CN114379823A - 一种记忆金属推销器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种记忆金属推销器。初始稳定状态下，驱动弹簧完全压缩，滚珠在滑套、保持架和滑销之间保持平衡，滑销受滚珠的约束而保持稳定，功能件收缩在保持架内；需要对外作功时，对SMA丝通电使其受热收缩带动滑套上移，滚珠失去平衡解除对滑销的限位，驱动弹簧驱动滑销上移，功能件从保持架伸出而对外作功。需要复位时，将功能件和滑销推回保持架，复位弹簧推动滑套下移，滑销、滚珠、滑套重新进入平衡状态，推销器复位完成。本发明具有配合精度高、承载能力强、推销过程顺畅、可靠性高、推销过程闭环控制的特点；采用不同的功能件即可实现结构限位、流体释放、锁钩脱离、绳索切割、管路通断、受控旋转等场景的可控驱动。

Description

一种记忆金属推销器

技术领域

本发明涉及驱动器技术领域，特别涉及一种记忆金属驱动的推销器。

背景技术

推销器是一种驱动装置，其作动元件在初始稳定状态下收缩在推销器内部，需要时，驱动元件将作动元件推出作功，以实现结构限位、流体释放、锁钩脱离、绳索切割、管路通断、受控旋转等场景的可控驱动。现有技术主要采用电磁驱动、火工驱动、液压驱动、气压驱动等方式实现上述功能，但这类驱动器普遍存在结构复杂、体积大、重量大的缺点，显然不适合用于狭小空间内的可控驱动，尤其是在航空航天领域等对尺寸和重量有严苛要求的场合使用受限。

发明内容

本发明针对现有技术中不足，提供了一种抗剪切能力强、作动顺畅、可靠性高、推销完成可自动断电的记忆金属推销器。

本发明采用的技术方案为：一种记忆金属推销器，由支撑单元、触发单元、驱动单元、功能单元和控制单元五个部分组成。支撑单元由保持架、壳体和底盖组成，为其他零件提供支撑和定位；触发单元包括SMA丝、滑套和滚珠，通过向SMA丝通电的方式来解除推销器的初始稳定状态，进而触发驱动单元开始工作；驱动单元依靠驱动弹簧的弹簧力驱动功能单元移动；功能单元由滑销和功能件组成，滑销在保持架内移动，安装在滑销头部的功能件从保持架伸出后对外作功；控制单元通过位置传感器感受位置的方式适时断开SMA丝的供电电路。

支撑单元由保持架、壳体和底盖组成，为其他零件提供支撑和定位。保持架为管状结构，其上部从壳体顶部的中心孔伸出，下部固定在底盖上；其中上部设有长形孔，为传动销的上下移动提供空间；中部设有凸边，用于安装驱动弹簧和复位弹簧；中下部设有圆孔，用于与滚珠配合；下端正交设置两对马蹄形孔，为SMA丝驱动过程提供运动空间；保持架底部固定在底盖上。壳体底部与底盖配合，壳体上设有法兰安装边用于整个推销器对外的连接和固定。

触发单元由SMA丝、滑套和滚珠组成。SMA丝穿过滑套下部的通孔和壳体侧壁的孔，固定在壳体侧壁上。滑套为套筒式结构，其内设有带斜面的阶梯状凹槽，上部的凹槽用于初始稳定状态下滚珠的横向限位，下部的凹槽用于推销完成后滚珠的收纳；滑套下部不同高度上设有两对正交的通孔，用于SMA丝的布置。滚珠用于在初始稳定状态下为滑销提供纵向限位。

驱动单元由驱动弹簧、弹簧衬套、传动销和复位弹簧组成。驱动弹簧通过弹簧衬套安装在保持架之外，其上端支撑在弹簧衬套的凸边上，下端支撑在保持架中部的凸边上，驱动弹簧通过弹簧衬套和传动销间接驱动滑销。复位弹簧上端支撑在保持架中部的凸边上，下端支撑在滑套上端面；滑销收缩时复位弹簧轻度压缩，确保滑套上部的凹槽斜面与滚珠保持接触，防止因振动等因素导致滑套上移进而引起意外推销；推销完成后滑套上移使复位弹簧完全压缩，其储存的弹性势能为滑套、滚珠、SMA丝的复位提供驱动力。

