CN101982657B - 增加位移的方形套筒式形状记忆合金作动器 - Google Patents

Abstract

一种增加位移的方形套筒式形状记忆合金作动器，它涉及一种作动器。针对目前形状记忆合金作动器的冷却或加热装置与作动器分离导致结构所占体积过大、结构不紧凑导致工作空间受限制的问题。中间层形状记忆合金丝的一端与内筒第一头固接，中间层形状记忆合金丝的另一端经过固定在内筒第二头上的一组换向销轴至少一次换向后，穿过内筒第一头经过内筒第一头换向后固接到外筒第一头上；每个外层形状记忆合金丝的一端与内筒第二头连接，每个外层形状记忆合金丝的另一端经过固定在内筒第一头上的换向销轴至少一次换向后，穿过内筒第二头，再经过内筒第二换向柱后垂直固接到外筒第二头上。本发明用于输出直线位移和力。

Description

增加位移的方形套筒式形状记忆合金作动器

技术领域

本发明涉及一种作动器。

背景技术

形状记忆合金具有形状记忆效应，当材料处于马氏体结束温度以下在外力作用下发生一定的变形后，加热温度超过材料的相变转化温度，将发生马氏体向奥氏体的转变，此时材料收缩，试图恢复到变形前的形状，如果材料两端有约束，材料内部会产生很大的恢复力。具有双程形状记忆效应的形状记忆合金通过加热冷却实现反复收缩。利用这一特点可以制成形状记忆合金作动器。目前使用形状记忆合金作动器多采用附加的外部冷却装置或加热装置，结构不紧凑，不适合工作空间受限制的环境。

发明内容

本发明的目的是提供一种增加位移的方形套筒式形状记忆合金作动器，以解决目前形状记忆合金作动器的冷却或加热装置与作动器分离导致结构所占体积过大、结构不紧凑导致工作空间受限制的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述作动器包括外筒第一端头、第一缓冲弹簧、内筒第一端头、中间层形状记忆合金丝、两组换向销轴、方形外筒、方形内筒、外筒第二端头、内筒第二换向柱、第二缓冲弹簧、内筒第二端头、两根外层记忆合金丝和两片半导体制冷片，方形外筒的两端各装有外筒第一端头和外筒第二端头，内筒第一端头、内筒第二端头和内筒设在方形外筒内，方形内筒的两端各装有内筒第一端头和内筒第二端头，第一缓冲弹簧的两端各与外筒第一端头和内筒第一端头连接，第二缓冲弹簧的两端各与外筒第二端头和内筒第二端头连接，两片半导体制冷片并列装在方形内筒中，两组换向销轴的一组安装在方形内筒第一端头上相应通孔内，两组换向销轴的另一组安装在内筒第二端头上相应通孔内，中间层形状记忆合金丝设在两片半导体制冷片之间，中间层形状记忆合金丝的一端与内筒第一端头固接，中间层形状记忆合金丝的另一端经过固定在内筒第二端头上的一组换向销轴至少一次换向后，穿过内筒第一端头经过内筒第一端头换向后固接到外筒第一端头上；

内筒第二换向柱的一端固接到内筒第二端头上，内筒第二换向柱的另一端穿过外筒第二端头，两根外层形状记忆合金丝各设在每个半导体制冷片的外部，每根外层形状记忆合金丝的一端与内筒第二端头连接，每根外层形状记忆合金丝的另一端经过固定在内筒第一端头上的换向销轴至少一次换向后，穿过内筒第二端头，再经过内筒第二换向柱后垂直固接到外筒第二端头上。

本发明具有以下有益效果：1、本发明巧妙地利用半导体制冷片将记忆合金丝作动所需的热源和冷源集成到作动器结构中，节省了外部附加的冷却或加热装置，使作动器结构简单紧凑、质量轻，并取得理想的作动力和作动范围，即可作为作动器，又可作为振动主动阻尼器；在结构形式上可以替换桁架等结构的支撑杆，同时起到支撑和作动的功能；2、本发明充分利用了两片半导体制冷片一面加热一面制冷的特点，实现对中间层形状记忆合金丝制冷或加热的同时对两层外层形状记忆合金丝加热或制冷，由此产生中间层形状记忆合金丝和两层外层形状记忆合金丝的形变效果复合套筒式作动器的运动特点；3、本发明中的形状记忆合金丝在方形内筒的两端头上采用往复换向的串联形式，这样记忆合金丝的总长度，使在不增加作动器的长度的情况下，使作动器能实现的最大作动位移增大。

附图说明

图1是本发明的整体外观示意图；图2是图1的爆炸图；图3是本发明的整体结构主视图；图4是形状记忆合金丝的状态示意图；图5是中间层形状记忆合金4与两层外层记忆合金丝的串联布置形式。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式的所述作动器包括外筒第一端头1、第一缓冲弹簧2、内筒第一端头3、中间层形状记忆合金丝4、两组换向销轴5、方形外筒6、方形内筒7、外筒第二端头8、内筒第二换向柱9、第二缓冲弹簧10、内筒第二端头11、两根外层记忆合金丝12和两片半导体制冷片14，方形外筒6的两端各装有外筒第一端头1和外筒第二端头8，内筒第一端头3、内筒第二端头11和内筒7设在方形外筒6内，方形内筒7的两端各装有内筒第一端头3和内筒第二端头11，第一缓冲弹簧2的两端各与外筒第一端头1和内筒第一端头3连接，第二缓冲弹簧10的两端各与外筒第二端头8和内筒第二端头11连接，两片半导体制冷片14并列装在方形内筒7中，两组换向销轴5的一组安装在方形内筒第一端头3上相应通孔内，两组换向销轴5的另一组安装在内筒第二端头8上相应通孔内，中间层形状记忆合金丝4设在两片半导体制冷片14之间，中间层形状记忆合金丝4的一端与内筒第一端头3固接，中间层形状记忆合金丝4的另一端经过固定在内筒第二端头11上的一组换向销轴5至少一次换向后，穿过内筒第一端头3经过内筒第一端头3换向后固接到外筒第一端头1上；

