CN104454414A - 基于sma材料的驱动装置 - Google Patents

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CN104454414A CN201410572753.XA CN201410572753A CN104454414A CN 104454414 A CN104454414 A CN 104454414A CN 201410572753 A CN201410572753 A CN 201410572753A CN 104454414 A CN104454414 A CN 104454414A
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sma
wind spring
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chassis
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张涛
翟载腾
谢龙
周丽平
孙延博
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Shanghai Institute of Satellite Engineering
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/065—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like using a shape memory element

Abstract

本发明提供了一种基于SMA材料的驱动装置包括SMA卷簧、主轴以及底盘；所述SMA卷簧一端连接所述主轴，另一端连接所述底板；所述主轴设置在所述底板的上侧。本发明提供了的基于SMA材料的驱动装置还包括第一轴套和螺钉；所述SMA卷簧通过所述第一轴套连接所述主轴；所述第一轴套的一端设置有切槽，另一端设置有螺纹孔；所述SMA卷簧一端嵌入所述切槽，所述第一轴套通过螺钉旋入所述螺纹孔连接所述主轴。本发明提供了的基于SMA材料的驱动装置还包括SMA卷簧限位圈，所述SMA卷簧限位圈设置在所述SMA卷簧的外侧，所述SMA卷簧限位圈的两端连接所述底盘。本发明构型新颖且简单，相对电机等输出机构，具有重量轻，装配工艺性良好的优点。