功能单元包括滑销和功能件。滑销的结构为轴型，能在保持架内腔上下滑动；滑销下部设有梯形槽，用于缩回状态下与滚珠配合；滑销中部设有哑铃型横向通孔，用于安装传动销；上部可从保持架上端伸出，用于驱动功能件对外作功。功能件安装在滑销的顶部，可以是限位销、撞针、铡刀、导管、直齿轮等，具体根据实际使用需求选择设置。

控制单元由位置传感器和相应的电路系统组成。位置传感器安装在壳体顶部的内侧面，推销完成后位置传感器受弹簧衬套挤压而闭合，从而自动断开SMA丝的供电电路，防止SMA丝过热受损。

初始稳定状态下，驱动弹簧完全压缩，滚珠在滑套、保持架和滑销的共同作用下保持平衡，滑销受滚珠的约束而保持稳定，功能件收缩在保持架内。需要对外作功时，对SMA丝通电使其受热收缩，带动滑套上移，滚珠失去平衡而掉入滑套下部的收纳空间，滑销失去限位并在驱动弹簧回复力的作用下上移，功能件从保持架伸出，完成推销过程，同时复位弹簧进入压缩状态。需要复位时，将功能件和滑销一并推回保持架，滑销移动一定距离后，滑销梯形槽到达保持架圆孔处，滚珠在滑套中部凹槽斜面的侧向压力作用下进入滑销梯形槽中，复位弹簧推动滑套下移，直至滑套上部凹槽斜面与滚珠接触，推销器复位完成。

进一步地，两根SMA丝正交布置、互为备份，实现冗余驱动。

进一步地，SMA丝的布置路径上所有的转角部位均经过倒圆角处理，以防止SMA丝因应力集中而影响其使用可靠性。

进一步地，SMA丝和壳体、滑套、保持架之间进行绝缘处理，绝缘方式包括：在SMA丝7外设置聚四氟乙烯耐高温绝缘套管；通过绝缘氧化、陶瓷基绝缘涂层、高分子绝缘涂层等工艺对保持架、滑套、壳体进行整体绝缘；对于无特殊承载要求的场合，选择聚酰亚胺或者其它树脂材料制造保持架、滑套、壳体。

进一步地，位置传感器的数量可根据需要设置，成对对称布置使用，可以是1对、2对甚至更多对。

本发明与现有的技术相比，优势表现在以下几个方面。

(1)配合精度高。本发明的滑销为等直径轴式结构，其与保持架的配合是经典的孔轴式配合，这种结构配合精度高，避免了现有技术中阶梯轴式配合而带来的同轴度难以控制的问题，且加工难度小。

(2)承载能力强。本发明的滑销与保持架在推销器的整个高度范围内都配合，因此功能件伸出后可承受更大的剪切负载，尤其在搭配限位销使用的场合，能够获得更强的承载能力。

(3)推销过程顺畅、可靠性高。本发明驱动弹簧对滑销的驱动通过弹簧衬套和传动销进行传递，传动销在哑铃型通孔内有一定的活动自由度，这种间接驱动的方式，使得滑销仅承受纵向的驱动力，能够避免因驱动弹簧压紧力在周向分布不均匀而引起滑销出现滑动不顺畅的问题，从而确保推销过程顺畅。

(4)推销过程闭环控制。本发明中设有监测弹簧衬套运动位置的位置传感器，可对外发出拔销的状态信号，并与SMA丝的供电电路组成闭环反馈系统，推销成功时可及时切断电路，保护SMA丝不会因过热而损坏。

附图说明

图1为本发明的推销器的结构示意图；

图2为本发明的位置传感器的结构示意图；

图3为功能件为撞针的推销器工作示意图；

图4为功能件为铡刀的推销器工作示意图；

图5为功能件为阀门的推销器工作示意图；

图6为功能件为直齿轮的推销器工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明做进一步说明。

本发明提供一种记忆金属推销器，其结构如图1所示，包括滑销1、保持架2、驱动弹簧3、弹簧衬套4、传动销5、复位弹簧6、SMA丝7、滑套8、滚珠9、壳体10、底盖11和位置传感器12。

滑销1和安装在滑销1顶部的功能件构成推销器的功能单元。其中，滑销1为轴型结构，能够在管状的保持架2的内腔中上下滑动；滑销1下部设有梯形槽，用于初始稳定状态下与滚珠9配合；滑销1中部设有哑铃型横向通孔，用于安装传动销5；滑销1上部可从保持架2上端伸出，推动功能件对外作功(图1中功能件为限位销)。

