3 钛丝驱动技术（NiTiDrivetech）的可靠性设计-响应时间的设计

钛丝驱动技术（NiTiDrivetech）的可靠性设计

【前言】

形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形态记忆合金、肌肉丝、镍钛记忆合金，它是由Ni（镍）- Ti（钛）材料组成，经过多道工序制成的丝，财哥简称钛丝，可以通过电路驱动钛丝发生运动。相比于传统的电机、电磁铁动力，钛丝是一种新型的动力元件。钛丝驱动技术（nitidrivetech）目前已经在航空航天、医疗、无人机、手机、汽车、机器人等科技领域投入使用。

本文通过公开分享、科普钛丝驱动技术的可靠性设计经验，方便大家在机械电子工业设计等领域快速有效地转化为科技成果。

三、响应时间的设计

财哥把钛丝驱动过程中的响应时间分为钛丝驱动响应时间、冷却恢复响应时间两个方面。

其中驱动响应时间由我们的供电系统方案和驱动机构设计模型决定；

其中冷却恢复响应时间由我们的钛丝冷却恢复时间和驱动机构设计模型决定。

这三个因素可以相互综合协调来满足我们的产品驱动响应时间和冷却恢复响应时间。

1、钛丝驱动响应时间的设计

在前两个章节中，我们首先找到了合适我们产品的钛丝，然后评估我们的产品的驱动响应时间的需求，接下来我们再结合供电系统方案和驱动机构设计模型来实施设计。

1.1 供电系统方案

大家可以参考第一章节中的供电系统输出能力的计算表。

假设：我们产品需要采用0.15线径的钛丝，响应时间是0.5s。

设定如下参数：

通过计算得知：我们所需驱动最低电压是2.3V，驱动电流654mA；

再假设：我们产品需要采用0.15mm线径的钛丝，响应时间是0.2s。

通过计算得知：我们所需驱动最低电压是3.6V，驱动电流1034mA；

如果我们的供电系统只能提供654 mA，无法提供那么大的驱动电流，那么我们可以结合我们的驱动机构设计模型来满足我们产品设定的响应时间需求。

假设：我们结合上面的响应时间0.5S比0.2S为例，采用如下三角函数驱动模型，驱动杠杆比例设定为2.5比1，那么我们就可以利用三角函数的杠杆效应，在同等驱动位移量的前提下，将驱动时间进行压缩。在第一章节中有提到，财哥称其为“时间杠杆”原理。

1.2 驱动机构设计模型

财哥把自己以往做过并实施量产的驱动机构，整理了10个可行性设计模型。

除了前面提到的“三角函数驱动”，还包含了“直线驱动”、“L型驱动”、“V型驱动”、“G型驱动”、“U型驱动”、“U型隔离驱动”、、“双稳态菱形驱动”、“U型+三角复合驱动”、“琴弦驱动”等。

财哥在这些模型的设计经验基础上，从其力量、位移、寿命、响应时间等方面做了一定的对比，供大家参考。由于模型较多，财哥后续会单独做一篇分享给大家。

2、钛丝冷却恢复时间

钛丝越粗，其驱动所需热量需求越大，断电冷却恢复过程中的温度降低的越慢。在前面两章节中都有提到冷却恢复温度的相关特性。

假设：我们产品需要其冷却响应时间是1s，同时又要采用0.15mm线径的钛丝，但是0.15mm的钛丝冷却恢复时间约2S。

这个时候我们可以考虑如下处理：

1、 将初始弹簧的拉力增加，可以加速钛丝的冷却恢复。变化量不会太大的情况下可以这样处理。

2、 将钛丝的线径改细，采用“U型驱动”模型。

3、 驱动机构采用“三角函数驱动”设计模型。杠杆比采用1:2来设计。

不论采用哪一种解决方案，我们都不要忘记关注其驱动的力量、位移量、寿命、功耗等诸多因素的不同变化量，是否满足产品的驱动机构可靠性作为前提。

作者：财哥说钛丝