CN103352787B - 基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置 - Google Patents

Abstract

一种基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置，它主要由驱动组件、链轮轴组件、壳体组件、链条等组成，依靠驱动组件中形状记忆聚合物驱动体的形状记忆效应实现正反转。本发明具有结构简单、易于控制、质量轻、耐磨损、减震效果好等优点，全部外露件均采用聚合物制作，可用于强酸、强碱等高腐蚀性环境。

Description

基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置

技术领域

本发明涉及一种旋转机械装置，尤其是一种耐强酸强碱腐蚀的链传动旋转装置，具体地说是一种用聚合物材料制备的能耐强酸碱的由形状记忆效应驱动的链传动旋转装置。

背景技术

旋转装置是工程实践中广泛使用的一种机械部件。目前，大多数旋转装置均采用传统驱动方式如电动机驱动，而且其组成零部件多数为金属材质。然而，工程实践中工况非常复杂，尤其是一些特种环境如处于强酸、强碱等具有高腐蚀性条件下使用的旋转装置，其对抵抗环境介质的腐蚀要求极高，现有以金属材质为主的旋转装置已不能满足其使用要求。可见，开发一种具有高耐腐蚀性的旋转装置具有极为重要的实际工程意义。

聚合物具有轻质和极强的耐腐蚀、耐磨损性能，已成为一种重要的新型工程材料。以聚合物取代金属材质制作旋转装置，其耐蚀性可以大幅提高；然而，若仍以传统驱动方式如电动机进行驱动，其适用性仍不够理想。事实上，很多聚合物材料具有显著的形状记忆效应，能够感知环境的变化，并以形变的方式做出响应，具有大变形和高恢复的特性。同时，形状记忆聚合物，不仅力学性能可调整范围大，而且其驱动方式有多种，如热驱动、光驱动、溶液驱动等。换言之，形状记忆聚合物是制备驱动器的一种极为理想的选择，其形状记忆效应提供了一种新型驱动方式。综上可见，若以形状记忆效应驱动取代传统驱动如电动机驱动，并采用聚合物材料制作旋转装置中其他零件，则可望获得一种适合强酸强碱等恶劣工况下工作的旋转装置。

但是，据申请人所知，目前尚未有一种基于形状记忆效应驱动的全聚合物材质的旋转装置可供使用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有以金属材质为主的旋转装置不适于强酸、强碱等环境下工作且存在结构复杂、质量重及震动衰减性差等不足，发明一种基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置。

本发明的技术方案之一是：

一种基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置，其特征是它包括：驱动组件、链轮轴组件、聚合物壳体组件、用于固定驱动组件的固定板和链条，

所发现的驱动组件由两个上下布置的单向形状记忆聚合物驱动体和第一紧固件组成，链条绕过安装在聚合物链轮轴的链轮，它的两端分别通过两个第一紧固件与上下布置的两个单向形状记忆聚合物驱动体的一端连接在一起，并使链条与聚合物链轮轴上的链轮构成链传动；上下布置的两个单向形状记忆聚合物驱动体的另一端通过各自的第二紧固件固定在固定板上，固定板固定在聚合物壳体组件中；所述的驱动组件装在壳体组件内部，链轮轴组件仅两端输出部分伸出壳体组件外，其余均安装在壳体组件内部。

所述的固定板固定在聚合物壳体组件的安装槽中。

所述的驱动组件中的两个单向形状记忆聚合物驱动体均为长条板状结构，其中一个单向形状记忆聚合物驱动体处于伸长预变形状态，另一个单向形状记忆聚合物驱动体处于原始状态。

所述的链轮轴组件由聚合物链轮轴以及用于支撑和密封的前后两组密封圈、聚合物轴承端盖、轴承组成。

本发明的技术方案之二是：

一种基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置，其特征是它包括：

由双向形状记忆聚合物驱动体和第一紧固件组成的驱动组件；

由恢复弹簧和另一个第一紧固件组成的恢复组件；

由聚合物链轮轴以及用于支撑和密封的前后两组密封圈、聚合物轴承端盖、轴承组成的链轮轴组件；

聚合物壳体组件；

用于固定驱动组件和恢复组件的固定板；

第二紧固件；

链条；

所述的链条绕过安装在聚合物链轮轴的链轮，它的两端分别通过两个第一紧固件与上端布置的双向形状记忆聚合物驱动体和下端布置的恢复弹簧的一端连接在一起，并使链条与聚合物链轮轴上的链轮构成链传动；上端布置的双向形状记忆聚合物驱动体和下端布置的恢复弹簧通过各自的第二紧固件固定在固定板上，固定板固定在聚合物壳体组件中；驱动组件和恢复组件装在壳体组件内部，链轮轴组件仅两端输出部分伸出壳体组件外，其余均安装在壳体组件内部。

