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摘 要

形状记忆合金（SMA）是一种通过马氏体的热弾性与母相互相转变，将热能转换为机械能的一种新材料。而通过SMA制作形成形状记忆合金螺旋弹簧用于排烟防火阀自动复位装置中必将会是未来防火阀门的一大新的技术领域,因此研究形状记忆合金弹簧的特性及其弹簧的制作方法十分重要。本文主要利用团队成员合成的Ni-Ti记忆合金来制作烟防火阀自动复位装置的关键部件—SMA弹簧，介绍如何通过弹簧特性来设计计算，其中包括弹簧基本参数的设计、SMA 弹簧和偏置弹簧的组合设计、加工实际所需弹簧的各种参数。为了保证马氏体稳定化和自动复位装置（弹簧）的形状恢复性能，通过热处理等工艺调整弹簧相变温度，得到满足相应需求的温度以及通过热处理改变相变点和调节形状恢复率，也通过增加训练次数来研究其对弹簧表明形状恢复的影响。

关键词：SMA弹簧；设计计算；热处理；自动复位；形状恢复率

A Design of the Automatic Resetting Device for Smoke Evacuation and Fire Prevention

Abstract

The shape memory alloy (SMA) is a new material that converts thermal energy into mechanical energy by the thermoelastic martensitic transformation.And the SMA coil spring made by the SMA which is used for the automatic resetting device of smoke evacuation and fire prevention will open a new technical field of the future fire-resistant damper. Therefore it’s important to study the property and the manufacturing method(s) of the SMA coil spring. This paper mainly uses the Ni-Ti memory alloy synthesized by the team members to make the key components of the automatic resetting device of smoke evacuation and fire prevention—the SMA spring, and introduce how to use the property and the design of the spring to calculate the basic parameters of the spring design, the various parameters of the combinational design of the SMA spring and the bias spring and the parameters of the required spring for processing. In order to ensure the shape recovery performance of the martensitic stabilization and the automatic resetting device (spring), this paper adjusts the phase transition temperature of the spring through the processes like heat treatment to obtain the temperature meeting the corresponding requirement, the change of the transformation point and the recovery rate of the shape adjustment by heat treatment. This paper also studies the influence of training times on the shape recovery rate by increasing training times.

Key Words:SMA spring; design calculation; heat treatment; automatic reset; shape recovery rate

目录

摘要……………………………………………………………………………………………I

ABSTRACT…………………………………………………………………………………II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 形状记忆合金自复位结构（组合弹簧）设计概述 3

1.4 主要研究内容 4

第二章 Ni-Ti记忆合金弹簧的设计 6

2.1 SMA弹簧基本参数 6

2.2 SMA驱动器原理 8

2.3 SMA弹簧设计 8

第三章 SMA弹簧组合系统设计 11

3.1 SMA弹簧组合系统设计 11

第四章 热处理调整相变温度 15

4.1 热处理对相变点的影响 15

4.2 热处理对形状恢复率的影响 16

4.3 训练次数对弹簧形状恢复率的影响 17

4.4 热处理对热回复温度的影晌 18

第五章 SMA弹簧的制作与设计成型 18

5.1 SMA螺旋弹簧的制作 20

5.2 SMA弹簧的设计成型 20

结语 23

参考文献 24

致谢 25

1. 绪论

1.1 研究背景及意义

目前，建筑行业迅速发展，高层建筑便大量兴建，火灾发生的频率越来越高，带来了严重危害和巨大的损失。为了降低火场危害，减少生命财产损失，目前大多数建筑防火设计都会设置机械排烟系统，在该防火排烟系统中防火阀门对阻燃隔烟起到决定性作用^[1]。

近几年，电子技术迅速兴起，大量利用电子原理控制机构控制防火阀进行复位的产品也相继问世，能够实现电动式复位。上述电动自复位防火阀的执行机构是通过利用电磁铁电源来输出复位信号，使得电机工作，从而打开防火阀门。但是此类防火阀的电子元件易受多种环境因素影响，存在误报、误动作等情况，一旦发生火灾，电子控制机构在高温场中易受损，影响后续使用；并且操作机构采用电机齿轮组和控制器轴上齿轮啮合方式，受各种因素影响，齿轮易被卡住。

目前，大多数排烟防火阀的温感机构与上述复位排烟防火阀的温感机构一致，阀体的组成包括壳体、联动机构和驱动装置等；驱动装置包括离合器、熔断片等^[2]。易熔金属片和离合器作为执行机构来控制阀门叶片的转动^[3]。当发生火灾时，管道内的温度过高，易熔片发生断裂，受压缩的弹簧会迅速动作，扭转弹簧转动叶片，从而关闭防火阀，有效阻止了火灾蔓延^[4]。但是这种采用易熔合金熔断的温感机构存在着一些弊端：1.动作后易熔合金片掉落，碰撞叶片，使其受损。2.机构动作温度不可靠，常常不到指定温度就动作。3.感温部件只能使用一次，动作后需更换，带来不便，成本费用高。

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