دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
پروژه / سمینار آماده: طراحی و ساخت یک میکروگریپر با استفاده از سیم های آلیاژهای حافظه دار
به همراه فایل های آباکوس و نقشه های آن
(97 صفحه فایل ورد - word)
برای گرفتن قطعات و جابجایی آنها که توسط انسان قابل انجام نمی باشد از مکانیزم گیره ایی شکل (گریپر) استفاده می گرددکه براساس کاربرد و عملکرد شان در ابعاد معمولی و میکرو ساخته می شوند.
اخیراً وسایلی برای جابجایی میکرواجزاء صنایع الکترونیک ، تکنولوژی اطلاعات ، اپتیک ، پزشکی و بیوتکنولوژی ساخته و توسعه داده شده اند.همچنین برای کار در مکان های کوچک، باریک و محدود ، ساخت میکروگریپری که نقش اساسی در جابجایی های کوچک ایفا کند ضروری است. مطالعات بسیاری برای طراحی و ساخت میکروگریپر هایی که قادر به انجام جابجایی کوچک باشند، صورت گرفته است .
درطراحی میکرو گریپرها به دو مشخصه باید توجه کرد: 1 مکانیزم حرکتی و ساختاری ) درجات آزادی ، میزان کرنش ، جابه جایی بازوها ، جنس گریپر و ...( 2 شیوه تحریک ) پیزو الکتریک ها ، آلیاژهای حافظه دار ، موتور الکتریکی ، موتور هیدرولیکی و ... (گریپر ها به طور کلی در درجات آزادی محتلف طراحی و ساخته می شوند اما اغلب میکرو گریپرها با یک درجه آزادی به دلیل نوع کاربرد و فضای کاری ساخته شده اند و نیاز به درجات آزادی بیشتر احساس نگردیده است.
همان طور که در بالا بیان گردید در میکرو گریپر ها از محرک های مختلفی استفاده می شود که از جمله ی آنها می توان به پیزو الکتریک ها و آلیاژهای حافظه دار اشاره کرد که به طور گسترده ایی به کار می روند. آلیاژهای حافظه دار به دلیل اینکه نسبت نیرو به حجم بالا دارند و همچنین به راحتی تحریک می شوند به طور گسترده در ساخت محرک ها استفاده می شوند.
آلیاژهای حافظه دار یک کلاس منحصربهفرد از مواد حافظه دار هستند که قابلیت بازیافت شکلشان را وقتی دما افزایش مییابد را دارند. حتی تحت بارهای اعمال شده بالا با یک افزایش دما میتوانند شکل اولیهی خود را پیدا کنند. آلیاژهای حافظه دار میتوانند به وسیله تغییر شکل هیسترزیس قابل برگشت تحت بارگذاری سیکلی مکانیکی انرژی مکانیکی را جذب یا پخش کنند. این مشخصهی منحصربه فرد SMA آنها را برای کاربردهای حس کردن، تحریک، جذب ضربه و دمپینگ ارتعاشات جذاب کرده است.
SMA ها هم فازهایی دارند که هر کدام ساختار کریستالی متفاوت با خواص متفاوت دارند. یکی از آنها فاز دما بالاست که آستنیت نامیده میشود ودیگری فاز دما پایین است که مارتنزیت نام دارد. آستنیت معمولا مکعبی و مارتنزیت معمولا تتراگونال، اورتورمبیک یا مونوکلینیک است. انتقال از یک ساختار به ساختار دیگر به وسیله نفوذ اتمی رخ نمیدهد، بلکه بهوسیلهی برش شبکهای اتفاق میافتد. این انتقال به استحاله \ دگرگونی \ تحول مارتنزیتی شناحته می شود.
هر کریستال مارتنزیتی یک جهتگیری متفاوت دارد که به آن وریانت (variant) میگویند. ترکیب شدن وریانتهای مارتنزیتی در دو فرم وجود دارد: مارتنزیت دوقلویی شده ومارتنزیت دوقلویی نشده. دگرگونی فازی برگشتپذیر از آستنیت (از مادر) به مارتنزیت (فاز محصول) و برعکس اساس رفتار منحصربهفرد SMA است.
