CN108223320B - 一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置，它涉及可变形飞行器技术领域。本发明为解决现有飞行器的力驱动装置结构复杂，阻力过大，应用范围过于局限的问题。本发明包括力放大机构和形状记忆合金驱动机构，力放大机构包括顶部支架、螺杆、螺纹孔销轴、底座、光孔销轴、花键轴、两个上支撑臂和两个下支撑臂，形状记忆合金驱动机构包括平带、外带轮和两个驱动单元，每个驱动单元包括外壳体、形状记忆合金带和内带轮。本发明用于可变形飞行器。
Description
技术领域
本发明涉及可变形飞行器技术领域，具体涉及一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置。
背景技术
在航空航天领域，可变形飞行器对飞行器的发展有着重要的意义。在可变形飞行器设计过程中，为了提高飞行器的续航时间、降低其制造成本，飞行器变形驱动装置需要尽可能地减小质量，而传统的飞行器变形驱动装置质量大，无法很好地满足航空航天的需要；另外，飞行器在实际工作中可能会受到信道、外界环境和敌方的干扰，因此抗电磁干扰能力在飞行器变形驱动装置选择中占有非常重要的地位，而传统电机驱动装置易受到以上因素影响，同样不能很好地满足需求。因此，可变形飞行器设计领域急需一种结构简单、质量轻且抗干扰能力强的驱动装置。
专利公开号CN105836106A，名称为基于形状记忆合金驱动的变体机翼后缘及其偏转方法，采用记忆合金丝作为驱动源，有效地减轻了驱动装置的质量。这种设计的不足之处在于驱动力很小且绳索缠绕结构会产生额外的阻力，应用范围过于局限。专利公开号CN205773046U，名称为一种两用剪式千斤顶，采用电机与千斤顶串联的结构，有效地实现了驱动力的放大，这种设计的不足之处在于质量过大且易受电磁干扰，不适用于可变形飞行器设计领域。
发明内容
本发明为了解决现有飞行器的力驱动装置结构复杂，阻力过大，应用范围过于局限的问题，进而提出一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置包括力放大机构和形状记忆合金驱动机构，力放大机构包括顶部支架、螺杆、螺纹孔销轴、底座、光孔销轴、花键轴、两个上支撑臂和两个下支撑臂，两个下支撑臂相对设置，下支撑臂的下端与底座转动连接，一个下支撑臂的上端通过光孔销轴与一个上支撑臂的下端铰接，另一个下支撑臂的上端通过螺纹孔销轴与另一个上支撑臂的下端铰接，两个上支撑臂相对设置，上支撑臂的上端与顶部支架转动连接，光孔销轴的外圆周侧壁上设有光孔，螺纹销轴的外圆周侧壁上设有螺纹孔，螺杆的一端插装在光孔销轴的光孔内，螺杆的另一端旋装在螺纹孔销轴的螺纹孔上，花键轴固接在螺杆一端的末端，
形状记忆合金驱动机构包括平带、外带轮和两个驱动单元，每个驱动单元包括外壳体、形状记忆合金带和内带轮，内带轮安装在外壳体内侧的中部，内带轮与外壳体转动连接，形状记忆合金带的内侧端固接在外壳体内侧的中心，形状记忆合金带在内带轮外圆周侧壁的内侧以内带轮的轴线方向为回转轴逐层缠绕呈圆盘状，内带轮的外侧壁上设有矩形槽，形状记忆合金带的外侧端穿过矩形槽且与平带的端部固接，平带沿内带轮的外圆周侧壁逐层缠绕呈圆盘状，外壳体的侧壁上设有矩形孔，平带穿过矩形孔，外壳体外部的平带绕过外带轮的外圆周侧壁，外带轮套装在花键轴上，外带轮的内侧设有内花键，外带轮的内花键与花键轴配合。
本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
1、本发明采用记忆合金带作为驱动源，明显地减小了驱动装置的质量，总体重量降低了30％以上，同时避免了使用电机驱动时受到电磁干扰的影响。
2、本发明使用形状记忆合金驱动结构，既便于拆卸，又有效地避免了记忆合金丝缠绕引起的阻力过大问题。
3、本发明使用形状记忆合金驱动结构带动力放大结构的螺杆转动，实现力放大结构的输出。同时，力放大结构有效地实现了驱动力的放大，它也具有自锁功能，可省去锁定和解锁机构，降低了驱动结构的复杂性。
4、本装置也可以省去力放大结构，通过形状记忆合金驱动结构直接输出，可用于所需驱动力较小等多种场合。
附图说明
图1是本发明整体结构的轴测图；
图2是本发明整体结构的主视图；
图3是图2的左视图；
图4是图2中去掉面壳2-3后的左视图；
图5是本发明中形状记忆合金驱动机构2中去掉面壳2-3、盖板2、9和外带轮2-10后的结构示意图；
