CN103821795B - 一种微小型火药作动器 - Google Patents

Abstract

本发明属于机电动力技术领域，具体涉及一种微小型火药作动器。本发明主要解决目前国内外作动器体积大、功能单一的问题，包括盖板、基板、滑块和发火机构，本发明利用火药燃烧产生的气体压力推动滑块做直线运动，完成推销与拔销动作；本发明具有结构简单，可靠性高，反应迅速、驱动力大等优点。

Description

一种微小型火药作动器

技术领域

本发明属于机电动力技术领域，具体涉及一种微小型火药作动器。

背景技术

微小型作动器是微小型机电系统的重要组成部分，担负着机电系统内部能量转换、运动与力的传递，以及对系统激励的响应等功能，是微小型机电系统实现动作的关键部件。根据能源供给方式的不同，目前微小型作动器一般分为静电型、电磁型、压电型、电热型和热膨胀型等。

目前国内外研究的微小型作动器中，静电型和电磁型需要在高电压下才能正常工作和获得较大位移，而且产生的推力也比较小；电热型作动器反应速度慢，压电型驱动位移小。

微小型火药作动器的原理为给微小型火药作动器内电桥通电，使其迅速升温引燃作动器内火药，火药瞬间燃烧产生的气体压力推动带有销子的滑块做直线运动，完成推销与拔销动作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，设计一种微小型火药作动器，该作动器利用火药燃烧产生的气体压力推动滑块做直线运动，完成推销与拔销动作，能够解决现有微小型作动器产生推力较小、反应速度慢、位移较小的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种微小型火药作动器，包括盖板、基板、滑块和发火机构；

其中，所述盖板为正方体结构，在所述盖板底面开有一个正方形凹槽，在所述正方形凹槽的两个相对侧壁上各开有一个贯穿壁厚的通槽，分别为第一通槽和第二通槽；在所述盖板的正方形凹槽底面开有一个安装槽，该安装槽与所述两个通槽的方向为垂直设置，在所述安装槽的两端加工贯穿所述盖板上下底面的安装通槽，分别为第一安装通槽和第二安装通槽；

所述基板为正方体结构，在所述基板底面开有一个矩形凹槽，在所述矩形凹槽的相对侧壁上对称加工两个台阶面，分别为第一台阶面和第二台阶面；沿所述矩形凹槽第一台阶面所在的侧壁面方向开有贯通基板的通槽，分别为第一装配通槽和第二装配通槽；在所述基板对称的两侧壁外端面设有矩形凸块，分别为第一安装耳和第二安装耳，所述第一安装耳和第二安装耳与盖板的两个安装通槽为对应设置；

所述滑块为三根支杆组成的一体结构，其中长杆和短杆平行设置，所述横杆分别与所述长杆和短杆垂直设置，所述长杆的外侧面与所述基板矩形凹槽的侧壁贴合，所述长杆贯穿所述第一装配通槽和第二装配通槽，所述短杆的外侧面及底面由第二台阶面限位，在所述长杆、短杆与所述基板矩形凹槽的相对面加工有矩形槽，两个所述矩形槽位于所述横杆上水平面的下方且沿厚度方向贯穿所述滑块；分别形成第一剪切梁和第二剪切梁；

其连接关系在于：所述发火机构安装在所述盖板的安装槽处并使所述发火机构左右伸出安装槽，所述滑块安装在所述基板的矩形凹槽内，所述滑块的第一剪切梁和第二剪切梁分别卡在所述基板矩形凹槽的第一台阶面和第二台阶面处；所述基板装在所述盖板的正方形凹槽内，所述基板的第一安装耳和第二安装耳与所述盖板的第一安装通槽和第二安装通槽装配；所述滑块的长杆通过所述盖板的第一通槽和第二通槽并使所述滑块的长杆伸出所述盖板的第一通槽，在所述盖板正方形凹槽底面、基板矩形凹槽底面、滑块三根支杆之间形成密闭的燃烧腔室。