به هنگام سرد کردن در غیاب بارگذاری، ساختار کریستالی ار آستنیت به مارتنزیت تغییر میکند که به آن انتقال رو به جلو (forward transformation) میگویند. در این حالت در NiTi 24 تا واریانت تشکیل میشود وتغییر شکل ،ماکروسکوپیک در این حالت نادیده گرفته می شود. در اینجا دوقلویی رخ میدهد. وقتی ماده در فاز مارتنزیت گرما داده میشود،ساختار کریستالی به آستنیت برمیگردد که به آن تحول وارونه میگویند (reverse transformation).
چهار مشخصه با انتقال فازی وجود دارد. در طول تحول رو بهجلو آستنیت شروع به انتقال به مارتنزیت دوقلویی از دمای شروع مارتنزیتی میکند ودر دمای پایان مارتنزیتی کامل میشود. بهطور مشابه در طول گرم کردن استحاله وارونه اتفاق می افتد که این دگرگونی از دمای شروع آستنیتی شروع میشود ودر دمای پایان آستنیتی کامل میشود .
اگر یک بار مکانیکی به ماده در فاز مارتنزیتی دوقلویی اعمال شود، با جهت گیری دوبارهی تعدادی از وریانتها مارتنزیت غیر دوقلویی تولید شود. در این حالت تغییر شکل ماکروسکوپیک دارد که این تغییر شکل بعد از برداشتن بار هم باقی میماند. با گرم کردن بعدی SMA به دمایی بالاتر از fA منجر به تحول معکوس میشود .با سرد کردن تا زیر دمای مارتنزیت دوقلویی ایجاد شده و شکل اولیه کاملا بازیافت می شود. پدیدهی شرح داده شده بهعنوان اثر حافظه داری (SME) شناخته میشود .
دماهای تحول بهطور موثری بستگی به بزرگی بار اعمال شده دارند. با مقادیر بالاتر بارها دماهای استحاله بالاتر میروند. دو اثر مهم در آلیاژهای حافظه دار اهمیت فراوانی دارند که به ترتیب عبارتند از:
- اثر حافظه داری : یک آلیاژ حافظهدار اثر حافظهداری نشان میدهد وقتی که در فاز مارتنزیتی دوقلویی روی آن تغییر شکل صورت میگیرد وسپس بار برداری انجام میشود، وقتی که مجددا تا بالای Ar حرارت داده میشود SMA شکل اولیه خود را با برگشتن به فاز آستنیتی مادر پیدا میکند.
- خاصیت شبه الاستیکی (psudoelasticity): رفتار شبه الاستیک SMA بهعلت تنشی است که منجر به ایجاد کرنش در طول بارگذاری و سپس بازیافت کرنش بهعلت باربرداری در دمای بالاتر از Ar است. مسیر رفتار شبه الاستیک در دمای بالاتر از Ar شروع میشود در حالیکه آستنیت پایدار است، سپس تحت یک بارگذاری به وضعیتی منتقل میشود که در آنجا مارتنزیت غیر دوقلویی وجود دارد.
در میان آلیاژهای حافظه دار، آلیاژهای Ni-Ti دارای مزایای بیشتری است که استفاده از آن را توجیه می کند. از جمله این مزایا می توان به نسبت استجکام به وزن بالاتر و مقاوم به زنگ زدگی اشاره کرد.
بعلاوه ، سیم Ni-Ti ارزان قیمت تر بوده و بالاترین میزان کرنش در حین دگرگونی را در بین آلیاژهای حافظه دار دارد. بعد از ساختن میکرو گریپر دو نکته مهم حائز اهمیت است :
1- کنترل نیروی اعمالی بین فکهاست که از دو شیوه on/off و کنترلر فیدبک استفاده می گردد.
- روش on/off به دلیل ایجاد موقعیت باز بسته و همچنین گیرش اشیاء با شکل ساده و استحکام کافی مناسب است.
- روش کنترلر فیدبک برای گیرش اشکال هندسی پیچیده و مواد حساس و همچنین کنترل فعال حرکت گیره ای و نیروی گیره ای مورد استفاده قرار می گیرد.
2- موقعیت دهی صحیح و دقیق میکرو گریپر
در این پروژه یک میکروگریپر ساده با ابعاد میکرو و با قابلیت ساخت آسان با استفاده از سیم Ni-Ti طراحی می گردد.باید توجه داشت که مقدار نیروی ایجاد شده توسط نوک میکروگریپر بستگی به مقدار کرنش سیم حافظه دار دارد وبدلیل اینکه نیروی اعمالی باید براساس نیاز کنترل گردد می توان نیروی اعمالی توسط فک های میکرو گریپر را با استفاده از یک کنترولرفیدبک نیرو، به منظور جلوگیری از صدمه رسیدن به اجزاء ، کنترل کرد بنابراین یک کنترولر که می تواند نیروی گیره ای میکرو گیریپر را کنترل کند باید به کار رود.