保持架2的上部从壳体10顶部的中心孔伸出，下部固定在底盖11上；壳体10底部与底盖11配合，壳体10上设有法兰安装边，用于整个推销器对外的连接和固定；保持架2、壳体10和底盖11组成支撑单元，为推销器的其他零件提供支撑和定位。其中，保持架2为核心支撑元件，其中上部设有截面为田径运动场形状的长形孔，为传动销5的上下移动提供空间；中部设有凸边，用于安装驱动弹簧3和复位弹簧6；中下部设有圆孔，用于与滚珠9配合；下端正交设置两对马蹄形孔，为SMA丝7驱动过程提供运动空间。

SMA丝7、滑套8和滚珠9组成触发单元。其中，套筒式的滑套8套装在保持架2的外侧，滑套8内设有带斜面的阶梯状凹槽，上部的凹槽用于初始稳定状态下滚珠9的横向限位，下部的凹槽用于推销完成后滚珠9的收纳；滑套8下部不同高度上设有两对正交的通孔，用于SMA丝7的布置。SMA丝7穿过滑套8下部的通孔和壳体10侧壁的孔，固定在壳体10侧壁上。滚珠9用于在初始稳定状态下为滑销1提供纵向限位。

驱动弹簧3、弹簧衬套4、传动销5和复位弹簧6组成驱动单元。其中，驱动弹簧3和复位弹簧6分别为推销过程和触发单元的复位提供驱动力；弹簧衬套4和传动销5为传动元件，将驱动弹簧3的弹簧力传给滑销1。驱动弹簧3通过弹簧衬套4安装在保持架2之外，其上端支撑在弹簧衬套4的凸边上，下端支撑在保持架2中部的凸边上，

驱动弹簧3通过弹簧衬套4和传动销5间接驱动滑销1。复位弹簧6上端支撑在保持架2中部的凸边上，下端支撑在滑套8的上端面；滑销1收缩时复位弹簧6轻度压缩，确保滑套8上部的凹槽斜面与滚珠9保持接触，防止因振动等因素导致滑套8上移进而引起意外推销；推销完成后滑套8上移使复位弹簧6完全压缩，其储存的弹性势能为SMA丝7、滑套8、滚珠9的复位提供驱动力。

控制单元由位置传感器12和相应的电路系统组成。位置传感器12安装在壳体10顶部的内侧面，其结构如图2所示，当推销完成后，位置传感器12受弹簧衬套4挤压而闭合，从而自动断开SMA丝7的供电电路，防止SMA丝7因过热而受损。

本发明的推销器可根据具体的应用场景需求搭配不同的功能件，图3～图6给出了四种典型的实施例。

图3中，功能件采用撞针，这种推销器作为流体释放装置使用。初始稳定状态下，撞针随滑销收缩在保持架内，流体储存在囊袋中，囊袋置于与管路相连通的封闭空间内；需要时，通电触发推销，撞针从保持架中伸出进而刺破囊袋，从而使流体进入管路。

图4中，功能件采用铡刀，这种推销器作为绳索切割器使用。初始稳定状态下，铡刀随滑销收缩在保持架内，绳索或线路处于连通状态；需要时，通电触发推销，铡刀从保持架中伸出进而切断绳索或线路。

图5中，推销器作为阀门使用，此时功能件为设置在滑销上端的延伸段，延伸段中下部设有横向通孔。初始稳定状态下，延伸段上部伸入管路中，横向通孔所在位置收缩在保持架内，管路被阻断；需要连通管路时，通电触发推销，滑销上移，推销完成后，横向通孔与管路平齐，阀门打开，从而使管路连通。可以理解，将横向通孔的位置进行调整，本实例也能够实现管路阀门的可控关闭。

图6中，功能件采用直齿轮，这种推销器适用于受控输出指定角位移的场景，推销过程中，直齿轮上移，带动与之配合的齿轮旋转从而输出指定的角位移。

需要说明的是，以上所述涉及方位的表述，如底、顶、上、下、内、外、纵向、周向等，均基于附图所示方向和位置关系，仅为了便于描述，而不是指示或暗示所涉及的零件必须具有特定的方位、构造或操作。