在微小型火药作动器中，传统发火机构不能适用于本发明，作为本发明的进一步改进，所述发火机构包括发火药、柔性电路板、大焊盘、桥丝和小焊盘，在所述柔性电路板的中部左右对称设有小焊盘，所述桥丝焊接在两个所述小焊盘之间，在所述柔性电路板的左右端设有大焊盘，所述大焊盘与所述小焊盘之间连接有导线，所述发火药将小焊盘和桥丝覆盖，所述发火药位于燃烧腔室内。

本发明的优点和有益效果在于：

一、本发明公开的一种利用火药燃烧产生的气体压力推动滑块做直线运动，完成推销器与拔销器功能的微小型火药作动器，采用平面结构，尺寸小，结构简单，可靠性高，反应迅速、驱动力大。本发明的作动器工作时，所述滑块长边的伸出端缩进所述基板，起到拔销器作用；同时，所述滑块长边的另一端伸出所述基板，起到推销器作用。

二、由于所述发火机构由发火药、柔性电路板、大焊盘、桥丝和小焊盘组合而成，能够适用本发明提供的微小型火药作动器，在较小的空间内能够迅速引燃发火药。

三、所述滑块的长边与所述基板的装配豁口处为滑动密封配合，所述基板和盖板连接处为密封配合；可以防止燃烧腔室漏气。

附图说明

图1为本发明的装配仰视图；

图2为图1的A向剖视图；

图3为盖板的立体图；

图4为基板的立体图；

图5为滑块的立体图；

图6为盖板和柔性电路板装配仰视图；

图7为图6的右视图；

图8为基板和滑块的装配俯视图。

其中，1-盖板；11-第一通槽；12-第二通槽；13-第一安装通槽；14-第二安装通槽；2-基板；21-第一安装耳；22-第二安装耳；23-第一装配通槽；24-第二装配通槽；25-第一台阶面；26-第二台阶面；3-滑块；31-第一剪切梁；32-第二剪切梁；4-发火药；5-柔性电路板；6-大焊盘；7-桥丝；8-小焊盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明具体实施的技术方案是：一种微小型火药作动器，包括盖板1、基板2、滑块3和发火机构；

其中，所述盖板1为正方体结构，在所述盖板1底面开有一个正方形凹槽，在所述正方形凹槽的两个相对侧壁上各开有一个贯穿壁厚的通槽，分别为第一通槽11和第二通槽12；在所述盖板1的正方形凹槽底面开有一个安装槽，该安装槽与所述两个通槽的方向为垂直设置，在所述安装槽的两端加工贯穿所述盖板1上下底面的安装通槽，分别为第一安装通槽13和第二安装通槽14；

所述基板2为正方体结构，在所述基板2底面开有一个矩形凹槽，在所述矩形凹槽的相对侧壁上对称加工两个台阶面，分别为第一台阶面25和第二台阶面26；沿所述矩形凹槽第一台阶面25所在的侧壁面方向开有贯通基板2的通槽，分别为第一装配通槽23和第二装配通槽24；在所述基板2对称的两侧壁外端面设有矩形凸块，分别为第一安装耳21和第二安装耳22，所述第一安装耳21和第二安装耳22与盖板1的两个安装通槽为对应设置；

所述滑块3为三根支杆组成的一体结构，其中长杆和短杆平行设置，所述横杆分别与所述长杆和短杆垂直设置，所述长杆的外侧面与所述基板2矩形凹槽的侧壁贴合，所述长杆贯穿所述第一装配通槽23和第二装配通槽24，所述短杆的外侧面及底面由第二台阶面26限位，在所述长杆、短杆与所述基板2矩形凹槽的相对面加工有矩形槽，两个所述矩形槽位于所述横杆上水平面的下方且沿厚度方向贯穿所述滑块3；分别形成第一剪切梁31和第二剪切梁32；

