CN103352818B - 温控扭矩输出驱动装置及其装配方法以及其形状记忆合金卷簧的制备方法 - Google Patents
温控扭矩输出驱动装置及其装配方法以及其形状记忆合金卷簧的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及温控扭矩输出驱动装置及其装配方法以及其形状记忆合金卷簧的制备方法，该驱动装置包括底座、形状记忆合金卷簧、回复卷簧、第一、第二转接轴套、转轴、支架、轴承以及保型外框，所述形状记忆合金卷簧和回复卷簧同轴布置。本发明还提供了形状记忆合金卷簧的制备方法，包括热处理训练工艺以及冷加工方法。本发明还提供利该驱动装置的装配方法，包括对零部件的装配顺序以及卷簧之间预紧方法。本发明提供的温控扭矩输出装置，不仅根据温度变化的情况下，能够输出双向扭矩，直接产生扭力输出，而且其具有外形紧凑和角度行程较大的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种温控扭矩输出驱动装置及其装配方法以及其形状记忆合金卷簧的制备方法，属于温度变化驱动技术领域。
背景技术
随着时代的发展，要求仅能依靠环境温度变化实现特定作用的设备成为各行业的研发重点，而其中又以温度响应的驱动元器件为该类设备的核心。
形状记忆效应是指材料变形后，在达到一定温度的情况下，具有恢复到原有形状的特性。目前以这类材料制备的温度变化驱动器，以输出方式划分，可以分为直线力输出和扭力输出。而现有的扭力输出装置，都亦是先实现直线力输出后通过机械结构转换后实现。这类扭力输出驱动器不仅结构尺寸上过大，而且由于增加了机械转换装置，增大了驱动器的自重和结构复杂性。
发明内容
本发明针对上述问题的不足，提出一种温控扭矩输出驱动装置，该温控扭矩输出驱动装置在温度变化的情况下不仅能够直接产生扭力输出，而且其具有外形紧凑和角度行程较大的特点。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种温控扭矩输出驱动装置，包括底座、支架、转轴、形状记忆合金卷簧和回复卷簧，所述支架设置于底座上，所述转轴通过轴承固定于支架上；所述回复卷簧的一端通过第一转接轴套固定在转轴上，另一端固定在底座上；所述形状记忆合金卷簧的一端通过第二转接轴套固定在转轴上，另一端固定在底座上；所述形状记忆合金卷簧的外侧还设置有保型外框，且该保型外框与底座固定连接；所述回复卷簧与形状记忆合金卷簧相互之间设置有预紧角度。
优选的：所述第一转接轴套在回复卷簧缠绕的部分其外轮廓为第一涡线，该第一涡线距为回复卷簧的簧片厚度；所述第二转接轴套在形状记忆合金卷簧缠绕的部分其外轮廓为第二涡线，该第二涡线距为形状记忆合金卷簧的簧片厚度。
优选的：所述形状记忆合金卷簧为镍钛合金材料制作的形状记忆合金卷簧。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述所述温控扭矩输出驱动装置中的形状记忆合金卷簧的制备方法，包括以下步骤：第一步、截取一段形状记忆合金基本带材，在一端加工2个定位孔；第二步、将该基本带材放于马弗炉内，以温度在400度至450度之间加热5分钟至15分钟，取出冷却；第三步、将基本带材的另一端固定于转接轴套后，将带材紧密缠绕在第二转接轴套上，并通过外卡固定，保持在使用前的形状。
优选的：所述外卡的内轮廓为第三涡线，该第三涡线距为形状记忆合金卷簧的簧片厚度。
本发明的又另一目的在于提供一种基于上述所述温控扭矩输出驱动装置的装配方法，包括以下步骤：第一步、将支架设置于底座上，将转轴通过轴承固定于支架上，并通过螺丝将支架固定于底座上；第二步、将回复卷簧的一端通过第一转接轴套与转轴固定，另一端通过螺丝固定于底座上；将已装配好保型外框、外卡以及第二转接轴套的形状记忆合金卷簧的一端固定于底座上，同时将保型外框固定连接在底座上，且将第二转接轴套套在转轴上，然后卸去外卡；第三步、转动转轴，带动回复卷簧收紧，当回复卷簧的预紧量达到要求后，将转轴固定；第四步、将第二转接轴套与转轴固定连接，卸去第三步中的转轴的固定。
优选的：第三步中，所述回复卷簧的预紧量达到要求为当回复卷簧的预紧量达到达900o，继续以扭力扳手预紧回复卷簧使其预紧扭矩达到0.15N·m。
本发明的一种温控扭矩输出驱动装置，相比现有技术，具有以下有益效果：由于形状记忆合金卷簧为驱动元器件，通过与回复卷簧的共同作用,即通过形状记忆合金卷簧与回复卷簧的同轴设置,以及他们之间存在的预紧角度，实现在温度变化条件下的扭力双向输出,因此其不仅能够直接产生扭力输出，而且其具有外形紧凑和角度行程较大的特点。
