CN110529349A - 一种基于形状记忆合金的驱动装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于形状记忆合金的驱动装置，属于动力装置领域。包括端部固定架、中间稳定架、SMA弹簧和加热管；安装有所述中间稳定架的动力轴两端分别穿过对应的端部固定架，端部固定架与中间稳定架相对的一端安装有加热管，中间稳定架上设有用于加热管通过的通孔，加热管位于SMA弹簧内。本发明通过加热棒使SMA弹簧形变来提供动力，对环境的污染小，本装置结构简单，可以叠加使用。
Description
技术领域
本发明涉及动力装置领域，尤其涉及一种基于形状记忆合金的驱动装置。
背景技术
人类的生产生活离不开动力，从畜力到水力、风力、热力、原子能及其转化的电力，无一不在人类发展中发挥着巨大的作用，但这些动力在运用的同时也给环境造成了严重的影响，给人类的未来发展带来巨大危机，寻找一种对环境破坏极小甚致没有破坏的动力，成了当今人们的共识；形状记忆合金(SMA)是一种的新型的智能金属材料，它产生于上世纪六十年代初，目前在包括机电、航空航天、医疗器械、汽车等许多领域被广泛应用，形状记忆合金具有优良的形状记忆效应，可通过温度场、磁场或力场等单一外场或多场耦合的作用来改变形状，输出较大的位移和驱动力，同时也可以通过训练使形状记忆合金具有稳定、良好的双程形状记忆效应，可以满足驱动器和传感器等领域的应用，如何应用形状记忆合金(SMA)来提供动力是一种寻找对环境破坏极小甚致没有破坏的动力的途径。
发明内容
为解决现有能源提供动力对环境造成较大破坏的问题，本发明提供了一种基于形状记忆合金的驱动装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于形状记忆合金的驱动装置，包括端部固定架、中间稳定架、SMA弹簧和加热管；安装有所述中间稳定架的动力轴两端分别穿过对应的端部固定架，端部固定架与中间稳定架相对的一端安装有加热管，中间稳定架上设有用于加热管通过的通孔，加热管位于SMA弹簧内。
进一步的，所述端部固定架包括支撑架和固定台，固定台由大直径圆台和小直径圆台组成，其中小直径圆台伸入两个支撑架内，大直径圆台一侧与SMA弹簧连接，固定台内设置用于动力轴做往复运动的直线轴承。
进一步的，驱动装置还与传动机构连接；所述传动机构包括传动轴A和传动轴B，传动轴A中部设有齿轮A，传动轴A还设有位于齿轮A两侧的齿轮B，齿轮B通过单向轴承与传动轴A相连，齿轮B与动力轴一端的齿条相连，齿轮A与传动轴B上的齿轮a相连。
进一步的，所述传动轴A和传动轴B两端分别通过轴承与底盘两端的传动支架连接，传动轴B的两端还连接车轮，底盘上还设有用于托住齿条的托架，端部固定架的支撑架安装在底盘上。
进一步的，所述中间稳定架两侧的加热管交替加热，首先中间稳定架位于起始位置，加热管A加热，SMA弹簧A伸长，SMA弹簧B收缩，推动中间稳定架向移动至第一位置，然后加热管A加热停止加热，加热管B开始加热，SMA弹簧A收缩，SMA弹簧B伸长推动中间稳定架移动至第二位置，中间稳定架依次循环带动动力轴做往复运动。
进一步的，所述端部固定架上安装的加热管数量为三个。
本发明的有益效果是：通过加热棒使SMA弹簧形变来提供动力，对环境的污染小，本装置结构简单，可以叠加使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明传动机构的结构示意图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为本发明中间稳定架位于起始位置的结构示意图；
图5为本发明中间稳定架位于第一位置的结构示意图；
图6为本发明中间稳定架位于第二位置的结构示意图。