内筒第二换向柱9的一端固接到内筒第二端头11上，内筒第二换向柱9的另一端穿过外筒第二端头8，两根外层形状记忆合金丝12各设在每个半导体制冷片14的外部，每根外层形状记忆合金丝12的一端与内筒第二端头11连接，每根外层形状记忆合金丝12的另一端经过固定在内筒第一端头3上的换向销轴5至少一次换向后，穿过内筒第二端头11，再经过内筒第二换向柱9后垂直固接到外筒第二端头8上。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式的方形内筒7内的下壁板上开有两个凹槽7-1，每片半导体制冷片14装在相对应的凹槽7-1内，两者固接，此结构稳定。其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理：由图1-图5所示，首先是对记忆合金丝进行预处理，如图4在奥氏体温度下记忆合金丝处于收缩态，当冷却到马氏体温度下时，通过施加拉力使记忆合金丝伸长。本发明在不工作时的记忆合金丝处于图4中环境温度下的中间状态，方形内筒5位于方形外筒13的中间部位。当作动控制器出控制信号对两片半导体制冷片14进行通电，通过设计半导体制冷片的换向电路可以实现半导体制冷片加热面和制冷面的转换。

给半导体制冷片14通电，使半导体制冷片的b面为加热面，a面为制冷面，此时中间层形状记忆合金丝4受热收缩，两层外层形状记忆合金丝12冷却伸长，中间层形状记忆合金丝4带动方形内筒7向内运动，而两层外层形状记忆合金丝12的伸长顺应了这种运动，由此整个作动器收缩；当通电使半导体制冷片14的a面为加热面，b面为冷却面时，中间层形状记忆合金丝4冷却伸长，两层外层形状记忆合金丝12受热收缩，两层外层形状记忆合金丝12带动方形内筒7向外运动，而中间层形状记忆合金丝4的伸长顺应了这种运动，因此整个作动器伸长。反复改变输入电流的极性可实现反复作动，所述此种增加位移的方形形状记忆合金作动器由于采取单丝串联布置如图5，相比同体积的其他记忆合金丝作动器能够达到的位移更大。

Claims (2)

1.一种增加位移的方形套筒式形状记忆合金作动器，其特征在于所述作动器包括外筒第一端头(1)、第一缓冲弹簧(2)、内筒第一端头(3)、中间层形状记忆合金丝(4)、两组换向销轴(5)、方形外筒(6)、方形内筒(7)、外筒第二端头(8)、内筒第二换向柱(9)、第二缓冲弹簧(10)、内筒第二端头(11)、两根外层记忆合金丝(12)和两片半导体制冷片(14)，方形外筒(6)的两端各装有外筒第一端头(1)和外筒第二端头(8)，内筒第一端头(3)、内筒第二端头(11)和内筒(7)设在方形外筒(6)内，方形内筒(7)的两端各装有内筒第一端头(3)和内筒第二端头(11)，第一缓冲弹簧(2)的两端各与外筒第一端头(1)和内筒第一端头(3)连接，第二缓冲弹簧(10)的两端各与外筒第二端头(8)和内筒第二端头(11)连接，两片半导体制冷片(14)并列装在方形内筒(7)中，两组换向销轴(5)的一组安装在方形内筒第一端头(3)上相应通孔内，两组换向销轴(5)的另一组安装在内筒第二端头(8)上相应通孔内，中间层形状记忆合金丝(4)设在两片半导体制冷片(14)之间，中间层形状记忆合金丝(4)的一端与内筒第一端头(3)固接，中间层形状记忆合金丝(4)的另一端经过固定在内筒第二端头(11)上的一组换向销轴(5)至少一次换向后，穿过内筒第一端头(3)经过内筒第一端头(3)换向后固接到外筒第一端头(1)上；

内筒第二换向柱(9)的一端固接到内筒第二端头(11)上，内筒第二换向柱(9)的另一端穿过外筒第二端头(8)，两根外层形状记忆合金丝(12)各设在每个半导体制冷片(14)的外部，每根外层形状记忆合金丝(12)的一端与内筒第二端头(11)连接，每根外层形状记忆合金丝(12)的另一端经过固定在内筒第一端头(3)上的换向销轴(5)至少一次换向后，穿过内筒第二端头(11)，再经过内筒第二换向柱(9)后垂直固接到外筒第二端头(8)上。

2.根据权利要求1所述增加位移的方形套筒式形状记忆合金作动器，其特征在于所述方形内筒(7)内的下壁板上开有两个凹槽(7-1)，每片半导体制冷片(14)装在相对应的凹槽(7-1)内，两者固接。

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