CN103389011A - 一种形状记忆合金弹簧驱动式可控解锁装置 - Google Patents

一种形状记忆合金弹簧驱动式可控解锁装置 Download PDF

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曹炳鑫
张建辉
江峰
纪晶
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Abstract

本发明公开了一种形状记忆合金弹簧驱动式可控解锁装置，其包括被分离部件和驱动被分离部件产生位移的解锁装置，所述的解锁装置包括一缸体和设置于缸体中的解锁驱动装置；所述的被分离部件一端容纳于缸体中，其外表面设有卡槽；所述的解锁驱动装置包括弹性卡环、形状记忆合金弹簧和用于加热形状记忆合金弹簧使其产生形变的加热导柱。本发明采用形状记忆合金弹簧驱动被分离部件，能够在多种工况下迅速、准确地实现被分离部件与分离部件分离。同时该解锁装置结构简单、运动灵活、使用维护方便、可循环多次利用、无污染，提高了解锁装置的可靠性、稳定性及使用寿命，推进了解锁装置的发展。

Description

一种形状记忆合金弹簧驱动式可控解锁装置
技术领域
本发明涉及一种解锁装置，尤其涉及一种利用形状记忆合金弹簧进行驱动的可控解锁装置，属于机械工程与智能材料应用学科领域。
背景技术
当前导弹及民用领域常需要采用一些解锁装置来控制某些机械结构的分离解锁，因此在分离过程中解锁装置的性能优劣直接关系到某些机构运行的成败。因此在现实使用中的解锁装置必须满足在分离之前要确保两个分离部件可靠的连接处于一种自锁状态；在分离时，要保证连连接部件可靠的分离，并确保分离过程中或分离之后不影响机构的后续工作。当前技术中常采用的解锁装置多以爆炸解锁方式为主，图1为现有技术中一种削弱槽式爆炸螺栓，主要由导爆索11、螺栓体12、炸药13、第一被连接件14、削弱槽15、第二被连接件16构成；其特征在于：当导爆索11获得激励信号引爆螺栓体12内部的炸药13，被引爆的炸药13产生的内使将内部压力升高，迫使螺栓体12在削弱槽15处断裂，从而实现第一被连接件14与第二被连接件16的分离。现有技术中的该种结构的解锁装置在爆炸时产生的爆炸产物会从分离面溢出，而且爆炸会产生碎片，对周围的设备或环境造成一定程度的污染，严重的有可能会影响到机构的后续工作，其次该种解锁方式为一次性机构不能重复多次利用，造成了不必要的能源浪费。
发明内容
技术问题
本发明要解决的技术问题是提出一种解锁装置，该解锁装置采用可逆、可重复工作的形状记忆合金弹簧驱动被分离部件，从而带动弹性卡环运动控制被分离部件的自锁与解锁，提高了解锁装置的可靠性、稳定性及使用寿命，推进了解锁装置的发展。
技术方案
为了解决上述的技术问题，本发明的形状记忆合金弹簧驱动式可控解锁装置包括被分离部件和驱动被分离部件产生位移的解锁装置，所述的解锁装置包括一缸体和设置于缸体中的解锁驱动装置；所述的被分离部件一端容纳于缸体中，其外表面设有卡槽；所述的解锁驱动装置包括弹性卡环、形状记忆合金弹簧和用于加热形状记忆合金弹簧使其产生形变的加热导柱，所述的弹性卡环具有开口的一端边缘内侧设有突出部，所述的弹性卡环另一端封闭并固定在缸体上，所述的突出部与卡槽的形状相适应，所述的突出部与卡槽接触时彼此形成自锁；所述的形状记忆合金弹簧套设在加热导柱上，加热导柱通过所述弹性卡环封闭的一端固定在缸体上，所述的加热导柱用于加热形状记忆合金弹簧使其产生形变。被分离部件未装配于第一缸体时，所述的套装于多功能导柱的形状记忆合金弹簧处于初始自由状态，所述的弹性卡环处于初始平衡状态。
更进一步地，所述的卡槽具有第一止滑面，所述第一止滑面与被分离部件表面之间具有夹角，所述夹角值θ满足tanθ≤μ，其中μ为第一止滑面的静摩擦系数。
更进一步地，所述的弹性卡环的突出部具有第二止滑面，所述第二止滑面与弹性卡环本体之间具有夹角，所述的夹角值和第一止滑面与被分离部件表面之间的夹角值相等。
更进一步地，所述的加热导柱内部设有一组加热装置，加热装置通过外接导线与外部控制电路连接。
更进一步地，所述的外部电路由中控器、开关、温度传感器、温度控制器和开关组成。
更进一步地，所述的加热装置由易导热且耐高温的金属材料或高分子材料制成。
本发明的形状记忆合金弹簧驱动式可控解锁装置，所述的被分离部件先在外力作用下装配于缸体，当被分离部件与弹性卡环相接触时，由于弹性卡环侧壁具有弹性，被分离部件挤压进入弹性卡环，弹性卡环在被分离部件作用下向外扩伸运动，当被分离部件卡槽运动到弹性卡环的突出部处时，弹性卡环的突出部内嵌于被分离部件的卡槽，被分离部件的运动方向受到来自弹性卡环突出部的作用力而停止运动，从而实现被分离部件自锁于缸体。
所述的加热装置与外部控制电路相连，当对外部控制电路施加一激励信号时，所述的加热装置对多功能导柱进行加热，所述的套装于多功能导柱的形状记忆合金弹簧受热，当温度超过一定值时，形状记忆合金弹簧沿自身长度方向产生一伸长变形。变形后的形状记忆合金弹簧沿其长度方向的伸张力作用于被分离部件，推动被分离部件向外运动，迫使弹性卡环与卡槽相脱离，使此时的被分离部件处于解锁状态，从而实现被分离部件与缸体的分离。