所述的驱动组件中的双向形状记忆聚合物驱动体为长条板状结构；所述的恢复组件中的恢复弹簧处于原始状态。

所述的固定板固定在聚合物壳体组件的安装槽中。

所述的壳体组件由聚合物下壳体和聚合物上壳体组成，它们通过两组聚合物螺母、聚合物垫圈和聚合物螺栓组成的紧固组件通连接成一体。

所述的形状记忆聚合物为纯聚合物、聚合物泡沫或者聚合物复合材料中的一种或者多种组合。

所述聚合物复合材料是由粉体或者纤维与纯聚合物共混复合所形成的复合材料，或者是聚合物与弹性材料分层复合而形成的复合材料；

所述的形状记忆聚合物的驱动方式为温度变化、磁场变化、光场变化、电场变化或浸泡溶液浓度变化中的一种或多种组合。

所述的温度变化驱动方式采用电流热效应来实现，旋转装置的旋转角度可通过控制变形部件内置的电阻丝的阻热效应来控制。

本发明的有益效果是：

（1）本发明所述的基于形状记忆聚合物的旋转装置，创造性的引入形状记忆效应，提出了一种旋转装置的新型驱动方式；同时，依靠驱动组件中形状记忆聚合物驱动体能够实现正反转。

（2）本发明所述的基于形状记忆聚合物的旋转装置具有结构简单、易于控制、耐磨损、无给油、减震效果好，使用寿命长，其综合技术经济性突出等特点。

（3）本发明所述的基于形状记忆聚合物的旋转装置具有很好的耐腐蚀性，可用于强酸、强碱等高腐蚀性环境。

（4）本发明所述的基于形状记忆聚合物的旋转装置具有质量轻的优点；聚合物材料的密度一般约为2，钢质材料约为8，相同体积下其重量减轻了3倍。

附图说明

图1本发明技术方案一的旋转装置结构图。

图2是图1的内部结构俯视图。

图3本发明技术方案二的旋转装置结构图。

图4是图3的内部结构俯视图。

图中：1-聚合物下壳体，2-聚合物螺母，3-聚合物垫圈，4-聚合物螺栓，5-聚合物上壳体，6-固定板，7-形状记忆聚合物紧固件（即第二紧固件），8-单向形状记忆聚合物驱动体，9-聚合物紧固件（即第一紧固件），10-链条，11-聚合物链轮轴，12-密封圈，13-聚合物轴承端盖,14-轴承,15-双向形状记忆聚合物驱动体,16-恢复弹簧。

具体实施方式

下面参照附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。本发明的保护范围不受具体的实施例所限制，以权利要求书为准。另外，以不违背本发明技术方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。

实施例一。

如图1、2所示。

一种基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置，它包括两个上下布置的由单向形状记忆聚合物驱动体8和第一紧固件9（也采用聚合物制造）组成的驱动组件，由聚合物链轮轴11以及用于支撑和密封的前后两组密封圈12、聚合物轴承端盖13、轴承14组成的链轮轴组件，由聚合物下壳体1、聚合物上壳体5以及用于组装的两组聚合物螺母2、聚合物垫圈3和聚合物螺栓4组成的壳体组件，用于固定驱动组件的固定板6、第二紧固件7（可采用聚合物制造）以及链条10；其中，链条10通过两个第一紧固件9与上下布置的两个单向形状记忆聚合物驱动体8的一端连接在一起，并使链条10与聚合物链轮轴11上链轮构成链传动；两个单向形状记忆聚合物驱动体8的另一端通过第二紧固件7固定在固定板6上，如图1所示，固定板6装在聚合物下壳体1、聚合物上壳体5对应槽中；驱动组件及链轮轴组件的主体均安装在壳体内部，链轮轴组件仅两端输出部分在壳体外其余均装在壳体内部，如图2所示。具体实施时，所述的驱动组件中单向形状记忆聚合物驱动体8可为长条板状结构，其中一个单向形状记忆聚合物驱动体8处于伸长预变形状态，另一个单向形状记忆聚合物驱动体8处于原始状态。所述的形状记忆聚合物，可以是纯聚合物、聚合物泡沫或者聚合物复合材料中的一种或者多种组合。所述聚合物复合材料是由粉体或者纤维与纯聚合物共混复合所形成的复合材料，或者是聚合物与弹性材料分层复合而形成的复合材料。所述的形状记忆聚合物的驱动方式为温度变化、磁场变化、光场变化、电场变化或浸泡溶液浓度变化中的一种或多种组合。所述的温度变化驱动方式可采用电流热效应来实现，旋转装置的旋转角度可通过控制变形部件内置的电阻丝的阻热效应来控制。