附图说明
图1为本发明温控涡卷式扭矩输出驱动装置的结构示意图；
图2为本发明温控涡卷式扭矩输出驱动装置的中制备的形状记忆卷簧的结构示意图；
其中：1为转轴，2为支架，3为轴承，4为回复卷簧，5为第一顶丝，6为第一转接轴套，7为保型外框，8为形状记忆合金卷簧，9为第二顶丝，10为第二转接轴套，11为后部底座，12为第三螺丝，13为第二螺丝，14为第一螺丝，15为前部底座，16为第四螺丝，17为外卡。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明一个优选实施例的结构示意图，以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例的一种温控扭矩输出驱动装置，如图1所示，包括底座、支架2、转轴1、形状记忆合金卷簧8和回复卷簧4，底座包括前部底座15和后部底座11，所述前部底座15和后部底座11通过第三螺丝12连接固定，所述支架2设置于底座的前部底座15上，所述支架通过第四螺丝16固定于前部底座15上，所述转轴1通过轴承固定于支架2上；所述回复卷簧4的一端通过设有螺纹孔的第一转接轴套6，以第一顶丝5穿过第一转接轴套6的螺纹孔与转轴1固定，另一端通过第一螺丝14固定于前部底座15上；所述形状记忆合金卷簧8的一端通过设有螺纹孔的第二转接轴套10，以第二顶丝9穿过第二转接轴套10的螺纹孔与转轴1固定，另一端通过第二螺丝13固定于后部底座11上；所述形状记忆合金卷簧8的外侧还设置有保型外框7，且该保型外框7与后部底座11固定连接；所述回复卷簧4与形状记忆合金卷簧8相互之间设置有预紧角度。
所述第一转接轴套6在回复卷簧4缠绕的部分其外轮廓为第一涡线，该第一涡线距为回复卷簧4的簧片厚度；所述第二转接轴套10在形状记忆合金卷簧8缠绕的部分其外轮廓为第二涡线，该第二涡线距为形状记忆合金卷簧8的簧片厚度。
所述形状记忆合金卷簧8为镍钛合金材料制作的形状记忆合金卷簧8。
一种基于上述所述温控扭矩输出驱动装置中的形状记忆合金卷簧8的制备方法，包括以下步骤：第一步、截取一段形状记忆合金基本带材，在一端加工2个定位孔，所述形状记忆合金基本带材为宽度为5mm，厚度为0.8mm的冷轧镍钛合金带材，原子数比50：50，截取的长度为350mm；第二步、将该基本带材放于马弗炉内，以温度在400度至450度之间加热5分钟至15分钟，取出冷却，优选的马弗炉升温至450摄氏度，放入预备好的带材保温10分钟后取出，自然冷却至室温；第三步、如图2所示，将热处理后的镍钛合金基本带材降温至4摄氏度，将基本带材的另一端固定于转接轴套后，将带材紧密缠绕在第二转接轴套10上，并通过外卡17固定，放置于冷藏柜中以保持在使用前的形状，。
优选的：所述外卡17的内轮廓为第三涡线，该第三涡线距为形状记忆合金卷簧8的簧片厚度。
一种基于上述所述温控扭矩输出驱动装置的装配方法，包括以下步骤：第一步、将支架2设置于底座上，将转轴1通过轴承固定于支架2上，并通过螺丝将支架2固定于底座上；第二步、选用抗扭转刚度为7.7*10-4N·m/o，5mm宽的弹簧作为回复弹簧，在尾端加工1个定位孔，将回复卷簧4的一端通过第一转接轴套6与转轴1固定，另一端通过螺丝固定于前部底座15上；将已装配好保型外框7、外卡17以及第二转接轴套10的形状记忆合金卷簧8的一端固定于后部底座11上，同时将保型外框7固定连接在后部底座11上，且将第二转接轴套10套在转轴1上，然后卸去外卡17；第三步、将前部底座15固定，转动转轴1，带动回复卷簧4收紧，当回复卷簧4的预紧量达到达900o后，继续以扭力扳手预紧回复卷簧4使其预紧扭矩达到0.15N·m，将转轴1固定；第四步、通过第三螺丝12将后部底座11与前部底座15相固定，将第二转接轴套10与转轴1固定连接，卸去第三步中的转轴1和前部底座15的固定。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，所述支架2设置于形状记忆合金卷簧8和回复卷簧4之间。
实施例3
本实施例与实施例1、2的不同之处在于，所述形状记忆合金卷簧8设置于支架2和回复卷簧4之间。
本发明的原理如下：
该驱动器由形状记忆合金卷簧、回复卷簧、转接轴套、转轴、轴承支架、轴承、前部底座，后部底座、保型外框等组成。在低温状态下，镍钛合金卷簧在偏置卷簧（回复卷簧又称偏置卷簧）的作用下收紧。随温度升高，形状记忆合金卷簧由于形状记忆效应舒张，克服偏置卷簧的预紧力，驱动转轴转动对外输出力矩。温度降低后，偏置卷簧又将合金卷簧收紧，驱动器对外输出反向力矩。驱动器因此随温度变换循环对外做功。