Description

基于SMA材料的驱动装置
技术领域
本发明涉驱动装置及，具体地，涉及一种基于SMA材料的驱动装置。
背景技术
随着时代的发展，仅依靠环境温度变化实现特定作用的设备因其具有自主控制、无功耗损失等特点，已成为各行业的发展重点。在航天领域中，热控制是航天器的重要环节，其中主动热控是现阶段热控的发展方向。
记忆合金材料中有些合金能实现双程形状记忆，使之在高温、低温时具有两种状态，其具有性能稳定、变形能力强、输出力矩大等优点
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于SMA材料的驱动装置。通过SMA卷簧和卷簧输出组合力矩，并通过转角控制杆和限位螺钉控制输出角度，从而实现驱动装置在环境温度条件影响下自主输出一定角度内的往复转动。
根据本发明提供的基于SMA材料的驱动装置包括SMA卷簧、主轴以及底盘；
所述SMA卷簧一端连接所述主轴，另一端连接所述底盘；所述主轴设置在所述底盘的上侧。
优选地，还包括第一轴套和螺钉；所述SMA卷簧通过所述第一轴套连接所述主轴；
所述第一轴套的一端设置有切槽，另一端设置有螺纹孔；
所述SMA卷簧一端嵌入所述切槽，所述第一轴套通过螺钉旋入所述螺纹孔连接所述主轴。
优选地，还包括SMA卷簧限位圈，所述SMA卷簧限位圈设置在所述SMA卷簧的外侧，所述SMA卷簧限位圈的两端连接所述底盘。
优选地，还包括卷簧和第二轴套；
所述卷簧的一端连接所述底盘，另一端通过所述第二轴套连接所述主轴；
所述第二轴套的一端设置有切槽，另一端设置有螺纹孔；
所述卷簧一端嵌入所述切槽，所述第二轴套通过螺钉旋入所述螺纹孔连接所述主轴。
优选地，还包括轴支座底和轴支座盖；所述轴支座底连接所述轴支座盖；
所述主轴设置在所述轴支座底连接所述轴支座盖之间；
所述轴支座底连接所述底盘。
优选地，还包括转角控制杆和限位螺钉；
所述转角控制杆连接所述主轴，所述限位螺钉连接所述底盘；所述限位螺钉用于限制所述转角控制杆的旋转角度。
优选地，所述底盘设置有圆弧槽，所述圆弧槽的两端设置有倒角；圆弧槽设置在所述SMA卷簧的正下侧
所述圆弧槽配合所述SMA卷簧限位圈限制SMA卷簧。
优选地，所述SMA卷簧和所述卷簧的截面为阿基米德曲线。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明构型新颖且简单，相对电机等输出机构，具有重量轻，装配工艺性良好的优点；
2、本发明为无源驱动，无功耗损失；
3、本发明可根据功能需要，在同样的SMA卷簧、卷簧的前提下，通过改变轴套的安装角度，改变输出力矩大小，也可通过设计不同夹角的转角控制杆改变输出转动角度；
4、本发明基于进一步降低重量需求，可在主轴输出端连接被驱动装置的情况下，依次拆除轴支座盖、垫片、轴支座底，从而进一步实现轻量化。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中一种轴套的结构示意图；
图3为本发明中另一种轴套的结构示意图；
图4为本发明中转角控制杆的结构示意图；
图5为本发明中底盘的结构示意图；
图6为本发明中中轴支座底、轴支座盖、垫片组合安装示意图。
图中：
1 为卷簧；
2 为第二轴套；
3 为SMA卷簧限位圈；
4 为SMA卷簧；
5 为第一轴套；
6 为转角控制杆；
7 为限位螺钉；
8 为底盘；
9 为垫片；
10 为轴支座底；
11 为主轴；
12 为轴支座盖。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，如图1、图2、图3、图4所示，本发明提供的基于SMA材料的驱动装置包括SMA卷簧3、主轴11以及底盘8；
所述SMA卷簧3一端连接所述主轴11，另一端连接所述底盘8；所述主轴11设置在所述底盘8的上侧。
本发明提供的基于SMA材料的驱动装置还包括第一轴套5和螺钉；所述SMA卷簧3通过所述第一轴套5连接所述主轴11；
所述第一轴套5的一端设置有切槽，另一端设置有螺纹孔；
所述SMA卷簧3一端嵌入所述切槽，所述第一轴套通过螺钉旋入所述螺纹孔连接所述主轴11。
本发明提供的基于SMA材料的驱动装置还包括SMA卷簧限位圈3，所述SMA卷簧限位圈3设置在所述SMA卷簧4的外侧，所述SMA卷簧限位圈3的两端连接所述底盘8。
本发明提供的基于SMA材料的驱动装置还包括卷簧1和第二轴套2；所述卷簧1的一端连接所述底盘8，另一端通过所述第二轴套2连接所述主轴11；所述第二轴套2的一端设置有切槽，另一端设置有螺纹孔；所述卷簧1一端嵌入所述切槽，所述第二轴套2通过螺钉旋入所述螺纹孔连接所述主轴11。
