ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Технология сплавов с эффектом памяти формы из "Сплавы с эффектом памяти формы " Поскольку состав практически применяемых сплавов различен, можно предположить, что и свойства сплавов довольно сильно различаются, так же как и способы и процессы их производства. В табл. 3.1 сравниваются свойства сплавов двух указанных групп. [c.145] В общем можно отметить, что сплавы Т1 — N1 имеют лучшие свойства, а сплавы Си — 2п — А1 — экономические преимущества. Поэтому в таких областях техники, где требуется высокая надежность при большом числе циклов работы, например для исполнительных механизмов и переключателей, применяют [2] сплавы — N1. И наоборот, в таких областях, где указанные свойства не требуются, а число циклов ограничено, например одним циклом, как у температурных предохранителей или у устройств безопасности, действующих только в аварийных ситуациях (при пожаре), можно применять сплавы Си — 2п — А1, учитывая их более низкую стоимость. Конкретный выбор сплавов определяется с учетом различных обстоятельств — назначения, рабочей среды, возможности изготовления, стоимости. [c.145] Для обеспечения характеристик двунаправленного действия применяется специальная обработка сплавов с использованием свойств самого сплава или, используя однонаправленный сплав, обеспечивают двунаправленность действия устройств путем сочетания разных деталей, таких как пружина и груз. [c.145] Если образец находится в указанном состоянии, то при повышении температуры происходит восстановление формы. Сила восстановления формы Р становится больше, чем сила тяжести груза Рд. При этом сохраняется доля упругой деформации сплава (см. рис. 3.2, точка Л), происходит сокращение проволоки, груз поднимается. В результате повышения и понижения температуры груз перемещается между положениями А и б, рабочий ход достигает 30 мм. Сила, восстанавливающая форму сплава при высокой температуре, поднимает груз, она является избыточной по отношению к массе груза, поэтому если определить соответствующим образом разность между этими двумя силами, то можно выполнить работу по отношению к внешней среде. [c.147] Следует отметить, что в сплавах с эффектом памяти формы очень большая сила только в результате повышения температуры не возникает. Однако при применении метода смещения при понижении Т, но не при ее повышении легко получить большую возбуждаемую силу. [c.148] Метод смещения с применением груза для создания силы смещения (см. рис. 3.1) ограничен установленным положением элемента. Он чувствителен к воздействию вибраций, поэтому на практике для создания силы смещения часто применяется пружина. На рис. 3.3 показан элемент, состоящий из спирали, изготовленной из сплава с эффектом памяти формы (1) и прошедшей соответствующую обработку, и винтовой пружины сжатия (2), изготовленной из обычного пружинного материала, причем спираль и пружина оказывают давление друг на друга. Спираль под действием силы смещения (усилия пружины) сдвигается при низкой Т влево, но при повышении температуры в результате восстановления формы происходит сжатие пружины и смещение вправо. При понижении температуры двунаправленный элемент вновь смещается в левую сторону. [c.148] Метод создания силы смещения с помощью пружины конструктивно прост, имеет преимущества с экономической точки зрения и поэтому широко применяется на практике. Однако он имеет недостаток, заключающийся в том, что рабочий ход элемента невелик. Это обусловлено тем, что в процессе восстановления формы спирали из сплава с памятью формы постепенно уменьшается сила, восстанавливающая форму, а соответствующая сила смещения в результате сдавливания пружины увеличивается. В связи с этим сила, получающаяся без внешних воздействий на элемент, т.е. разность двух указанных сил, резко уменьшается в процессе восстановления формы элемента. [c.148] На рис. 3.4 схематично показано соотношение между нагрузкой и смещением (прогибом). Направления действия спирали из сплава с эффектом памяти формы и пружины смещения (/) взаимно противоположны, поэтому если в одну сторону указано удлинение, то в другую — сжатие. В связи с этим наклон линий, характеризующих соотношение между нагрузкой и смещением для пружины (соответствующий постоянной пружины) и спирали из сплава с памятью формы (отличающийся довольно сильной кривизной), взаимно противоположен. [c.148] Точка нулевой нагрузки пружины смещения определяется соотношением положений пружины и спирали из сплава с памятью формы. В случае, соответствующем рис. 3.4, указанная спираль и пружина смещения установлены с суммарным сжатием 50 мм. Точка нулевой нагрузки пру-.жины смещения удалена на 50 мм от исходной точки, т.