图6是图5的轴测图；
图7是本发明中形状记忆合金带2-7和内带轮2-8的轴测图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置包括力放大机构1和形状记忆合金驱动机构2，力放大机构1包括顶部支架1-2、螺杆1-5、螺纹孔销轴1-6、底座1-9、光孔销轴1-10、花键轴1-11、两个上支撑臂1-3和两个下支撑臂1-7，两个下支撑臂1-7相对设置，下支撑臂1-7的下端与底座1-9转动连接，一个下支撑臂1-7的上端通过光孔销轴1-10与一个上支撑臂1-3的下端铰接，另一个下支撑臂1-7的上端通过螺纹孔销轴1-6与另一个上支撑臂1-3的下端铰接，两个上支撑臂1-3相对设置，上支撑臂1-3的上端与顶部支架1-2转动连接，光孔销轴1-10的外圆周侧壁上设有光孔，螺纹销轴1-6的外圆周侧壁上设有螺纹孔，螺杆1-5的一端插装在光孔销轴1-10的光孔内，螺杆1-5的另一端旋装在螺纹孔销轴1-6的螺纹孔上，花键轴1-11固接在螺杆1-5一端的末端，
形状记忆合金驱动机构2包括平带2-1、外带轮2-10和两个驱动单元，每个驱动单元包括外壳体、形状记忆合金带2-7和内带轮2-8，内带轮2-8安装在外壳体内侧的中部，内带轮2-8与外壳体转动连接，形状记忆合金带2-7的内侧端固接在外壳体内侧的中心，形状记忆合金带2-7在内带轮2-8外圆周侧壁的内侧以内带轮2-8的轴线方向为回转轴逐层缠绕呈圆盘状，内带轮2-8的外侧壁上设有矩形槽2-11，形状记忆合金带2-7的外侧端穿过矩形槽2-11且与平带2-1的端部固接，平带2-1沿内带轮2-8的外圆周侧壁逐层缠绕呈圆盘状，外壳体的侧壁上设有矩形孔2-12，平带2-1穿过矩形孔2-12，外壳体外部的平带2-1绕过外带轮2-10的外圆周侧壁，外带轮2-10套装在花键轴1-11上，外带轮2-10的内侧设有内花键，外带轮2-10的内花键与花键轴1-11配合。
本发明采用形状记忆合金驱动机构2，该机构利用记忆合金带2-7变形产生的作用力，带动内带轮2-8绕轴旋转，使内带轮2-8外的平带2-1绕着内带轮2-8缠绕，实现平带2-1的运动。该形状记忆合金驱动机构2便于拆卸，明显地减小了驱动装置的质量，且避免了使用电机驱动时受到电磁干扰的影响。
本发明使用形状记忆合金驱动机构2带动力放大结构的螺杆1-5转动，实现力放大结构的输出。力放大结构有效地实现了驱动力的放大，并具有自锁功能，可省去锁定和解锁机构，降低了驱动结构的复杂性。
形状记忆合金带2-7的内侧端固接在外壳体内侧的中心，外侧端卡在内带轮2-8的矩形槽2-11上。当处于工作温度时，形状记忆合金带2-7发生变形，由于其最里端固定，外端会带动安装在外壳体上的内带轮2-8绕中心轴旋转，通过内带轮2-8的旋转将平带2-1卷在内带轮2-8上，平带2-1穿过外壳体侧壁上的矩形孔2-12，绕过外带轮2-10带动另一个驱动单元的内带轮2-8旋转，其内部的形状记忆合金带2-7由于处于非工作温度中，可以随着内带轮2-8的旋转被动变形。同时，平带2-1带动外带轮2-10旋转，外带轮2-10的内侧设有内花键，外带轮2-10通过内花键带动花键轴1-11旋转，花键轴1-11带动螺杆1-5旋转，螺杆1-5的一端插装在光孔销轴1-10的光孔内，螺杆1-5的另一端旋装在螺纹孔销轴1-6的螺纹孔上，螺杆1-5与光孔销轴1-10的相对位置保持不变，这样就使螺纹孔销轴1-6与光孔销轴1-10之间的距离变短。由于底座1-9固定，下支承臂1-7与底座1-9转动连接，将螺杆1-5抬起，同时上支承臂1-3与顶部支架1-2转动连接，将顶部支架1-2抬起。
当需要复位时，将原本处于工作温度状态的形状记忆合金带2-7降温至非工作温度状态。然后对另一个驱动单元的形状记忆合金带2-7进行加热，使其从非工作温度状态变为工作温度状态，其中的形状记忆合金带2-7发生变形，由于其最里端固定，外端会带动安装在外壳体上的内带轮2-8绕中心轴旋转，通过内带轮2-8的旋转将平带2-1卷在内带轮2-8上，平带2-1穿过外壳体侧壁上的矩形孔2-12，绕过外带轮2-10带动原驱动单元的内带轮2-8旋转，其内部的形状记忆合金带2-7由于处于非工作温度下，可以随着内带轮2-8的旋转被动变形。同时，平带2-1带动外带轮2-10旋转。外带轮2-10的内侧设有内花键，外带轮2-10通过内花键带动花键轴1-11旋转，花键轴1-11会带动螺杆1-5旋转，螺杆1-5的一端插装在光孔销轴1-10的光孔内，螺杆1-5的另一端旋装在螺纹孔销轴1-6的螺纹孔上，螺杆1-5与光孔销轴1-10的相对位置保持不变，这样就使螺纹孔销轴1-6与光孔销轴1-10之间的距离变长。由于底座1-9固定，下支承臂1-7与底座1-9转动连接，将螺杆1-5降下，同时上支承臂1-3与顶部支架1-2转动连接，将顶部支架1-2降下。