其连接关系在于：所述发火机构安装在所述盖板1的安装槽处并使所述发火机构左右伸出安装槽，所述滑块3安装在所述基板2的矩形凹槽内，所述滑块3的第一剪切梁31和第二剪切梁32分别卡在所述基板2矩形凹槽的第一台阶面25和第二台阶面26处；所述基板2装在所述盖板1的正方形凹槽内，所述基板2的第一安装耳21和第二安装耳22与所述盖板1的第一安装通槽13和第二安装通槽14装配；所述滑块3的长杆通过所述盖板1的第一通槽11和第二通槽12并使所述滑块3的长杆伸出所述盖板1的第一通槽11，在所述盖板1正方形凹槽底面、基板2矩形凹槽底面、滑块3三根支杆之间形成密闭的燃烧腔室。

所述发火机构包括发火药4、柔性电路板5、大焊盘6、桥丝7和小焊盘8，在所述柔性电路板5的中部左右对称设有小焊盘8，所述桥丝7焊接在两个所述小焊盘8之间，在所述柔性电路板5的左右端设有大焊盘6，所述大焊盘6与所述小焊盘8之间连接有导线，所述发火药4将小焊盘8和桥丝7覆盖，所述发火药4位于燃烧腔室内。

所述滑块3的长杆与所述基板2的第一装配豁口23和第二装配豁口24处为滑动密封配合。

所述基板2和盖板1连接处为密封配合。

先对两个所述大焊盘6进行通电，所述大焊盘6通过导线、小焊盘8将位于两个所述小焊盘8之间的桥丝7瞬间加热，进而引燃发火药4，发火药4燃烧后瞬间产生的大量燃烧气使燃烧腔室内气压迅速增大，推动滑块3后运动，将所述滑块3的剪切梁剪断并使所述滑块3的横梁运动至所述基板2的台阶凹槽侧壁处。作动器工作时，所述滑块3长边的伸出端缩进所述基板2，起到拔销器作用；同时，所述滑块3长边的另一端伸出所述基板2，起到推销器作用。

所述发火药4选用斯蒂芬酸铅（LTNR），其用量的计算过程如下：

步骤一：计算基板、滑块和盖板之间的空腔的体积

V_内＝w×h×l（1）

其中：V_内产基板2、滑块3和盖板1之间的空腔的体积；w为长方体空腔宽；h为长方体空腔高；l为长方体空腔长；

步骤二：计算发火药4斯蒂芬酸铅（LTNR）燃烧产生的压强：

其中：P为发火药4燃烧后基板2、滑块3和盖板1之间的空腔内压强；f为发火药4斯蒂芬酸铅（LTNR）的燃烧当量；m为发火药4斯蒂芬酸铅（LTNR）的质量；

步骤三：计算发火药4燃烧产生的推力：

F＝P×S(F＞F₀)（3）

其中：F₀为剪断滑块两侧剪切梁所需力（根据材料力学计算得到）；F为发火药4燃烧产生的推力；S为滑块3受力面积；

步骤四：计算装药量：

M＝m×K（4）

其中：M为最终装药量；K为安全系数，一般取1.5；

所述盖板2、滑块3与基板1采用LIGA加工工艺或者金属粉末注塑工艺加工，采用电铸镍或者不锈钢材料（材料视不同加工工艺而定）。装配后，滑块3两端与基板1配合并发生相对运动处要进行密封，防止气体泄漏。

桥丝7采用直径为10μm镍铬合金金属丝，与柔性电路板5采用锡焊工艺焊接。

发火药4采用斯蒂芬酸铅（LTNR）并加入少量粘合剂，均匀涂在桥丝7及桥丝7所做柔性电路板5部分并覆盖桥丝7与柔性电路板5焊接部的焊盘，形成发火药4。

在此实例中，微小型作动器整体尺寸为：4.7*4.7*2mm³，零件采用金属粉末注塑工艺加工，密封工艺采用胶封与锡焊工艺相结合。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种微小型火药作动器，其特征在于：包括盖板(1)、基板(2)、滑块(3)和发火机构；