当分离过程完成后，温度控制器向外部控制电路发生一脉冲信号，使外部控制电路停止工作，形状记忆合金弹簧逐渐恢复其初始形状，进入下一个工作周期的准备状态，从而实现解锁装置的可逆循环工作。
有益效果
本发明采用形状记忆合金弹簧驱动被分离部件，从而带动弹性卡环运动控制被分离部件的自锁与解锁，能够在多种工况下迅速、准确地实现被分离部件与分离部件分离。同时该解锁装置结构简单、运动灵活、使用维护方便、可循环多次利用、无污染，提高了解锁装置的可靠性、稳定性及使用寿命，推进了解锁装置的发展。
说明书附图
图1为现有技术中的一种解锁装置结构示意图；
图2(a)为本发明可控解锁装置形状记忆合金弹簧受热前状态示意图；(b)为本发明可控解锁装置形状记忆合金弹簧受热时状态示意图；
图3为本发明可控解锁装置被分离部件结构示意图；
图4为本发明可控解锁装置弹性卡环剖面结构示意图；
图5为本发明可控解锁装置加热导柱工作示意图；
图6为本发明可控解锁装置缸体结构示意图；
图7为本发明可控解锁装置初始状态结构示意图；
图8为本发明可控解锁装置自锁状态结构示意图；
图9为本发明可控解锁装置解锁状态结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步描述。
如图2、图3、图4和图7所示，本实施例的形状记忆合金弹簧驱动式可控解锁装置包括被分离部件71和驱动被分离部件71产生位移的解锁装置，所述的解锁装置包括一缸体72和设置于缸体72中的解锁驱动装置；所述的被分离部件71一端容纳于缸体72中，其外表面32设有卡槽34；所述的解锁驱动装置包括弹性卡环73、形状记忆合金弹簧74和用于加热形状记忆合金弹簧74使其产生形变的加热导柱75，所述的弹性卡环73具有开口的一端边缘内侧设有突出部41，所述的弹性卡环73另一端封闭并固定在缸体72上，所述的突出部41与卡槽34的形状相适应，所述的突出部41与卡槽34接触时彼此形成自锁；所述的形状记忆合金弹簧74套设在加热导柱75上，加热导柱75通过所述弹性卡环73封闭的一端固定在缸体72上，所述的加热导柱75用于加热形状记忆合金弹簧74使其产生形变。
如图2、图4和图7所示，本实施例中，形状记忆合金弹簧74第一端21为自由端，第二端22固定在弹性卡环73封闭的一端44的内表面43，弹性卡环封闭的一端44上开设有两个供螺栓安装的两个螺栓孔45、46，由两个螺栓将弹性卡环73固定在缸体72的固定盖板76上，并同时固定加热导柱75。形状记忆合金弹簧74的原始形状如图2(a)所示，当形状记忆合金弹簧受热，温度超过一定值后沿其自身长度方向发生伸长变形，变形后形状如图2(b)所示。
如图3、图6所示，被分离部件71具有封闭的第一端31，另一端为具有开口的第二端36，该第二端36延伸进入缸体72的开口端61与其间隙配合，在外力的作用下装配于缸体72。被分离部件71延伸进入缸体72的部分在其表面32上设有一卡槽34，卡槽34设有的第一止滑面35与水平方向夹角为θ，第一止滑面35表面静摩擦系数为μ，夹角θ与静摩擦系数μ者之间满足tanθ≤μ。
如图4和图5所示，所述的加热导柱75采用易导热且耐高温的金属材料或高分子材料制作，加热导柱75下表面54设有多个螺纹孔53，加热导柱75下表面54与弹性卡环73的内表面43相接触，弹性卡环73的封闭的一端即下施力面44为盖板76，采用螺栓连接的方式将加热导柱75及弹性卡环73固定盖板76连接固定，所述的固定盖板76边缘通过螺栓77与缸体72壁连接固定。加热导柱75其内部设有一组加热装置52，加热装置52的外接导线55穿过弹性卡环73设有的通孔46与外部控制电路57相连，外部电路57由中控器、开关、温度传感器、温度控制器、开关组成。所述的缸体72由耐高温、密度小的材料加工制作。
以下结合图7、图8和图9说明本实施例可控解锁装置的自锁、解锁两种工作状态：
首先，在被分离部件71的第一端31上施加一作用力，被分离部件71在外力作用下沿缸体72的开口端61内表面运动，当被分离部件71的外表面与弹性卡环73的开口一侧内表面47相接触时，被分离部件71对弹性卡环73的突出部41产生一挤压力，弹性卡环73在该作用力的作用下不断的向外扩展，当被分离部件71的卡槽34运动到弹性卡环73的突出部41的位置，突出部41逐渐的内嵌于卡槽34，被分离部件71在垂直于运动方向弹性卡环73的挤压力作用而停止运动。从而将被分离部件71锁紧于缸体72。其自锁状态如图8所示。
当给外部控制电路57施加一激励信号时，外部控制电路57进入工作状态控制加热装置52对加热导柱75加热，套装于加热导柱75的形状记忆合金弹簧74受热，当温度超过一定的值，形状记忆合金弹簧74沿其自身长度方向发生伸长变形，当形状记忆合金弹簧74的第一端21作为施力面运动至被分离部件71的开口的第二端36，被分离部件71在形状记忆合金弹簧74的作用力作用下向缸体72外运动，迫使突出部41与卡槽34相脱离，使被分离部件71处于解锁状态，完成被分离部件71与缸体72的分离，其解锁状态如图9所示。当分离过程完成后，温度控制器向外部控制电路57发生一脉冲信号，使外部控制电路57停止工作，形状记忆合金弹簧74逐渐恢复其初始形状，进入下一个工作周期的准备状态，从而实现解锁装置的可逆循环工作。

