CN101624974B - 形状记忆合金驱动扭矩输出结构 - Google Patents

形状记忆合金驱动扭矩输出结构 Download PDF

Info

Publication number
CN101624974B
CN101624974B CN2008101372294A CN200810137229A CN101624974B CN 101624974 B CN101624974 B CN 101624974B CN 2008101372294 A CN2008101372294 A CN 2008101372294A CN 200810137229 A CN200810137229 A CN 200810137229A CN 101624974 B CN101624974 B CN 101624974B
Authority
CN
China
Prior art keywords
anchor clamps
memory alloy
shape
sprocket wheel
jaw
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2008101372294A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101624974A (zh
Inventor
张博明
于东
梁军
戴福洪
赵海涛
解维华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN2008101372294A priority Critical patent/CN101624974B/zh
Publication of CN101624974A publication Critical patent/CN101624974A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101624974B publication Critical patent/CN101624974B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Gears, Cams (AREA)

Abstract

本发明提供了一种形状记忆合金驱动扭矩输出结构。它包括两根SMA丝、链轮、设置在链轮上的链条、轴承座、转轴、三爪夹具和顶丝夹具，SMA丝的一端通过三爪夹具连接链条，SMA丝在三爪夹具一端短路连接，SMA丝的另一端通过顶丝夹具连接固定支架，链轮一端构成两根SMA丝的公共电极C，在固定支架一端的两个顶丝夹具上分别引出电极A与B，A、B与C分别跨过两个继电器触点连接，通过对继电器的分别驱动来实现对两根SMA丝的驱动，链轮设置在轴承座上，转轴穿过链轮设置。本发明具有轻质、微型，不会引起结构内部的集中质量问题以及干扰仪器设备运行的电磁场，可靠性高等特点。