本发明未详细阐述的属于本领域公知技术。

以上所述，仅是本发明的实施例子，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明原理和技术实质对以上实施例子所做的任何修改、等同变化与修饰、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种记忆金属推销器，包括：滑销(1)、保持架(2)、驱动弹簧(3)、弹簧衬套(4)、传动销(5)、SMA丝(7)、滑套(8)、滚珠(9)、壳体(10)、底盖(11)，其特征在于，

滑销(1)为轴型结构，能在管状的保持架(2)的内腔中上下滑动；滑销(1)顶部安装功能件，滑销(1)上移时能将功能件从保持架(2)上端推出；滑销(1)中部设有哑铃型横向通孔，用于安装传动销(5)；滑销(1)下部设有梯形槽，用于与滚珠(9)配合；

保持架(2)中上部设有长形孔，中部设有凸边，中下部设有圆孔，下端正交设置两对马蹄形孔；保持架(2)的上部从壳体(10)顶部的中心孔伸出，下部固定在底盖(11)上，壳体(10)底部与底盖(11)配合，壳体(10)上设有法兰安装边；

滑套(8)套在保持架(2)的外侧，滑套(8)为套筒式结构，其内设有带斜面的阶梯状凹槽，用于滚珠(9)的限位和收纳，其下部设置有SMA丝(7)的布置孔；SMA丝(7)、滑套(8)和滚珠(9)组成触发单元，用于解除初始稳定状态从而触发驱动单元工作；

驱动单元包括驱动弹簧(3)、弹簧衬套(4)和传动销(5)，驱动弹簧(3)通过弹簧衬套(4)和传动销(5)间接驱动滑销(1)；

初始稳定状态下，驱动弹簧(3)完全压缩，滚珠(9)在滑套(8)、保持架(2)和滑销(1)的共同作用下保持平衡，滑销(1)受滚珠(9)的约束而保持稳定，功能件收缩在保持架(2)内；需要对外作功时，对SMA丝(7)通电使其受热收缩，带动滑套(8)上移，滚珠(9)失去平衡而掉入滑套(8)下部的收纳空间，滑销(1)失去限位并在驱动弹簧(3)回复力的作用下上移，功能件从保持架(2)伸出作功。

2.根据权利要求1所述的记忆金属推销器，其特征在于，所述功能件根据实际使用需求选择设置，包括限位销、撞针、铡刀、阀门或直齿轮。

3.根据权利要求2所述的记忆金属推销器，其特征在于，所述壳体(10)侧壁上设有SMA丝布置孔，SMA丝(7)穿过滑套(8)下部的通孔和壳体(10)侧壁的孔，固定在壳体(10)侧壁上。

4.根据权利要求2所述的记忆金属推销器，其特征在于，所述滑套(8)上的SMA丝(7)布置孔为设置在滑套(8)的不同高度上的2个通孔，2个通孔正交布置。

5.根据权利要求2所述的记忆金属推销器，其特征在于，所述弹簧衬套(4)为上端带凸边的套状结构，弹簧衬套(4)套在保持架(2)外侧；所述传动销(5)穿过滑销(1)上的哑铃型横向通孔和保持架(2)上的长形孔，支撑在弹簧衬套(4)顶端的凹槽中；驱动弹簧(3)上端支撑在弹簧衬套(4)的凸边上，下端支撑在保持架(2)中部的凸边上。

6.根据权利要求2所述的记忆金属推销器，其特征在于：所述传动销(5)可在滑销(1)上的哑铃型横向通孔中有一定的活动自由度。

7.根据权利要求2所述的记忆金属推销器，其特征在于：所述滑销(1)与保持架(2)采用孔轴式配合，两者在推销器的整个高度范围内都配合。

8.根据权利要求1～7任一项所述的记忆金属推销器，其特征在于，所述推销器还包括复位弹簧(6)，其上端支撑在保持架(2)中部的凸边上，下端支撑在滑套(8)的上端面；初始稳定状态复位弹簧(6)轻度压缩，能够防止滑套(8)因振动等因素而意外上移；推销器复位时，复位弹簧(6)为触发单元的复位提供驱动力。

9.根据权利要求8所述的记忆金属推销器，其特征在于：所述复位弹簧(6)在初始稳定状态时轻度压缩。

10.根据权利要求8所述的记忆金属推销器，其特征在于，所述推销器还包括位置传感器(12)，位置传感器(12)成对对称布置在壳体(10)顶部的内侧面；位置传感器(12)受弹簧衬套(4)挤压而闭合时，自动断开SMA丝(7)的供电电路，防止SMA丝(7)因过热而受损。

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