本实施例中的单向形状记忆聚合物驱动体8可采用环氧/碳纤维复合材料制作，其内部埋有电阻丝，可与电源相连，通电后，通过控制电阻丝的热效应来具体控制形状记忆聚合物材料的受热温度。其具体工作过程为：当加热单向形状记忆聚合物驱动体8至其基体的玻璃化转变温度以上时，处于伸长预变形状态的上部形状记忆聚合物驱动体发生形状回复而收缩，从而驱动链条10沿逆时针运动一定的位移，链条带动链轮轴沿逆时针转动相应的角度，同时使下部（具有初始形状的）形状记忆聚合物驱动体产生拉伸预变形而伸长；停止通电使形状记忆聚合物冷却，逆时针旋转结束。再次将变形部件加热到其基体的玻璃化转变温度以上，此时处于拉伸预变形状态的下部形状记忆聚合物驱动体发生形状恢复而收缩，从而驱动链条10沿顺时针方向运动相应的位移，链条驱动链轮轴顺时针转过相应的角度，同时使上部形状记忆聚合物驱动体发生拉伸预变形而伸长。通过控制形状记忆聚合物驱动体的温度可以控制其变形量，致使链条移动相应的距离，从而控制链轮轴转过的角度。

实施例二。

如图3、4所示。

一种基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置，它包括由双向形状记忆聚合物驱动体15和第一紧固件9（也采用聚合物制造）组成的驱动组件，由恢复弹簧16和另一个第一紧固件9组成的恢复组件，由聚合物链轮轴11以及用于支撑和密封的前后两组密封圈12、聚合物轴承端盖13、轴承14组成的链轮轴组件，由聚合物下壳体1、聚合物上壳体5以及用于组装的两组聚合物螺母2、聚合物垫圈3和聚合物螺栓4组成的壳体组件，用于固定驱动组件和恢复组件的固定板6、第二紧固件7（可采用聚合物制造）以及链条10；其中，链条10绕过安装在聚合物链轮轴11的链轮，它的两端分别通过两个第一紧固件9与上端布置的双向形状记忆聚合物驱动体15和下端布置的恢复弹簧16的一端连接在一起，并使链条10与聚合物链轮轴11上的链轮构成链传动；上端布置的双向形状记忆聚合物驱动体15和下端布置的恢复弹簧16通过各自的第二紧固件7固定在固定板6上，如图3所示，固定板6装在聚合物下壳体1、聚合物上壳体5对应槽中；驱动组件和恢复组件装在壳体组件内部，链轮轴组件仅两端输出部分伸出壳体组件外，其余均安装在壳体组件内部，如图4所示。具体实施时，所述的驱动组件中的双向形状记忆聚合物驱动体15为长条板状结构；所述恢复组件中的恢复弹簧16处于原始状态；所述的形状记忆聚合物，可以是纯聚合物、聚合物泡沫或者聚合物复合材料中的一种或者多种组合；所述聚合物复合材料是由粉体或者纤维与纯聚合物共混复合所形成的复合材料，或者是聚合物与弹性材料分层复合而形成的复合材料；所述的形状记忆聚合物的驱动方式为温度变化、磁场变化、光场变化、电场变化或浸泡溶液浓度变化中的一种或多种组合；所述的温度变化驱动方式可采用电流热效应来实现，旋转装置的旋转角度可通过控制变形部件内置的电阻丝的阻热效应来控制。

