CN105570366B - 变刚度的记忆合金弹簧体及其劲度系数变化方法 - Google Patents

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Abstract

变刚度的记忆合金弹簧体及其劲度系数变化方法，属于弹簧领域。现有的弹簧的劲度系数是常值，无法自动改变的问题。变刚度的记忆合金弹簧体，其组成包括：控制器(1)、一组弹簧(2)和一组隔板(3)，所有弹簧(2)在相同的形变方向排列，隔板(3)与弹簧(2)相间设置成一体结构，每根弹簧(2)的两端均通过引线(4)与控制器(1)连接。变刚度的记忆合金弹簧体的劲度系数变化方法，把一组排列在相同形变方向的弹簧(2)与隔板(3)相间设置形成一个新的弹簧体结构；用控制器将第i根弹簧(2)加热至T0温度，进而因形变产生劲度系数的改变，从而改变整个弹簧体的劲度系数。本发明具有劲度系数自动变换的优点。

Description

变刚度的记忆合金弹簧体及其劲度系数变化方法
技术领域
本发明涉及一种变刚度的记忆合金弹簧体及其劲度系数变化方法。
背景技术
弹簧是一种很常见的机械结构。传统的弹簧其劲度系数是一个常值，后来人们设计出一种可以改变劲度系数的螺旋弹簧，不过这类弹簧是根据载荷的大小被动地改变自己的刚度的，不能满足某些特殊的工程需求。
记忆合金是一种刚度可变的金属，其状态有低温下的马氏体相和高温下的奥氏体相两种，奥氏体状态下的弹性模量可达马氏体状态下的两到三倍。这个特性可以用来制作劲度系数可变的弹簧。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的弹簧的劲度系数是常值，无法自动改变的问题，而提出一种变刚度的记忆合金弹簧体及其劲度系数变化方法。
一种变刚度的记忆合金弹簧体，其组成包括：控制器、一组弹簧和一组隔板，所有弹簧在相同的形变方向排列，隔板与弹簧相间设置成一体结构，每根弹簧的两端均通过引线与控制器连接；其中，
隔板位于整个弹簧体的两端，隔板的数量比弹簧的数量多一个。
一种变刚度的记忆合金弹簧体的劲度系数变化方法，
步骤一、在T0温度下，将形状记忆合金制作成一组劲度系数为ki的弹簧；i＝3,4...30；
步骤二、在T1温度下，将一组劲度系数为ki的弹簧变为劲度系数为ki′的弹簧；
步骤三、把一组经步骤二操作后的排列在相同形变方向的弹簧与隔板相间设置形成一个新的弹簧体结构，且由各弹簧的劲度系数构成了弹簧体结构的劲度系数k0；
步骤四、控制器通过引线供电并将第i根弹簧加热至T0温度，被加热的第i根弹簧因温度的改变而产生形变，进而因形变产生劲度系数的改变，从而改变整个弹簧体的劲度系数；
步骤五、形变的弹簧工作结束后，控制器结束对相应弹簧加热过程的控制，整个弹簧体开始形变恢复至T1温度下劲度系数k0的状态。
本发明的有益效果为：
本发明是了解决现有的弹簧的劲度系数是常值，无法自动改变的问题，而提出一种变刚度的记忆合金弹簧体及其劲度系数变化方法。通过改变构成弹簧体的弹簧中的一个或多个，实现根据使用需要自动改变整体的进度系数的目的，以满足不同工程情况的需求。
在实际运用中，多根弹簧在相同的形变方向上通过隔板固定连接，可以通过只加热一根或同时加热多根弹簧，得到具有多种劲度系数的弹簧体。根据每根形状记忆合金材料制作的弹簧在不同的温度下具有的不同劲度系数，当由N根弹簧组成的弹簧体系统可以实现2N种不同的劲度系数的弹簧体。具有使用范围广，且劲度系数变换过程简单、可控的优点。
附图说明
图1为本发明涉及的整个弹簧体的结构示意图；
图2为本发明涉及的弹簧体中第2根弹簧k2处于一种工作状态下的结构示意图；图中，弹簧体起初处于图2的状态下，即每根弹簧都是没有加热的状态，这时弹簧体的劲度系数为k0，由于工作情况的变化，需要弹簧体的劲度系数变为k0′，经计算发现加热弹簧k2可以满足所需刚度，于是控制器给弹簧k2供电，弹簧k2受热劲度系数发生改变，从而使整体的劲度系数变为k0′。
值得说明的是，为了画图方便，图里只用了3根弹簧，在例子中也对一根弹簧加热。而在实际运用中，可以多根弹簧排列构成一个弹簧体，也可以选择加热其中一根或同时加热几根弹簧，从而实现更多的劲度系数。
具体实施方式
具体实施方式一：
本实施方式的变刚度的记忆合金弹簧体，结合图1所示，其组成包括：控制器1、一组弹簧2和一组隔板3，所有弹簧2在相同的形变方向排列，隔板3与弹簧2相间设置成一体结构，每根弹簧2的两端均通过引线4与控制器1连接；其中，