具体实施方式二：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述螺杆1-5的一端设有轴肩，轴肩卡在光孔销轴1-10的外圆周侧壁上。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
如此设计螺杆1-5的一端通过螺杆1-5的轴肩定位，使螺杆1-5与光孔销轴1-10的相对位置保持不变。
具体实施方式三：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述花键轴1-11的两端端面上各设有一个止推垫圈1-14，止推垫圈1-14套装在螺杆1-5上，花键轴1-11外侧端的止推垫圈1-14的外侧设有螺母1-12，螺母1-12旋装在螺杆1-5一端的末端，螺母1-12与花键轴1-11外侧端的止推垫圈1-14之间设有弹簧垫圈1-13。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
如此设计将螺杆1-5一端上的花键轴1-11和光孔销轴1-10进行有效定位。
具体实施方式四：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述上支撑臂1-3的上端通过顶部支架销轴1-1与顶部支架1-2转动连接，下支撑臂1-7的下端通过底座销轴1-8与底座1-9转动连接。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二或三相同。
如此设计当螺纹孔销轴1-6与光孔销轴1-10之间的距离变短时，由于底座1-9固定，下支承臂1-7会绕底座销轴1-8旋转，将螺杆1-5抬起，同时上支承臂1-3会绕顶部支架销轴1-1旋转，将顶部支架1-2抬起。
当螺纹孔销轴1-6与光孔销轴1-10之间的距离变长时，由于底座1-9固定，下支承臂1-7会绕底座销轴1-8反向旋转，将螺杆1-5降下，同时上支承臂1-3会绕顶部支架销轴1-1反向旋转，将顶部支架1-2降下。
具体实施方式五：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述螺纹孔销轴1-6和光孔销轴1-10的末端均设有开口销1-4。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述外壳体包括面壳2-3、底壳2-4和四个六角螺栓2-2，面壳2-3和底壳2-4相对设置，面壳2-3与底壳2-4之间通过四个六角螺栓2-2固接。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、三或五相同。
具体实施方式七：结合图4至图7说明本实施方式，本实施方式所述内带轮2-8的一端端面卡装在底壳2-4内侧的中部，且内带轮2-8与底壳2-4转动连接，内带轮2-8的另一端端面上通过弹性卡扣卡装有盖板2-9。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
如此设计将内带轮2-8设置在底壳2-4与盖板2-9之间，防止内带轮2-8上的形状记忆合金带2-7在变形的过程中发生偏移或脱出。
具体实施方式八：结合图4至图6说明本实施方式，本实施方式所述形状记忆合金带2-7设置在底壳2-4内侧的中部，底壳2-4内侧的中心设有一字槽2-13，记忆合金带2-7的内侧端卡装在一字槽2-13内。其它组成和连接方式与具体实施方式七相同。
如此设计将形状记忆合金带2-7的最里端卡在底壳2-4中心轴的一字槽2-13内，将其有效固定。
具体实施方式九：结合图5至图6说明本实施方式，本实施方式所述形状记忆合金带2-7与平带2-1之间连接有隔热带2-5，隔热带2-5的一端与形状记忆合金带2-7的外侧端固接，隔热带2-5的另一端与平带2-1的端部固接，隔热带2-5缠绕在内带轮2-8的外圆周侧壁上。其它组成和连接方式与具体实施方式七或八相同。
如此设计的隔热带2-5能够减少形状记忆合金带2-7与外部发生热传递，防止形状记忆合金带2-7的热量流失。