其中，所述盖板(1)为正方体结构，在所述盖板(1)底面开有一个正方形凹槽，在所述正方形凹槽的两个相对侧壁上各开有一个贯穿壁厚的通槽，分别为第一通槽(11)和第二通槽(12)；在所述盖板(1)的正方形凹槽底面开有一个安装槽，该安装槽与所述两个通槽的方向为垂直设置，在所述安装槽的两端加工贯穿所述盖板(1)上下底面的安装通槽，分别为第一安装通槽(13)和第二安装通槽(14)；

所述基板(2)为正方体结构，在所述基板(2)底面开有一个矩形凹槽，在所述矩形凹槽的相对侧壁上对称加工两个台阶面，分别为第一台阶面(25)和第二台阶面(26)；沿所述矩形凹槽第一台阶面(25)所在的侧壁面方向开有贯通基板(2)的通槽，分别为第一装配通槽(23)和第二装配通槽(24)；在所述基板(2)对称的两侧壁外端面设有矩形凸块，分别为第一安装耳(21)和第二安装耳(22)，所述第一安装耳(21)和第二安装耳(22)与盖板(1)的两个安装通槽为对应设置；

所述滑块(3)为三根支杆组成的一体结构，其中长杆和短杆平行设置，横杆分别与所述长杆和短杆垂直设置，所述长杆的外侧面与所述基板(2)矩形凹槽的侧壁贴合，所述长杆贯穿所述第一装配通槽(23)和第二装配通槽(24)，所述短杆的外侧面及底面由第二台阶面(26)限位，在所述长杆、短杆与所述基板(2)矩形凹槽的相对面加工有矩形槽，两个所述矩形槽位于所述横杆上水平面的下方且沿厚度方向贯穿所述滑块(3)；分别形成第一剪切梁(31)和第二剪切梁(32)；

其连接关系在于：所述发火机构安装在所述盖板(1)的安装槽处并使所述发火机构左右伸出安装槽，所述滑块(3)安装在所述基板(2)的矩形凹槽内，所述滑块(3)的第一剪切梁(31)和第二剪切梁(32)分别卡在所述基板(2)矩形凹槽的第一台阶面(25)和第二台阶面(26)处；所述基板(2)装在所述盖板(1)的正方形凹槽内，所述基板(2)的第一安装耳(21)和第二安装耳(22)与所述盖板(1)的第一安装通槽(13)和第二安装通槽(14)装配；所述滑块(3)的长杆通过所述盖板(1)的第一通槽(11)和第二通槽(12)并使所述滑块(3)的长杆伸出所述盖板(1)的第一通槽(11)，在所述盖板(1)正方形凹槽底面、基板(2)矩形凹槽底面、滑块(3)三根支杆之间形成密闭的燃烧腔室。

2.根据权利要求1所述的一种微小型火药作动器，其特征在于：所述发火机构包括发火药(4)、柔性电路板(5)、大焊盘(6)、桥丝(7)和小焊盘(8)，在所述柔性电路板(5)的中部左右对称设有小焊盘(8)，所述桥丝(7)焊接在两个所述小焊盘(8)之间，在所述柔性电路板(5)的左右端设有大焊盘(6)，所述大焊盘(6)与所述小焊盘(8)之间连接有导线，所述发火药(4)将小焊盘(8)和桥丝(7)覆盖，所述发火药(4)位于燃烧腔室内。

3.根据权利要求1或2所述的一种微小型火药作动器，其特征在于：所述滑块(3)的长杆与所述基板(2)的第一装配通槽(23)和第二装配通槽(24)处为滑动密封配合。

4.根据权利要求1或2所述的一种微小型火药作动器，其特征在于：所述基板(2)和盖板(1)连接处为密封配合。

5.根据权利要求2所述的一种微小型火药作动器，其特征在于：所述桥丝(7)选用直径为8～12μm镍铬合金桥丝。