Description

形状记忆合金驱动扭矩输出结构
(一)技术领域
本发明涉及驱动器技术，具体涉及一种扭矩输出结构。
(二)背景技术
形状记忆合金(SMA)作为驱动器使用时，主要利用形状记忆合金的单程记忆效应和双程记忆效应。通常SMA以线状型材或弹簧作为驱动器使用，并且这种形态的驱动器仅能输出直线方向的驱动力或位移，限制了SMA的使用范围。如果通过机构转换等手段，可以实现转矩或转角的驱动。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种轻质、微型，不会引起结构内部的集中质量问题以及干扰仪器设备运行的电磁场，可靠性高的形状记忆合金驱动扭矩输出结构。
本发明的目的是这样实现的：它包括两根SMA丝、链轮、设置在链轮上的链条、轴承座、转轴、三爪夹具和顶丝夹具，SMA丝的一端通过三爪夹具连接链条，SMA丝在三爪夹具一端短路连接，SMA丝的另一端通过顶丝夹具连接固定支架，链轮一端构成两根SMA丝的公共电极C，在固定支架一端的两个顶丝夹具上分别引出电极A与B，A、B与C分别跨过两个继电器触点连接，通过对继电器的分别驱动来实现对两根SMA丝的驱动，链轮设置在轴承座上，转轴穿过链轮设置。
本发明还有这样一些技术特征：
1、所述的固定支架使用拉挤工艺制成玻璃纤维/环氧树脂复合材料方盒，固定支架下端与固定平板通过螺钉连接，SMA夹具通过固定支架侧壁与支架实现固定；
2、所述的夹具采用金属制成，顶丝夹具为带有螺纹的以顶丝固定SMA丝的钢质夹具；
3、所述的轴承座采用铝合金加工而成，采用与转轴相匹配的深沟球轴承；
4、所述的三爪夹具采用导电性好的金属铜材料加工，通过带有锥度的三爪依靠螺帽的旋紧产生夹紧力构成夹具。
本发明的特点有：
1.链轮、链条使用ANSI标准系列，可根据实际的载荷需要选择合适的公称尺寸。
2.轴承座使用铝合金加工而成，其尺寸系列使用与转轴相匹配的深沟球轴承。
3.三爪夹具使用导电性好的金属铜材料加工，带有锥度的三爪依靠螺帽的旋紧产生夹紧力。
4.顶丝夹具是扭矩输出结构的末端夹具，固定长度可调节，以保证SMA丝的张紧
本发明涉及利用形状记忆合金的单程记忆效应实现双向驱动的扭矩输出结构。通过链轮链条结构将形状记忆合金丝的直线运动转换为旋转运动实现扭矩的输出。并通过这种结构将形状记忆合金的单程记忆效应的大回复位移充分利用进行双向驱动，是一种轻质、小型、高效的旋转扭矩输出结构，可以用于有翼飞行器后掠角控制、飞机全动式鸭翼的旋转控制等可旋转结构，与电动马达相比，不会引起结构内部的集中质量问题以及干扰仪器设备运行的电磁场；与液压驱动器相比具有更加轻便的结构和可靠性。
(四)附图说明
图1为SMA丝旋转驱动结构示意图；
图2为理想状态下的形状记忆合金转动驱动机构示意图；
图3为转矩结构的电路连接示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明：
本实施例包括两根SMA丝1、链轮2、设置在链轮2上的链条3、轴承座4、转轴、三爪夹具5和顶丝夹具6，SMA丝1的一端通过三爪夹具5连接链条3，SMA丝1在三爪夹具5一端短路连接，SMA丝1的另一端通过顶丝夹具6连接固定支架7，链轮2一端构成两根SMA丝的公共电极C，在固定支架7一端的两个顶丝夹具6上分别引出电极A与B，A、B与C分别跨过两个继电器触点连接，通过对继电器的分别驱动来实现对两根SMA丝的驱动，链轮2设置在轴承座4上，转轴穿过链轮2设置。
结合图1，根据形状记忆合金在一定的应变范围内马氏体状态下受拉发生塑性变形的应力小于其受热后发生奥氏体相变产生回复应力的原理，在形状记忆合金处于马氏体开始温度的环境中，可以以互相牵制的方式进行工作。本实施例通过一根围在链轮上的一段链条分别与两根SMA丝的一端连接，形状记忆合金的另一端固定不动，这样可以构成一个链轮可以旋转一定角度的驱动机构，与链轮同步的转轴可以作为扭矩输出轴。
在理想状态下，两根SMA在固定完成后，如果都具有a％的预应变，并且假设两根SMA丝都处于准张紧状态，这时驱动其中一根SMA丝使其发生相变产生回复力，在驱动力的作用下通过链条链轮的传动拉动另一根处于马氏体状态弹性模量较低的SMA，当变形结束时，受激励SMA的应变大约恢复为0，受载SMA的变形大约为2a％，同时链轮产生一个α的转角。当驱动另外一根SMA时，产生相反过程，待驱动结束达到稳定状态时，链轮将发生反方向2α的转角(图3)。亦可以直接将一根具有2a％预应变的SMA丝与一根处于原长状态的SMA丝固定，会产生相同转角的驱动效果。
对于前一种情况可以根据公式(1)对结构进行设计
Figure G2008101372294D00031
其中，L为SMA丝的原长，a％为单根SMA丝的预应变量，R为链轮的分度圆半径，α为链轮转动角度，且SMA的可回复应变大于等于2a％。当旋转角度设计完成后，输出转矩可以通过对SMA丝径的设计来达到目标值。输出转矩的最大值Mmax可以根据式(2)进行计算。
Mmax＝Pmax·S·R                    (2)
其中Pmax为SMA的最大回复应力与处于马氏体状态下SMA抵抗阻力之差，S为SMA型材的横截面积，R为链轮节圆半径。从扭矩公式中可以得到这种扭矩输出结构的特点，当SMA型材的截面面积越大、链轮半径越大时结构的输出扭矩则越大。
由此摆动机构产生的驱动力矩可由公式(3)进行表征：
T＝(F1-F2)·R                      (3)
其中F1为受激励形状记忆合金产生的回复力，F2为未激励处于马氏体状态的形状记忆合金被动变形驱动力，R为链轮分度圆半径。
使用链条与链轮作为传动机构时，链轮与链条有较大的间隙，往复运动中会有一定的空程。使用在纵向可以产生应变变化的形状记忆合金驱动结构旋转时，恰恰可以消除往复运动的空程，充分发挥链条链轮传动机构的优势，但是在设计过程中还要充分考虑这个问题，因此公式(1)可进一步修正为：
Figure G2008101372294D00032
其中Δε为链轮链条往复运动过程中的间隙。
本实施例在装配的过程中，SMA丝与链条及固定平板的连接主要靠专用夹具来固定。链条、三爪丝夹具都为金属材质加工而成，是良好的导体，SMA丝的在三爪夹具一端短路连接。由于两组SMA丝需要进行分别驱动，所以在SMA丝的另一端必须电气隔离。为了保证在另一端也具有良好的夹紧力，夹具也使用金属制成，所以另一端的固定支架必须是绝缘材料制成的才能保证电气隔离。为了使固定支架绝缘且具有一定的强度，固定支架使用拉挤工艺制成玻璃纤维/环氧树脂复合材料方盒。支架下端与固定平板通过螺钉连接，SMA夹具通过支架侧壁与支架实现固定。
在固定支架一端，SMA夹具除了要夹紧SMA外，还要在安装时调节长度以保证SMA处于张紧状态，因此在固定支架一端的SMA夹具使用带有较长螺纹的以顶丝固定SMA丝的钢质夹具。
链轮一端构成两根SMA丝的公共电极C(如图3)，在固定支架一端的两个夹具上分别引出电极A与B。A、B与C分别跨过两个继电器触点连接，通过对继电器的分别驱动来实现对两根SMA丝的驱动。