图中1.1.齿轮B，1.2.齿轮A，2.1.齿条，2.2.直线轴承，2.3.端部固定架，2.4.加热管，2.4.1.加热管B，2.4.2.加热管A，2.5.SMA弹簧，2.5.1.SMA弹簧B，2.5.2.SMA弹簧A，2.6.中间稳定架。
具体实施方式
一种基于形状记忆合金的驱动装置，包括端部固定架2.3、中间稳定架2.6、SMA弹簧2.5和加热管2.4；安装有中间稳定架2.6的动力轴两端分别穿过对应的端部固定架2.3，端部固定架2.3与中间稳定架2.6相对的一端安装有加热管2.4，所述端部固定架2.3包括支撑架和固定台，固定台由大直径圆台和小直径圆台组成组成，其中小直径圆台伸入两个支撑架内，大直径圆台一侧与SMA弹簧2.5一侧连接，弹簧2.5另一端与中间稳定架2.6连接，固定台内设置用于动力轴做往复运动的直线轴承2.2，中间稳定架2.6上设有用于加热管2.4通过的通孔，加热管2.4位于SMA弹簧2.5内，优选的中间稳定架2.6与动力轴过盈配合，加热管2.4采用常州全兴电热科技有限公司8X30规格220v的加热棒。
驱动装置还与传动机构连接；所述传动机构包括传动轴A和传动轴B，传动轴A中部设有齿轮A1.2，传动轴A还设有位于齿轮A1.2两侧的齿轮B1.1，齿轮B1.1通过单向滚珠轴承与传动轴A相连，齿轮B1.1与对应的齿条2.1相连，齿条2.1一端通过卡具与动力轴固定，齿轮A1.2与传动轴B上的齿轮a相连，传动轴A和传动轴B两端分别通过轴承与底盘两端的传动支架转动连接，传动轴B的两端还连接车轮，底盘上还设有用于托住齿条2.1的托架，端部固定架2.3的支撑架通过螺钉安装在底盘上，两组驱动装置交替工作可以通过传动机构持续的向外提供动力。
所述中间稳定架2.6两侧的加热管2.4交替加热，当加热管2.4通电后SMA弹簧2.5开始升温，随着温度的升高，SMA弹簧2.5开始发生相变，由原来的马氏体渐渐向奥氏体转变，随着相变的进行，SMA弹簧2.5逐渐伸长，相对一侧的SMA弹簧2.5则逐渐收缩，当加热侧转变之后，压缩状态的SMA弹簧2.5在温度和压力的作用下开始发生由马氏体向奥氏体的相变，而之前完成由马氏体向奥氏体相变的SMA弹簧2.5则逐渐恢复，首先中间稳定架2.6位于起始位置，此时中间稳定架2.6两侧的SMA弹簧2.5没有变形长度一致，然后中间稳定架2.6一侧的加热管A2.4.2同时加热，这一侧的SMA弹簧A2.5.2均伸长，中间稳定架2.6另一侧的SMA弹簧B2.5.1收缩，推动中间稳定架2.6向另一侧移动至第一位置，此时中间稳定架2.6一侧的加热管A2.4.2位于中间稳定架2.6的通孔外，SMA弹簧A2.5.2的长度大于加热管A2.4.2的长度，此过程优选为10秒，然后中间稳定架2.6一侧的加热管A2.4.2停止加热，另一侧的加热管B2.4.1开始加热，中间稳定架2.6一侧的SMA弹簧A2.5.2收缩，另一侧的SMA弹簧B2.5.1伸长推动中间稳定架2.6向一侧移动至第二位置，此时中间稳定架2.6另一侧的加热管B2.4.1位于中间稳定架2.6的通孔外，SMA弹簧B2.5.1的长度大于加热管B2.4.1的长度，中间稳定架2.6依次循环带动动力轴做往复运动提供动力，由于本实施例能否高效率产生动力的关键在于SMA弹簧2.5对温度场和力场的灵敏度，所以本实施例每一个加热管2.4对应一个SMA弹簧2.5，这样每个SMA弹簧2.5相互独立运行，可以更高效产生动力，还可以安装温度传感器和力敏传感器监测驱动装置内的实时温度场和力场变化，从而实现实时监测动力的产生情况及大小；优选的加热管2.4的温度在30-60度范围内变化。
所述端部固定架2.3上安装的加热管2.4数量为三个。
