom

Također je interesantan primjena SMA aktuatora u robotici. Ljudsko tije je veoma kompleksno za napraviti pa čak i neke najobičnije funkcije zadaju velike probleme naučnicima kada ih probaju simulirati. Veliki napredak u ovom područiju se u robotici i elektronici, a od posebnog su značaja za ruke i noge robota.

Ukoliko se žele napraviti ljudski ekstremiteti mraju se razmotriti slijedeći aspekti:

Sila hvatanja mora moći manipulisati raznim objektima (alat, olovka, ajae)

Sposobnost svakog zgloba ruke da vrši pomjeranje Sposobnost za osjećaj i dodir Metoda kontrolisanja pomjeranja udova Emulacija stavrnih ljudskih pokreta (glatko, brzina reakcije)

Mnogo različitih riješenja se nameće u ovom područiju kao što su kontrola sa zračnim pritiskom, piezo električnim efektom ili shape memory legurom. Shape memory legure kao mišići su se pokazala veoma dobro, pored toga što ima raznih vrsta legura, njihovo pomjeranje je veoma glatko, bez oscilacija u kretanju i stvaraju efekat živog bića.

Slika 21. Šaka robota

- 19 -

Page 20: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Kreiranje šake robota je voma kompleksan zadatak ali će jednostavno objašnjenje biti dato isopd. Da bi se napravio pomjeraj u jednom pravcu ( kao zglob na prstu) može se koristi model kao na slici 22.

Slika 22. Šema prsta

Cik-cak žica na gornjem dijelu će držati prst pravo. Istezanjem SMA žice u donjem dijelu doći će do nagibanja prsta prema dole. Istezanje se može ostvariti električnom strujom. Vrijem i intenzit struje se može kontrolisati računarom koji manipuliše zglobom.

Proporcionala kontrola. Moguće je koristiti samo dio popravljanja oblika da bi se precizno pozicinirao mehanizam koristeći samo određeni raspon temperatura transformacije. Beta Phase Inc. je firma koja je na ovom principu razvila ventil koji kontroliše protok fluida zagrijavanjem legure. Sa ovom tehnikom moguće je ponavljajuće pozicioniranje sa preciznošću od 0,25 mm.

Toplotnmi motor. Jena od ideja u razvoju je motor koji će raditi na prncipu SMA aktuatora. SMA žice bi bile naizmjenično prskane toplim i hladnim uljem, ulsijed njihove kontrakcije one bi obrtale disk motora. Hladnim uljem bi bile vraćenje u normano stanje a toplim bi bila vršena kontralcija.

- 20 -

Page 21: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Slika 23. Termalni motor

Buba. Buba je diplomski rad O.Heintze, to je skeletna struktura poduprto sa šet nogu. Žice shape memory legure su spojena na noge tako da se one mogu micati naprijed i nazad. Svaki korak aktivira tri para nogo (A-A-A ili B-B-B)

- 21 -

Page 22: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Slika 24. SMA buba

Slika 25. Izgle pneumatičkog sisitema sa 6 nogu

SMA aktuaroti su voma zastupljeni u svemirskoj tehnologiji, evo neki projekata koi su unaprijeđenji SMA aktuatorima.

- 22 -

Page 23: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Slika 26. Svemirski projekti kojis koriste SMA aktuatore

Zaključak:

- 23 -

Page 24: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

Iako se ne mogu pretpostaviti produkti koji će koristiti NiTi legure, neki pravci su očigledni. Troškovi ovih legura polako opadaju dok upotreba sve više raste. Razvoj legura je izbacio nekoliko termalnih kompozicija koje su se pokazale bolje osobine od binarnih. Medicinksa industrija je razvila niz produkata na bazi Ni-Ti legura zbog njihove biokompaktibilnosti i velike pseudoelastičnosti , i sve je očitiji da će biti još primjena. Također dostupnih malih žica koje su stabilne, ali kada se zagriju električnim naponom dalju veliki reparativni udar će biti područije istraživanja za novu familiju aktuatora. Ovi aktuatori bi bili jeftiniji, pouzdaniji za hiljade ciklusa, i očekuje se da će pomjeriti Ni-Ti lugure u visoko količinkso tržište.

Literatura:

1. http://www.sma-inc.com/SMAPaper.html

- 24 -

Page 25: SMA Aktuatori

Shape memory alloy Aktuatori___________________________________________________

2. http://www.shape-memory-alloys.com 3. http://www.azom.com 4. http://www.cs.ualberta.ca/~database/MEMS/sma_mems/

index2.html5. http://lisa.polymtl/LISA-Brochure/TiNI-Mario.html 6. http://en.wikipedia.org 7. http://www.designinsite.dk

- 25 -