Claims (5)

1.一种形状记忆合金驱动扭矩输出结构，其特征在于它包括两根形状记忆合金丝、链轮、设置在链轮上的链条、轴承座、转轴、三爪夹具和顶丝夹具，形状记忆合金丝的一端通过三爪夹具连接链条，形状记忆合金丝在三爪夹具一端短路连接，形状记忆合金丝的另一端通过项丝夹具连接固定支架，链轮一端构成两根形状记忆合金丝的公共电极C，在固定支架一端的两个顶丝夹具上分别引出电极A与B，A、B与C分别跨过两个继电器触点连接，通过对继电器的分别驱动来实现对两根形状记忆合金丝的驱动，链轮设置在轴承座上，转轴穿过链轮设置。
2.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动扭矩输出结构，其特征在于所述的固定支架使用拉挤工艺制成玻璃纤维/环氧树脂复合材料方盒，固定支架下端与固定平板通过螺钉连接，形状记忆合金夹具通过固定支架侧壁与支架实现固定。
3.根据权利要求1或2所述的形状记忆合金驱动扭矩输出结构，其特征在于所述的夹具采用金属制成，顶丝夹具为带有螺纹的以顶丝固定形状记忆合金丝的钢质夹具。
4.根据权利要求1或2所述的形状记忆合金驱动扭矩输出结构，其特征在于所述的轴承座采用铝合金加工而成，采用与转轴相匹配的深沟球轴承。
5.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动扭矩输出结构，其特征在于所述的三爪夹具采用导电性好的金属铜材料加工，通过带有锥度的三爪依靠螺帽的旋紧产生夹紧力构成夹具。 
CN2008101372294A 2008-09-28 2008-09-28 形状记忆合金驱动扭矩输出结构 Expired - Fee Related CN101624974B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008101372294A CN101624974B (zh) 2008-09-28 2008-09-28 形状记忆合金驱动扭矩输出结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008101372294A CN101624974B (zh) 2008-09-28 2008-09-28 形状记忆合金驱动扭矩输出结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101624974A CN101624974A (zh) 2010-01-13
CN101624974B true CN101624974B (zh) 2011-01-19