本发明提供的基于SMA材料的驱动装置还包括轴支座底10和轴支座盖12；所述轴支座底10连接所述轴支座盖12；所述主轴11设置在所述轴支座底10连接所述轴支座盖12之间；所述轴支座底10连接所述底盘8。本发明提供的基于SMA材料的驱动装置还包括转角控制杆6和限位螺钉7；
所述转角控制杆6连接所述主轴11，所述限位螺钉7连接所述底盘8；所述限位螺钉7用于限制所述转角控制杆6的旋转角度。
所述底盘8设置有圆弧槽，所述圆弧槽的两端设置有倒角；圆弧槽设置在所述SMA卷簧4的正下侧。所述圆弧槽配合所述SMA卷簧限位圈限制SMA卷簧可能发生的不规则变形，从而保证SMA卷簧变形规则输出力矩稳定可靠。
所述SMA卷簧4和所述卷簧1的截面为阿基米德曲线。第一轴套5、第二轴套2开有切槽，切槽与卷簧连接部位截面一致，两者通过嵌入连接。轴套材料为铝合金，为凸台形式，一端连接卷簧1或SMA卷簧4，一端开有螺纹孔，用紧钉螺钉固定于主轴上。
卷簧1、SMA卷簧4的安装位置决定转动输出方向。以面向主轴11输出端顺时针转动为驱动，逆时针转动为回复为例，SMA卷簧4末端安装于面向输出端左侧，卷簧1的末端安装于面向输出端右侧。可相对主轴11旋转第一轴套5、第二轴套2安装角度，调节组合输出力矩，即SMA卷簧驱动力矩、卷簧阻力矩之差和回复力矩即卷簧反向驱动力矩、SMA卷簧恢复力矩之和的大小。
转角控制杆6通过螺母压紧安装于主轴11上，通过综合考虑限位螺钉直径、驱动装置预定转动角，从而得到转角控制杆自身两边夹角。如需设置驱动装置转动角90°，选用限位螺钉为M3，则设置转角控制杆两端夹角为103°。轴支座底10、轴支座盖12固定主轴11，使主轴11轴线与底盘8安装面平行，稳定输出力矩。当主轴11输出段连接被驱动装置后，为减轻驱动装置重量，可依次拆除轴支座盖12、垫片9、轴支座底10，从而取下以上三部分。
本发明提供的基于SMA材料的驱动装置采用形状记忆合金材料(SMA)的卷簧作为动力源，常规不锈钢卷簧辅助复位，两卷簧通过机械连接于主轴11上，通过转角控制杆6限定旋转角度。当外界环境温度升高，SMA卷簧4产生变形，输出转矩，克服卷簧1阻力矩，从而通过主轴11输出力矩；当温度降低，SMA卷簧4回复变形，卷簧输出力矩与SMA卷簧4同向，辅助反向输出力矩。由于转角控制杆等限制，本发明可作为驱动装置实现输出相应角度的往复转动。
相对电机等有源驱动装置，本发明重量轻、系统简单、无功耗损失，且可随温度环境自主控制，在航天等领域具有较强的应用前景。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种基于SMA材料的驱动装置，其特征在于，包括SMA卷簧、主轴以及底盘；
所述SMA卷簧一端连接所述主轴，另一端连接所述底盘；所述主轴设置在所述底盘的上侧。
2.根据权利要求1所述的基于SMA材料的驱动装置，其特征在于，还包括第一轴套和螺钉；所述SMA卷簧通过所述第一轴套连接所述主轴；
所述第一轴套的一端设置有切槽，另一端设置有螺纹孔；
所述SMA卷簧一端嵌入所述切槽，所述第一轴套通过螺钉旋入所述螺纹孔连接所述主轴。
3.根据权利要求1所述的基于SMA材料的驱动装置，其特征在于，还包括SMA卷簧限位圈，所述SMA卷簧限位圈设置在所述SMA卷簧的外侧，所述SMA卷簧限位圈的两端连接所述底盘。
4.根据权利要求2所述的基于SMA材料的驱动装置，其特征在于，还包括卷簧和第二轴套；
所述卷簧的一端连接所述底盘，另一端通过所述第二轴套连接所述主轴；
所述第二轴套的一端设置有切槽，另一端设置有螺纹孔；
所述卷簧一端嵌入所述切槽，所述第二轴套通过螺钉旋入所述螺纹孔连接所述主轴。
5.根据权利要求1所述的基于SMA材料的驱动装置，其特征在于，还包括轴支座底和轴支座盖；所述轴支座底连接所述轴支座盖；
所述主轴设置在所述轴支座底连接所述轴支座盖之间；
所述轴支座底连接所述底盘。
6.根据权利要求1所述的基于SMA材料的驱动装置，其特征在于，还包括转角控制杆和限位螺钉；
所述转角控制杆连接所述主轴，所述限位螺钉连接所述底盘；所述限位螺钉用于限制所述转角控制杆的旋转角度。
7.根据权利要求3所述的基于SMA材料的驱动装置，其特征在于，所述底盘设置有圆弧槽，所述圆弧槽的两端设置有倒角；圆弧槽设置在所述SMA卷簧的正下侧
所述圆弧槽配合所述SMA卷簧限位圈限制SMA卷簧。
8.根据权利要求2所述的基于SMA材料的驱动装置，其特征在于，所述SMA卷簧和所述卷簧的截面为阿基米德曲线。
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