具体实施方式十：结合图5至图6说明本实施方式，本实施方式所述隔热带2-5的一端与形状记忆合金带2-7的外侧端之间和隔热带2-5的另一端与平带2-1的端部之间均通过铆钉2-6固接。其它组成和连接方式与具体实施方式九相同。
工作原理
当处于工作温度时，一侧形状记忆合金驱动单元中的形状记忆合金带2-7发生变形，并逐层靠在内带轮2-8的内壁上。在形状记忆合金带2-7外层带和内带轮2-8引起的摩擦力和内带轮2-8上矩形槽2-11引起的阻力作用下，形状记忆合金带2-7带动内带轮2-8绕着底壳2-4中心轴进行旋转，使内带轮2-8外的隔热带2-5和平带2-1绕着内带轮2-8缠绕，实现这一侧平带的缩进。而另一侧的形状记忆合金驱动单元在非工作温度下，内部的形状记忆合金带2-7随着平带2-1的带动发生被动形变，实现了平带2-1的运动。在形状记忆合金驱动单元外，平带2-1带动外带轮2-10转动，由于外带轮2-10内部有内花键，形状记忆合金驱动机构2与力放大机构1通过内花键与花键轴1-11配合连接，因此外带轮2-10带动花键轴1-11和螺杆1-5转动。螺杆1-5的一端通过螺杆1-5的轴肩定位，使螺杆1-5与光孔销轴1-10的相对位置保持不变，另一端与螺纹孔销轴1-6之间采用螺纹连接，因此螺杆1-5旋出使螺纹孔销轴1-6与光孔销轴1-10之间的距离变短，两个上支承臂1-3和螺杆1-5组成一个等腰三角形，由于上支撑臂1-3长度不变，底边变短会使高线变长。同理，两个下支承臂1-7和螺杆1-5组成的等腰三角形高线也变长，实现了顶部支架1-2的上升。
当需要复位时，将原本处于工作温度状态的形状记忆合金带2-7降温至非工作温度状态。然后对另一个驱动单元的形状记忆合金带2-7进行加热，使其从非工作温度状态变为工作温度状态，其中的形状记忆合金带2-7发生变形，由于其最里端固定，外端会带动安装在外壳体上的内带轮2-8绕中心轴旋转，通过内带轮2-8的旋转将平带2-1和隔热带2-5卷在内带轮2-8上，平带2-1穿过外壳体侧壁上的矩形孔2-12，绕过外带轮2-10带动原驱动单元的内带轮2-8旋转，其内部的形状记忆合金带2-7由于处于非工作温度下，可以随着内带轮2-8的旋转被动变形。同时，平带2-1带动外带轮2-10旋转。外带轮2-10的内侧设有内花键，外带轮2-10通过内花键带动花键轴1-11旋转，花键轴1-11会带动螺杆1-5旋转，螺杆1-5的一端通过螺杆1-5的轴肩定位，使螺杆1-5与光孔销轴1-10的相对位置保持不变，另一端与螺纹孔销轴1-6之间采用螺纹连接，因此螺杆1-5旋出使螺纹孔销轴1-6与光孔销轴1-10之间的距离变长。由于底座1-9固定，下支承臂1-7与底座1-9转动连接，将螺杆1-5降下，同时上支承臂1-3与顶部支架1-2转动连接，将顶部支架1-2降下。
Claims (10)
1.一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置，其特征在于：所述一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置包括力放大机构(1)和形状记忆合金驱动机构(2)，力放大机构(1)包括顶部支架(1-2)、螺杆(1-5)、螺纹孔销轴(1-6)、底座(1-9)、光孔销轴(1-10)、花键轴(1-11)、两个上支撑臂(1-3)和两个下支撑臂(1-7)，两个下支撑臂(1-7)相对设置，下支撑臂(1-7)的下端与底座(1-9)转动连接，一个下支撑臂(1-7)的上端通过光孔销轴(1-10)与一个上支撑臂(1-3)的下端铰接，另一个下支撑臂(1-7)的上端通过螺纹孔销轴(1-6)与另一个上支撑臂(1-3)的下端铰接，两个上支撑臂(1-3)相对设置，上支撑臂(1-3)的上端与顶部支架(1-2)转动连接，光孔销轴(1-10)的外圆周侧壁上设有光孔，螺纹销轴(1-6)的外圆周侧壁上设有螺纹孔，螺杆(1-5)的一端插装在光孔销轴(1-10)的光孔内，螺杆(1-5)的另一端旋装在螺纹孔销轴(1-6)的螺纹孔上，花键轴(1-11)固接在螺杆(1-5)一端的末端，