Family

ID=41520927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008101372294A Expired - Fee Related CN101624974B (zh) 2008-09-28 2008-09-28 形状记忆合金驱动扭矩输出结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101624974B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102045421A (zh) * 2010-09-20 2011-05-04 瑞声声学科技(深圳)有限公司 驱动装置及手持设备
WO2013044946A1 (de) * 2011-09-28 2013-04-04 Fg-Innovation Gmbh Aktuator zur erzeugung von stellbewegungen
CN102644566A (zh) * 2012-05-09 2012-08-22 杭州电子科技大学 一种sma驱动曲柄滑块机构
CN103352787B (zh) * 2013-07-12 2015-12-02 江苏大学 基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置
JP2018161010A (ja) * 2017-03-23 2018-10-11 株式会社デンソー 可動装置、その製造方法、および、その制御方法
WO2020126002A1 (en) * 2018-12-20 2020-06-25 Huawei Technologies Co., Ltd. An actuator and a phase shifter assembly for an antenna
CN110985320B (zh) * 2019-12-24 2020-10-30 武汉理工大学 基于形状记忆合金的新型余热废热利用装置
CN115681048B (zh) * 2022-12-30 2023-03-31 中国科学技术大学 一种形状记忆合金驱动器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1788157A (zh) * 2003-05-12 2006-06-14 三菱电机株式会社 驱动装置
EP1752661A1 (de) * 2005-08-11 2007-02-14 Alfmeier Präzision Ag Baugruppen und Systemlösungen Formgedächtnislegierungsdrehaktuator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1788157A (zh) * 2003-05-12 2006-06-14 三菱电机株式会社 驱动装置
EP1752661A1 (de) * 2005-08-11 2007-02-14 Alfmeier Präzision Ag Baugruppen und Systemlösungen Formgedächtnislegierungsdrehaktuator

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP昭59-188074A 1984.10.25
JP昭60-219477A 1985.11.02

Also Published As

Publication number Publication date
CN101624974A (zh) 2010-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101624974B (zh) 形状记忆合金驱动扭矩输出结构
US20160216182A1 (en) In-situ testing equipment for testing micromechanical properties of material in multi-load and multi-physical field coupled condition
CN103354233B (zh) 一种晶闸管阀段及其顶压装置
CN102025288B (zh) 具有恒力输出的超磁致伸缩执行器及控制方法
CN107167750B (zh) 一种混合应力下的超导线材临界电流测试装置及测试方法
CN105743387B (zh) 基于杠杆放大的交替步进压电直线电机
CN110763580A (zh) 一种柔性器件的360°多向同步拉伸设备及方法
CN103353763A (zh) 三维移动平台及应用其的icp炬管定位装置
CN108306546A (zh) 紧凑型双致动组件压电粘滑驱动装置及其驱动方法
CN103257073A (zh) 电动缸式单轴加载机
CN103434977A (zh) 集成住宅生产线专用升降机
CN202886177U (zh) 电液伺服钢绞线综合试验机
CN112435802B (zh) 一种电缆生产用终端紧固装置
CN109238848B (zh) Esem原位力学试验平台
CN104209957A (zh) 一种用于搬运机器人上的伸缩手臂
CN114858591A (zh) 一种高速拉伸试验装置
CN204514609U (zh) 一种用于汽车零部件疲劳测试的试验装置
CN209627272U (zh) 基于记忆合金丝的线性驱动器
CN217688210U (zh) 用于柔性电子器件弯曲变形的装置
CN106026762B (zh) 一种压电晶片驱动器
JPS62203042A (ja) 材料試験装置
CN212202704U (zh) 一种组合式油缸固定座
CN1260046C (zh) 组合式微夹持器
CN217059166U (zh) 一种在线的风电整机试验台扭矩标定装置
CN111659770B (zh) 一种拉直机

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110119

Termination date: 20110928