隔板3位于整个弹簧体的两端，隔板3的数量比弹簧2的数量多一个。
具体实施方式二：
与具体实施方式一不同的是，本实施方式的变刚度的记忆合金弹簧体，所述弹簧2个数为3-20个。
具体实施方式三：
与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的变刚度的记忆合金弹簧体，所述弹簧2个数为10个。
具体实施方式四：
与具体实施方式一不同的是，本实施方式的变刚度的记忆合金弹簧体，所述弹簧2采用形状记忆合金材料制作。
具体实施方式五：
与具体实施方式一、二或四不同的是，本实施方式的变刚度的记忆合金弹簧体，所述隔板3采用绝缘材料制作。
具体实施方式六：
与具体实施方式五不同的是，本实施方式的变刚度的记忆合金弹簧体，所述引线4采用低电阻导电材料制作，电阻约为0.001-0.005Ω。
具体实施方式七：
本实施方式的变刚度的记忆合金弹簧体的劲度系数变化方法，所述劲度系数变化方法通过以下步骤实现：
步骤一、在T0温度下，将形状记忆合金制作成一组劲度系数为ki的弹簧2；i＝3,4...30；
步骤二、在T1温度下，将一组劲度系数为ki的弹簧变为劲度系数为ki′的弹簧2；
步骤三、利用形状记忆合金在高温和低温时刚度的不同特性，把一组经步骤二操作后的排列在相同形变方向的弹簧2与隔板3相间设置形成一个新的弹簧体结构，且由各弹簧2的劲度系数构成了弹簧体结构的劲度系数k0；
步骤四、控制器通过引线供电并将第i根弹簧加热至T0温度，被加热的第i根弹簧2因温度的改变而产生形变，进而因形变产生劲度系数的改变，从而改变整个弹簧体的劲度系数，且整个加热、形变过程是可控的；
步骤五、形变的弹簧2工作结束后，控制器结束对相应弹簧2加热过程的控制，整个弹簧体开始形变恢复至T1温度下劲度系数k0的状态。
具体实施方式八：
与具体实施方式五不同的是，本实施方式的变刚度的记忆合金弹簧体的劲度系数变化方法，步骤三所述弹簧体结构的劲度系数k0满足下述关系：
其中，k0为T1温度下整个弹簧体结构的劲度系数，ki′为T1温度下各个弹簧2的劲度系数。
具体实施方式九：
与具体实施方式五不同的是，本实施方式的变刚度的记忆合金弹簧体的劲度系数变化方法，步骤四所述第i根弹簧2因温度的改变而产生形变，进而因形变产生劲度系数的改变，从而改变整个弹簧体的劲度系数时，第i根弹簧2因形变产生劲度系数的改变其变化量为Δki′，则整个弹簧体结构的劲度系数的变化量为：
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种变刚度的记忆合金弹簧体的劲度系数变化方法，其特征在于，所述方法所基于的弹簧体包括控制器(1)、一组弹簧(2)和一组隔板(3)，所有弹簧(2)在相同的形变方向排列，隔板(3)与弹簧(2)相间设置成一体结构，每根弹簧(2)的两端均通过引线(4)与控制器(1)连接；其中，隔板(3)位于整个弹簧体的两端，隔板(3)的数量比弹簧(2)的数量多一个；
所述方法包括：
步骤一、在T0温度下，将形状记忆合金制作成一组劲度系数为ki的弹簧(2)；i＝3,4...30；
步骤二、在T1温度下，将一组劲度系数为ki的弹簧(2)变为劲度系数为ki′的弹簧(2)；
步骤三、把一组经步骤二操作后的排列在相同形变方向的弹簧(2)与隔板(3)相间设置形成一个新的弹簧体结构，且由各弹簧(2)的劲度系数构成了弹簧体结构的劲度系数k0；
步骤四、控制器通过引线(4)供电并将第i根弹簧(2)加热至T0温度，被加热的第i根弹簧(2)因温度的改变而产生形变，进而因形变产生劲度系数的改变，从而改变整个弹簧体的劲度系数；
步骤五、形变的弹簧(2)工作结束后，控制器结束对相应弹簧(2)加热过程的控制，整个弹簧体开始形变恢复至T1温度下劲度系数k0的状态。
2.根据权利要求1所述变刚度的记忆合金弹簧体的劲度系数变化方法，其特征在于：步骤三所述弹簧体结构的劲度系数k0满足下述关系：
其中，k0为T1温度下整个弹簧体结构的劲度系数，ki′为T1温度下各个弹簧(2)的劲度系数。
3.根据权利要求2所述变刚度的记忆合金弹簧体的劲度系数变化方法，其特征在于：步骤四所述第i根弹簧(2)因温度的改变而产生形变，进而因形变产生劲度系数的改变，从而改变整个弹簧体的劲度系数时，第i根弹簧(2)因形变产生劲度系数的改变其变化量为Δki′，则整个弹簧体结构的劲度系数的变化量为：
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