由于形状记忆合金的形状记忆效应不受其他外界条件的影响，这是材料本身具有的一种功能特性，因此可以通过调节材料的这种特性实现输出位移、输出力的控制，尤其是在发生马氏体相变时会产生很大的恢复力；同时通过一定的热机训练使形状记忆合金具有双程形状记忆效应，这样通过本实施例就可以完成类似于汽车发动机上活塞气缸的功能，但是该功能不需要消耗燃油、天然气等能源，也不会产生污染环境的气体，借助形状记忆合金的这种功能特性，本实施例设置了两组交替运动的驱动装置，这是持续稳定的驱动力的根本来源，就可以完成达到双程形状记忆合金的效果，并且输出位移、输出力相对来说更易控制，因此本实施例驱动力的产生可实现节能且零排放；本实施例SMA弹簧2.5的形状记忆合金优选为TiNi基形状记忆合金、NiMnGa基形状记忆合金、NiMnIn形状记忆合金、Co-Ni基形状记忆合金。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于形状记忆合金的驱动装置，其特征在于，包括端部固定架(2.3)、中间稳定架(2.6)、SMA弹簧(2.5)和加热管(2.4)；安装有所述中间稳定架(2.6)的动力轴两端分别穿过对应的端部固定架(2.3)，端部固定架(2.3)与中间稳定架(2.6)相对的一端安装有加热管(2.4)，中间稳定架(2.6)上设有用于加热管(2.4)通过的通孔，加热管(2.4)位于SMA弹簧(2.5)内。
2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的驱动装置，其特征在于，所述端部固定架(2.3)包括支撑架和固定台，固定台由大直径圆台和小直径圆台组成，其中小直径圆台伸入两个支撑架内，大直径圆台一侧与SMA弹簧(2.5)连接，固定台内设置用于动力轴做往复运动的直线轴承(2.2)。
3.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的驱动装置，其特征在于，驱动装置还与传动机构连接；所述传动机构包括传动轴A和传动轴B，传动轴A中部设有齿轮A(1.2)，传动轴A还设有位于齿轮A(1.2)两侧的齿轮B(1.1)，齿轮B(1.1)通过单向轴承与传动轴A相连，齿轮B(1.1)与动力轴一端的齿条(2.1)相连，齿轮A(1.2)与传动轴B上的齿轮a相连。
4.根据权利要求3所述的一种基于形状记忆合金的驱动装置，其特征在于，所述传动轴A和传动轴B两端分别通过轴承与底盘两端的传动支架连接，传动轴B的两端还连接车轮，底盘上还设有用于托住齿条(2.1)的托架，端部固定架(2.3)的支撑架安装在底盘上。
5.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的驱动装置，其特征在于，所述中间稳定架(2.6)两侧的加热管(2.4)交替加热，首先中间稳定架(2.6)位于起始位置，加热管A(2.4.2)加热，SMA弹簧A(2.5.2)伸长，SMA弹簧B(2.5.1)收缩，推动中间稳定架(2.6)向移动至第一位置，然后加热管A(2.4.2)加热停止加热，加热管B(2.4.1)开始加热，SMA弹簧A(2.5.2)收缩，SMA弹簧B(2.5.1)伸长推动中间稳定架(2.6)移动至第二位置，中间稳定架(2.6)依次循环带动动力轴做往复运动。
6.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的驱动装置，其特征在于，所述端部固定架(2.3)上安装的加热管(2.4)数量为三个。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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