е. от точки нулевой нагрузки спирали из сплава с эффектом памяти формы. При комнатной Т А ) прогиб спирали, исходя из равновесия двух указанных выше сил, составляет 34 мм, а прогиб пружины смещения становится равным 16 мм (см. рис. 3.4, точка А ).При 90°С ( А ) прогибы равны соответственно 16 и 34 мм, а рабочий ход 18 мм. [c.148] Рабочий ход является важной характеристикой элемента, поэтому целесообразно рассмотреть разные способы увеличения рабочего хода с использованием пружины. В числе первых следует указать метод моментов. Момент определяется произведением силы на радиус-вектор, поэтому если элемент сконструировать так, чтобы сила и радиус-вектор изменялись взаимно противоположно по отношению к рабочему ходу, то момент векторного произведения почти не оказывает влияния на рабочий ход или даже возникает обратная зависимость. [c.149] На рис. 3.5 показана схема кривошипа i), один конец которого закреплен и имеет возможность только повор ачиваться в опоре. Другой конец находится под действием элемента памяти формы (в данном случае проволоки из сплава Т1 — N1) (2) и пружины смещения 3), причем проволока и пружина создают моменты, действующие в противоположные стороны. При повышении температуры проволока из сплава Т — N1 сокращается, кривошип поворачивается, в результате чего пружина растягивается на величину, соответствующую сокращению проволоки. Однако ось вращения пружины смещения, происходящего вследствие поворота кривошипа, расположена близко к закрепленному концу кривошипа, поэтому при повороте величина / уменьшается. В связи с этим хотя сила противодействия пружины смещения и увеличивается, но момент даже уменьшается. Разность моментов в интервале, когда сила восстановления формы в результате сокращения проволоки понижается, становится небольшой. Такое же соотношение сил существует и при удлинении проволоки из сплава Т — N1, при этом получается большой угол поворота кривошипа (большой рабочий ход). [c.149] На рис. 3.3 показан элемент, в конструкции которого используется сжимаемая спираль. Однако в реальных элементах широко применяются растягиваемые спирали с крюком. Это обусловлено тем, что спирали из сплава с эффектом памяти формы часто действуют от нагрева прямым пропусканием тока, поэтому растягиваемые спирали имеют преимущества, так как позволяют сравнительно просто решить проблемы торца и продольного изгиба. [c.150] Элементы памяти формы и биметаллические элементы. Элементами, действующими в двух направлениях при изменении температуры, являются биметаллы. Они давно применяются и на практике, поэтому, чтобы понять преимущества применения элементов памяти формы, необходимо установить различие между ними и биметаллами. [c.150] Однако в отличие от биметаллического элемента, у которого отклонение изменяется прямопропорционально температуре, у сплава с эффектом памяти формы прогиб изменяется резко при характеристической температуре. Кроме того, у сплава с эффектом Памяти формы имеется температурный гистерезис, характеризуемый разностью прогибов при нагреве и при охлаждении, на что следует обращать особое внимание при практическом применении. [c.151] Второе различие заключается в типе деформации или в степени свободы элемента. Биметаллические элементы — это комбинированные металлические Материалы, состоящие из двух или более различных металлов, поэтому их действие ограничено направлением, перпендикулярным плоскости их соединения. В отличие от этого сплава с эффектом памяти формы — это однородные материалы. Они являются ориентационно независимыми, поэтому могут действовать в любом направлении. Следовательно, можно изготовить элементы пространственного действия путем комбинированного использования спиралей с увеличенным рабочим ходом в сочетании со сложной схемой нагружения, включающей деформацию скручивания и изгиба. [c.151] Сплавы с эффектом памяти формы характеризуются большой деформацией, отличаясь от биметаллов, как указано в предыдущем разделе, на порядок величины деформации. Однако этого недостаточно для использования их в качестве исполнительных элементов. В связи с этим для увеличения рабочего хода промышленные элементы часто изготавливаются с использованием спиралей из сплавов с эффектом памяти формы. [c.151] Кривые напряжение — деформация сплавов с эффектом памяти формы являются нелинейными, модуль сдвига и постоянная упругости не являются константами, поэтому общая методика проектирования спиральных пружин в этом случае неприменима. Кроме того, кривая напряжение — деформация изменяется в зависимости от термической или деформационной предыстории, нет достаточно полных данных относительно свойств при кручении, поэтому точное проектирование спиральных пружин с заданными свойствами затруднено. [c.152] Вернуться к основной статье