本实施例中的双向形状记忆聚合物驱动体15可采用具有双向形状记忆效应的聚己内酯二醇（PCL）和对苯二胺（PPD）的多相共聚酯-氨基甲酸乙酯共聚物制作，其玻璃化转变温度有两个，分别为35℃和65℃。双向形状记忆聚合物驱动体15内部埋有电阻丝，可与电源相连，通电后，通过控制电阻丝的热效应可具体控制聚合物的受热温度。双向形状记忆聚合物驱动体15受热到65℃后发生收缩变形，从而驱动链条10沿逆时针运动一定的位移，链条带动链轮轴沿逆时针转动相应的角度，此时恢复弹簧16被拉伸；降温至25℃时形状记忆聚合物发生伸长变形，此时被拉伸的恢复弹簧16发生形状恢复，同时驱动链条10沿顺时针方向运动相应的位移，链条驱动链轮轴顺时针转过相应的角度。温度在65℃和35℃之间重复变化时，其状态均在收缩状态和拉伸状态之间发生重复的可逆变化，轴体可沿不同方向发生旋转。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置，其特征是它包括：驱动组件、链轮轴组件、聚合物壳体组件、用于固定驱动组件的固定板和链条，所述的驱动组件由两个上下布置的单向形状记忆聚合物驱动体和第一紧固件组成，链条绕过安装在聚合物链轮轴的链轮，它的两端分别通过两个第一紧固件与上下布置的两个单向形状记忆聚合物驱动体的一端连接在一起，并使链条与聚合物链轮轴上的链轮构成链传动；上下布置的两个单向形状记忆聚合物驱动体的另一端通过各自的第二紧固件固定在固定板上，固定板固定在聚合物壳体组件中；所述的驱动组件装在壳体组件内部，链轮轴组件仅两端输出部分伸出壳体组件外，其余均安装在壳体组件内部；所述的驱动组件中的两个单向形状记忆聚合物驱动体均为长条板状结构，其中一个单向形状记忆聚合物驱动体处于伸长预变形状态，另一个单向形状记忆聚合物驱动体处于原始状态；所述的形状记忆聚合物为纯聚合物、聚合物泡沫或者聚合物复合材料中的一种或者多种组合；所述聚合物复合材料是由粉体或者纤维与纯聚合物共混复合所形成的复合材料，或者是聚合物与弹性材料分层复合而形成的复合材料。

2.根据权利要求1所述的基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置，其特征是所述的固定板固定在聚合物壳体组件的安装槽中。

3.根据权利要求1所述的基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置，其特征是所述的链轮轴组件由聚合物链轮轴以及用于支撑和密封的前密封圈、前聚合物轴承端盖、前轴承、后密封圈、后聚合物轴承端盖、后轴承组成。

4.根据权利要求1所述的基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置，其特征是所述的壳体组件由聚合物下壳体和聚合物上壳体组成，它们通过两组由聚合物螺母、聚合物垫圈和聚合物螺栓组成的紧固组件连接成一体。

5.根据权利要求1所述的基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置，其特征是所述的形状记忆聚合物的驱动方式为温度变化、磁场变化、光场变化、电场变化或浸泡溶液浓度变化中的一种或多种组合；所述的温度变化驱动方式采用电流热效应来实现，旋转装置的旋转角度通过控制变形部件内置的电阻丝的阻热效应来控制。

6.一种基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置，其特征是它包括：

由双向形状记忆聚合物驱动体和第一紧固件组成的驱动组件；

由恢复弹簧和另一个第一紧固件组成的恢复组件；

由聚合物链轮轴以及用于支撑和密封的前密封圈、前聚合物轴承端盖、前轴承、后密封圈、后聚合物轴承端盖、后轴承组成的链轮轴组件；

聚合物壳体组件；

用于固定驱动组件和恢复组件的固定板；

第二紧固件；

链条；

所述的链条绕过安装在聚合物链轮轴的链轮，它的两端分别通过两个第一紧固件与上端布置的双向形状记忆聚合物驱动体和下端布置的恢复弹簧的一端连接在一起，并使链条与聚合物链轮轴上的链轮构成链传动；上端布置的双向形状记忆聚合物驱动体和下端布置的恢复弹簧通过各自的第二紧固件固定在固定板上，固定板固定在聚合物壳体组件中；驱动组件和恢复组件装在壳体组件内部，链轮轴组件仅两端输出部分伸出壳体组件外，其余均安装在壳体组件内部；所述的驱动组件中的双向形状记忆聚合物驱动体为长条板状结构；所述的恢复组件中的恢复弹簧处于原始状态；所述的形状记忆聚合物为纯聚合物、聚合物泡沫或者聚合物复合材料中的一种或者多种组合；所述聚合物复合材料是由粉体或者纤维与纯聚合物共混复合所形成的复合材料，或者是聚合物与弹性材料分层复合而形成的复合材料。

7.根据权利要求6所述的基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置，其特征是所述的固定板固定在聚合物壳体组件的安装槽中。

8.根据权利要求5所述的基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置，其特征是所述的壳体组件由聚合物下壳体和聚合物上壳体组成，它们通过两组由聚合物螺母、聚合物垫圈和聚合物螺栓组成的紧固组件连接成一体。

9.根据权利要求6所述的基于链传动且由形状记忆效应驱动的旋转装置，其特征是所述的形状记忆聚合物的驱动方式为温度变化、磁场变化、光场变化、电场变化或浸泡溶液浓度变化中的一种或多种组合；所述的温度变化驱动方式采用电流热效应来实现，旋转装置的旋转角度通过控制变形部件内置的电阻丝的阻热效应来控制。