Claims (6)

1.一种形状记忆合金弹簧驱动式可控解锁装置，包括被分离部件(71)和驱动被分离部件(71)产生位移的解锁装置，其特征在于，所述的解锁装置包括一缸体(72)和设置于缸体(72)中的解锁驱动装置；所述的被分离部件(71)一端容纳于缸体(72)中，其外表面(32)设有卡槽(34)；所述的解锁驱动装置包括弹性卡环(73)、形状记忆合金弹簧(74)和用于加热形状记忆合金弹簧(74)使其产生形变的加热导柱(75)，所述的弹性卡环(73)具有开口的一端边缘内侧设有突出部(41)，所述的弹性卡环(73)另一端封闭并固定在缸体(72)上，所述的突出部(41)与卡槽(34)的形状相适应，所述的突出部(41)与卡槽(34)接触时彼此形成自锁；所述的形状记忆合金弹簧(74)套设在加热导柱(75)上，加热导柱(75)通过所述弹性卡环(73)封闭的一端固定在缸体(72)上，所述的加热导柱(75)用于加热形状记忆合金弹簧(74)使其产生形变。
2.如权利要求1所述的形状记忆合金弹簧驱动式可控解锁装置，其特征在于，所述的卡槽(34)具有第一止滑面(35)，所述第一止滑面(35)与被分离部件(71)表面之间具有夹角，所述夹角值θ满足tanθ≤μ，其中μ为第一止滑面(35)的静摩擦系数。
3.如权利要求2所述的形状记忆合金弹簧驱动式可控解锁装置，其特征在于，所述的弹性卡环(73)的突出部(41)具有第二止滑面(42)，所述第二止滑面(42)与弹性卡环(73)之间具有夹角，所述的夹角值和第一止滑面(35)与被分离部件(71)表面之间的夹角值相等。
4.如权利要求1或2或3任一项所述的形状记忆合金弹簧驱动式可控解锁装置，其特征在于，所述的加热导柱(75)内部设有一组加热装置(52)，加热装置(52)通过外接导线(55)与外部控制电路(57)连接。
5.如权利要求4所述的形状记忆合金弹簧驱动式可控解锁装置，其特征在于，所述的外部电路(57)由中控器、开关、温度传感器、温度控制器和开关组成。
6.如权利要求4所述的形状记忆合金弹簧驱动式可控解锁装置，其特征在于，所述的加热装置(52)由易导热且耐高温的金属材料或高分子材料制成。
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