本发明的另一目的提供的制备形状记忆合金卷簧驱动元件的方法，此目的是这样实现的：
截取基本带材，在马弗炉内以400至450度之间加热5至15分钟，取出后在室温冷却。将带材一端固定于转接轴套，通过绕制将带材紧密缠绕在转接套筒上制备成卷簧，并用卡环固定保持形状。在装配前，形状记忆合金卷簧连同转接轴套以及卡环应存放于冷藏（冻）设备中。
本发明的另一目的在于提供制备驱动器的装配预紧工艺，此目的是这样实现的：
一、将转轴通过轴承固定于支架，并通过螺丝固定于前部底座。
二、回复卷簧通过设有螺纹孔的转接轴套，以顶丝与转轴固定，另一端通过螺丝固定于前部底座。至此完成驱动器前半部分的装配。
三、将保型外框、带外卡和转接轴套的形状记忆合金卷簧通过螺丝固定于后部底座，完成驱动器后半部分的装配。
四、将前部底座固定。转动转轴，带动回复卷簧收紧，同时以扭矩测试设备测量回复卷簧的预紧扭矩。当回复卷簧的预紧角度和预紧扭矩达到设计要求后，将转轴固定。
五、通过螺丝将后部底座固定于前部底座，通过顶丝将转接轴套度定于转轴。卸去第四步中的转轴固定和前部底座固定，完成驱动器的装配。
综上所述，本发明中所提出的涡卷式扭力输出装置，可以在温度变化的情况下，实现在温度变化条件下的扭力双向输出，直接产生扭力输出，因此不必附加额外的转换装置；此外由于卷簧结构具有外形紧凑和角度行程较大的特点，这一驱动装置具在小尺寸外形的情况下具有较大的扭力输出行程的特性。
上面结合附图所描述的本发明优选具体实施例仅用于说明本发明的实施方式，而不是作为对前述发明目的和所附权利要求内容和范围的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术和权利保护范畴。
Claims (7)
1.一种温控扭矩输出驱动装置，其特征在于:包括底座、支架、转轴、形状记忆合金卷簧和回复卷簧，所述支架设置于底座上，所述转轴通过轴承固定于支架上；所述回复卷簧的一端通过第一转接轴套固定在转轴上，另一端固定在底座上；所述形状记忆合金卷簧的一端通过第二转接轴套固定在转轴上，另一端固定在底座上；所述形状记忆合金卷簧的外侧还设置有保型外框，且该保型外框与底座固定连接；所述回复卷簧与形状记忆合金卷簧相互之间设置有预紧角度。
2.根据权利要求1所述温控扭矩输出驱动装置，其特征在于：所述第一转接轴套在回复卷簧缠绕的部分其外轮廓为第一涡线，第一涡线距为回复卷簧的簧片厚度；所述第二转接轴套在形状记忆合金卷簧缠绕的部分其外轮廓为第二涡线，第二涡线距为形状记忆合金卷簧的簧片厚度。
3.根据权利要求2所述温控扭矩输出驱动装置，其特征在于：所述形状记忆合金卷簧为镍钛合金材料制作的形状记忆合金卷簧。
4.一种基于根据权利要求1所述温控扭矩输出驱动装置中的形状记忆合金卷簧的制备方法，其特征包括以下步骤：第一步、截取一段形状记忆合金基本带材，在一端加工2个定位孔；第二步、将该基本带材放于马弗炉内，以温度在400度至450度之间加热5分钟至15分钟，取出冷却；第三步、将基本带材的另一端固定于转接轴套后，将基本带材紧密缠绕在第二转接轴套上，并通过外卡固定，保持在使用前的形状。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述外卡的内轮廓为第三涡线，第三涡线距为形状记忆合金卷簧的簧片厚度。
6.一种基于根据权利要求1所述温控扭矩输出驱动装置的装配方法，其特征包括以下步骤：第一步、将支架设置于底座上，将转轴通过轴承固定于支架上，并通过螺丝将支架固定于底座上；第二步、将回复卷簧的一端通过第一转接轴套与转轴固定，另一端通过螺丝固定于底座上；将已装配好保型外框、外卡以及第二转接轴套的形状记忆合金卷簧的一端固定于底座上，同时将保型外框固定连接在底座上，且将第二转接轴套套在转轴上，然后卸去外卡；第三步、转动转轴，带动回复卷簧收紧，当回复卷簧的预紧量达到要求后，将转轴固定；第四步、将第二转接轴套与转轴固定连接，卸去第三步中的转轴的固定。
7.根据权利要求6所述的装配方法，其特征在于：第三步中，所述回复卷簧的预紧量达到要求为当回复卷簧的预紧量达到900°，继续以扭力扳手预紧回复卷簧使其预紧扭矩达到0.15N·m。
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