形状记忆合金驱动机构(2)包括平带(2-1)、外带轮(2-10)和两个驱动单元，每个驱动单元包括外壳体、形状记忆合金带(2-7)和内带轮(2-8)，内带轮(2-8)安装在外壳体内侧的中部，内带轮(2-8)与外壳体转动连接，形状记忆合金带(2-7)的内侧端固接在外壳体内侧的中心，形状记忆合金带(2-7)在内带轮(2-8)外圆周侧壁的内侧以内带轮(2-8)的轴线方向为回转轴逐层缠绕呈圆盘状，内带轮(2-8)的外侧壁上设有矩形槽(2-11)，形状记忆合金带(2-7)的外侧端穿过矩形槽(2-11)且与平带(2-1)的端部固接，平带(2-1)沿内带轮(2-8)的外圆周侧壁逐层缠绕呈圆盘状，外壳体的侧壁上设有矩形孔(2-12)，平带(2-1)穿过矩形孔(2-12)，外壳体外部的平带(2-1)绕过外带轮(2-10)的外圆周侧壁，外带轮(2-10)套装在花键轴(1-11)上，外带轮(2-10)的内侧设有内花键，外带轮(2-10)的内花键与花键轴(1-11)配合。
2.根据权利要求1所述一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置，其特征在于：所述螺杆(1-5)的一端设有轴肩，轴肩卡在光孔销轴(1-10)的外圆周侧壁上。
3.根据权利要求2所述一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置，其特征在于：所述花键轴(1-11)的两端端面上各设有一个止推垫圈(1-14)，止推垫圈(1-14)套装在螺杆(1-5)上，花键轴(1-11)外侧端的止推垫圈(1-14)的外侧设有螺母(1-12)，螺母(1-12)旋装在螺杆(1-5)一端的末端，螺母(1-12)与花键轴(1-11)外侧端的止推垫圈(1-14)之间设有弹簧垫圈(1-13)。
4.根据权利要求1、2或3所述一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置，其特征在于：所述上支撑臂(1-3)的上端通过顶部支架销轴(1-1)与顶部支架(1-2)转动连接，下支撑臂(1-7)的下端通过底座销轴(1-8)与底座(1-9)转动连接。
5.根据权利要求4所述一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置，其特征在于：所述螺纹孔销轴(1-6)和光孔销轴(1-10)的末端均设有开口销(1-4)。
6.根据权利要求1、2、3或5所述一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置，其特征在于：所述外壳体包括面壳(2-3)、底壳(2-4)和四个六角螺栓(2-2)，面壳(2-3)和底壳(2-4)相对设置，面壳(2-3)与底壳(2-4)之间通过四个六角螺栓(2-2)固接。
7.根据权利要求6所述一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置，其特征在于：所述内带轮(2-8)的一端端面卡装在底壳(2-4)内侧的中部，且内带轮(2-8)与底壳(2-4)转动连接，内带轮(2-8)的另一端端面上通过弹性卡扣卡装有盖板(2-9)。
8.根据权利要求7所述一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置，其特征在于：所述形状记忆合金带(2-7)设置在底壳(2-4)内侧的中部，底壳(2-4)内侧的中心设有一字槽(2-13)，记忆合金带(2-7)的内侧端卡装在一字槽(2-13)内。
9.根据权利要求7或8所述一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置，其特征在于：所述形状记忆合金带(2-7)与平带(2-1)之间连接有隔热带(2-5)，隔热带(2-5)的一端与形状记忆合金带(2-7)的外侧端固接，隔热带(2-5)的另一端与平带(2-1)的端部固接，隔热带(2-5)缠绕在内带轮(2-8)的外圆周侧壁上。
10.根据权利要求9所述一种基于形状记忆合金的力放大驱动装置，其特征在于：所述隔热带(2-5)的一端与形状记忆合金带(2-7)的外侧端之间和隔热带(2-5)的另一端与平带(2-1)的端部之间均通过铆钉(2-6)固接。
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| CN103352818A (zh) * | 2013-05-29 | 2013-10-16 | 南京航空航天大学 | 温控扭矩输出驱动装置及其装配方法以及其形状记忆合金卷簧的制备方法 |
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