قبل از ساخت ، به منظور بهینه سازی ابعاد اجزای میکروگریپر ، مخصوصاً لولا ها و بازوها با توجه به نیروی اعمالی ، با استفاده از نرم افزار آباکوس شبیه سازی انجام می شود.در نهایت با اعمال شرایط مرزی مناسب در اجزا ) متناسب با بار اعمال شده و پاسخ آلیاژ ( تنش در بازو ها محاسبه و متعاقبا ابعاد آنها تعیین خواهد شد.
1-1- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق
به طور کلی باید بدانیم که نیاز به میکرو گریپرها زمانی احساس می شود که ما مجبور به کار در شرایط سخت و تنگ هستیم. انواع محرک هایی که برای بازوبسته کردن فک های گریپر استفاده می شود شامل موتورهای الکتریکی، پنوماتیکی و هیدرولیکی به دلیل اینکه نسبت وزن به توان بالا دارند، پیچیدگی زیاد و لوازم جانبی زیاد ودر نتیجه اشغال فضای کاری زیاد، برای کار در محیط های تنگ مناسب نیستند. پیزوالکتریک ها هم ضمن برخی مشکلات بالا گرانتر و همچنین کار کردن با آنها سخت تر است. در نتیجه آلیاژهای حافظه دارضمن برطرف کردن معضلات بالا باع می شود که ساختار میکرو گریپر ساده اما موثر باشد. در این میکرو گریپرها ما تنها نیاز به یک منبع جریان داریم که از طریق سیم های رابط به آلیاژ حافظه دار وصل می شوند بنابراین ما میکرو گریپری داریم که کوچک، ساده است و نیروی زیادی تولید می کند. تنها مشکل موجود هیسترزیس کرنش آلیاژ حافظه دار است که می شود با محدود کردن حداکثر کرنش قابل استفاده ، تعداد سیکل های مورد استفاده را به حد قابل ملاحظه ای افزایش داد. به طور کلی با کنترل رفتار غیر خطی آلیاژ حافظه دار می توان به بازده ی بالایی با این آلیاژها رسید.
فهرست مطالب
فصل 1- مقدمه 7
1-1- بیان مسئله. 7
1-2- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق.. 11
1-3- ساختار پایان نامه. 12
فصل 2- آلیاژهای حافظه دار و میکروگریپرها 13
2-1- گریپر ها 13
2-2- تحلیل نیروی گریپر. 13
2-3- بازده لغزشی گریپر. 15
2-4- نیروی مورد نیاز گریپر رباتیک.. 15
2-5- گشتاور مورد نیاز یک گریپر رباتیک.. 19
2-6- گشتاور اعمالی از قطعه کار به گریپر در حالت دینامیکی.. 22
2-7- میکروگریپر. 25
2-8- مواد هوشمند. 26
2-9- آلیاژهای حافظه دار. 26
2-10- تاریخچه آلیاژهای حافظه دار. 27
2-11- مکانیزم عمومی آلیاژهای حافظه دار. 29
2-12- آلیاژ حافظه دار نیکل – تیتانیم. 31
2-13- اساس پدیده حافظه داری.. 35
2-13-1- اثر حافظه داری یک طرفه. 37
2-13-2- خاصیت حافظهداری دوطرفه. 38
2-13-3- خاصیت فوق کشسان. 41
2-14- انواع آلیاژهای حافظهدار. 43
2-15- مدلسازی رفتار آلیاژ حافظهدار. 48
2-16- استحاله آستنیت به مارتنزیت: 55
2-17- پیزو فیلم ها 58
2-18- پلیمرهای هوشمند. 66
2-19- پیزوالکتریک ها 69
2-20- مقدمه و تاریخچه. 69
2-21- اثر پیزوالکتریک... 71
2-22- اثر پیزوالکتریک مستقیم و معکوس.... 71
2-23- ارتباط اثر پیزوالکتریک با ساختار مولکولی مواد: 72
2-24- وابستگی مواد پیزو الکتریک به دما: 73
2-25- کاربرد های پیزو الکتریک : 73
فصل 3- مروری بر پژوهشهای پیشین. 75
در این تحقیق به بررسی مواد ذیل پرداخته شده است:
