CN104330000A - 一种伸缩致动器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种伸缩致动器，由多个致动单元顺序串接而成，所述致动单元包括外壳、隔热套筒、弹簧、推杆和壳盖；外壳为一端具有内孔的圆柱体；隔热套筒设于外壳的内孔；弹簧为形状记忆合金弹簧，设于隔热套筒内；推杆由大圆柱和小圆柱构成阶梯状圆柱体，大圆柱伸入套筒内连接弹簧，小圆柱具有内孔作为下一个致动单元的外壳；壳盖用于对壳体端部密封。本发明致动器的致动位移为各个致动单元致动位移的总和，响应时间仅为致动单元中响应时间最慢的那个致动单元的响应时间，具有致动位移大、响应时间快、驱动力大、结构简单、可反复使用、可靠性高的优点。

Description

一种伸缩致动器
技术领域
本发明属于致动器技术领域，具体涉及一种伸缩致动器。
背景技术
目前，在机电系统中，推销器(伸长致动)和拔销器(缩回致动)是两种常见运动形式的致动器，上述两种运动形式的致动器的驱动方式主要为电机驱动、电磁驱动、超磁致伸缩驱动和火药驱动。电机驱动和电磁驱动的致动器，存在着结构复杂、价格昂贵、电—机械能量转换效率低等问题。超磁致伸缩驱动存在着驱动位移小的问题。火药驱动的致动器主要利用火药燃烧产生气体驱动活塞做功，受结构、气体压力传递方向和密封等因素影响，在实际工程应用中，火药驱动的致动器存在着可靠性低、能量转换效率低、不能反复使用等问题。
形状记忆合金是常见的致动器材料，用形状记忆合金材料制作的致动器具有驱动电压低、体积小、无噪声、无磁性、驱动力大等优点，基于形状记忆合金制作的致动器已经有相关报道。程进红、李娜、周远松在“记忆合金可恢复式保险机构应用研究”一文中通过机构给加热片通电，加热片加热形状记忆合金弹簧使其达到逆相变温度，形状记忆合金弹簧回复变形，弹簧伸长，驱动保险杆运动，停止供电时，形状记忆合金弹簧温度降低，弹簧缩回到原来没通电状态，该方案实现了一种可恢复式保险机构，但是该机构响应速度慢，驱动位移较小，具体阐述请详见《中国兵工学会第十七届引信学术年会论文集》。
如果采用形状记忆合金材料制作的致动器同时兼有大驱动力、大位移和响应速度快的特点，该致动器将会有极大的应用价值。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种伸缩致动器，具有驱动力大、位移大、响应速度快、结构简单、可反复使用、可靠性高的优点。
一种伸缩致动器，由多个致动单元顺序串接而成，所述致动单元包括外壳、隔热套筒、弹簧、推杆和壳盖；外壳为一端具有内孔的圆柱体；隔热套筒设于外壳的内孔；弹簧为形状记忆合金弹簧，设于隔热套筒内；推杆由大圆柱和小圆柱构成阶梯状圆柱体，大圆柱伸入套筒内连接弹簧，小圆柱具有内孔作为下一个致动单元的外壳；壳盖用于对壳体端部密封。
进一步地，所述壳盖由外圆柱和内圆柱构成阶梯状圆柱体，外圆柱与内圆柱相接处的外部开有外螺纹，外壳的内孔端部开有与该外螺纹匹配的内螺纹，外圆柱和内圆柱的内部开有用于插入推杆的通孔。
进一步地，所述推杆的大圆柱外径大于所述壳盖的通孔内径，所述推杆的小圆柱外径小于壳盖的通孔内径。
进一步地，所述隔热套筒采用可加工微晶玻璃陶瓷材料。
进一步地，所述套筒与推杆间隙配合。
本发明的有益效果体现在：
在本发明中，本发明利用形状记忆合金弹簧作为致动器的驱动件，由于形状记忆合金的驱动力大、可反复使用、可长时间工作、价格低，因此本发明具有驱动力大、结构简单、可反复使用、可靠性高、可长时间工作、成本低、便于安装等优点。同时，本发明为了克服形状记忆合金致动器存在的致动位移小、响应速度慢的问题，致动器采用多个设为皆呈中空管状且相互依序内外套合限位的致动单元串联构成，致动时，各个致动单元独立致动，该致动器的致动位移为各个致动单元致动位移的总和，因此该致动器的致动位移较大。同时该致动器的的响应时间仅为致动单元中响应时间最慢的那个致动单元的响应时间，因此该致动器的响应时间较快。
总的来说，本发明具有驱动电压低、驱动力大、响应速度快、致动位移大、结构简单、可反复使用、可靠性高、可长时间工作、成本低、无噪声、无磁性、便于安装等优点，可广泛应用于机电系统等领域。
附图说明
图1为本发明伸缩致动器伸长状态的结构示意图；
图2为本发明伸缩致动器缩回状态的结构示意图；
图3为本发明的推杆结构示意图；
图4为本发明的壳盖结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1和图2所示，本实施例中的一种伸缩致动器，由多个设为皆呈中空管状且相互依序内外套合限位的致动单元串联构成，所述致动单元1包括外壳1-1、隔热套筒1-2、弹簧1-3、推杆1-4和壳盖1-5。
所述外壳1-1为一端具有内孔的圆柱体，在外壳1-1的内孔中，沿外壳1-1的中轴线放置隔热套筒1-2，隔热套筒1-2内放置弹簧1-3，推杆1-4的一端伸入套筒内连接弹簧，另一端具有内孔作为下一个致动单元2的外壳；壳盖1-5与外壳端部螺纹固定，用于对套筒1-2、弹簧1-3和推杆1-4起到封闭保护作用。
所述隔热套筒1-2为一端具有内孔的圆柱体，内孔用于放置弹簧1-3；所述套筒1-2材料为可加工微晶玻璃陶瓷，如此采用，一方面能有效减少弹簧1-3加热时向外传热损失的热量，另一方面能起到很好的隔热效果，避免环境温度对致动器的影响以及避免热量传递到致动器的其他地方。所述套筒1-2的内孔与推杆1-4间隙配合，便于推杆1-4运动。
所述推杆1-4由大圆柱1-4a和小圆柱1-4b构成阶梯状圆柱体，大圆柱1-4a内部具有大孔1-4c和内螺纹1-4d，大孔1-4c和内螺纹1-4d用于连接和固定弹簧1-3的一端，小圆柱1-4b内部具有小孔1-4e和内螺纹1-4f，小圆柱1-4b构成下一个致动单元2的外壳，下一个致动单元2的套筒、弹簧和推杆按照致动单元1的相同方式沿小圆柱1-4b的中轴线依次放置。
所述壳盖1-5由外圆柱1-5a和内圆柱1-5b构成阶梯状圆柱体，外圆柱1-5a的直径大于内圆柱1-5b，外圆柱1-5a与内圆柱1-5b相接处的外部开有外螺纹，外壳1-1具有内孔的端部具有与该外螺纹匹配的内螺纹，通过内外螺纹相接实现壳盖1-5与外壳1-1之间的密封连接；壳盖1-5内部具有通孔1-5c，用于插入推杆1-4。
所述推杆1-4的大圆柱1-4a的外径大于壳盖1-5的通孔1-5c内径，所述推杆1-4的小圆柱1-4b的外径小于壳盖1-5的通孔1-5c内径，如此采用，一方面能对推杆1-4起到很好的限位作用，另一方面便于推杆1-4运动。
所述弹簧1-3为形状记忆合金弹簧，材料为CuZnAl双行程记忆合金，其表面镀锡。该材料具有相变温度低的优点。当致动器为伸长推动的致动器时，所述弹簧1-3采用高温伸长的CuZnAl记忆合金弹簧，其处于伸长状态的相变温度为80℃～95℃；当致动器为缩回拉动的致动器时，所述弹簧1-3采用高温缩短的CuZnAl记忆合金弹簧，其处于缩短状态的相变温度为65℃～85℃。
当致动器为伸长推动的致动器时，所述致动器中的弹簧采用高温伸长的CuZnAl记忆合金弹簧，平时，依次串联的各个致动单元置于致动单元内部，给依次串联的各个致动单元中的弹簧通电加热，当弹簧加热温度达到其相变温度80℃～95℃时，各个致动单元中的弹簧伸长，驱动各个致动单元伸长，此时，致动器为伸长致动，致动器起到推销器的作用；当致动器为缩回拉动的致动器时，所述致动器中的弹簧采用高温缩短的CuZnAl记忆合金弹簧，平时，依次串联的各个致动单元处于本身尺寸最长状态，当给依次串联的各个致动单元中的弹簧通电加热时，当弹簧加热温度达到其相变温度65℃～85℃时，各个致动单元中的弹簧缩短，驱动各个致动单元缩短，最终各个致动单元缩短至致动单元Ⅰ内，致动器起到拔销器的作用。
下面给出一个实例：
弹簧1-3采用高温伸长的CuZnAl记忆合金弹簧，将所述弹簧1-3一端与套筒1-2的内孔底部螺纹通过螺纹连接固定，将所述弹簧1-3与套筒1-2装配在外壳1-1的内孔中，沿外壳1-1的中轴线依次放置套筒1-2、弹簧1-3，再将弹簧1-3另一端与推杆1-4的内螺纹1-4d螺纹连接固定后，合上壳盖1-5后，致动单元1装配完成，采用上述方法再进行致动单元2的装配，最终装配完成的致动器如图2所示。当给致动器中各个致动单元分别供电时，各个致动单元中的弹簧温度达到相变温度时，弹簧伸长，最后达到如图1所示的伸长状态，实现一种伸长致动的致动器。
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)

1.一种伸缩致动器，其特征在于，由多个致动单元顺序串接而成，所述致动单元包括外壳、隔热套筒、弹簧、推杆和壳盖；外壳为一端具有内孔的圆柱体；隔热套筒设于外壳的内孔；弹簧为形状记忆合金弹簧，设于隔热套筒内；推杆由大圆柱和小圆柱构成阶梯状圆柱体，大圆柱伸入套筒内连接弹簧，小圆柱具有内孔作为下一个致动单元的外壳；壳盖用于对壳体端部密封。
2.根据权利要求1所述的伸缩致动器，其特征在于，所述壳盖由外圆柱和内圆柱构成阶梯状圆柱体，外圆柱与内圆柱相接处的外部开有外螺纹，外壳的内孔端部开有与该外螺纹匹配的内螺纹，外圆柱和内圆柱的内部开有用于插入推杆的通孔。
3.根据权利要求2所述的伸缩致动器，其特征在于，所述推杆的大圆柱外径大于所述壳盖的通孔内径，所述推杆的小圆柱外径小于壳盖的通孔内径。
4.根据权利要求1所述的伸缩致动器，其特征在于，所述隔热套筒采用可加工微晶玻璃陶瓷材料。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的伸缩致动器，其特征在于，所述套筒与推杆间隙配合。
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