RU2015413C1

RU2015413C1 - Linear movement drive

Info

Publication number: RU2015413C1
Authority: RU
Inventors: М.Г. Косов; Л.А. Кудрявцев; В.Г. Митрофанов; Н.М. Султан-заде; А.А. Уваров; А.П. Кузнецов; О.И. Крахин; В.Ю. Новиков
Original assignee: Московский государственный технологический университет "СТАНКИН"
Priority date: 1991-05-20
Filing date: 1991-05-20
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: power elements are manufactured in the form of two ring diaphragms from material with thermomechanical memory which peripheral parts are attached in body provided with annular grooves and which inner parts are anchored on transmitting member made in the form of shaft with protrusions for diaphragms. EFFECT: improved operational stability. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях приводов линейных перемещений. The invention relates to mechanical engineering and can be used in the construction of linear actuators.

Известен привод линейных перемещений, содержащий силовой и передающий элементы в виде стержней из магнитострикционного материала [1]. Known drive linear displacements containing power and transmitting elements in the form of rods of magnetostrictive material [1].

Известен привод линейных перемещений, содержащий корпус и силовые элементы, выполненные в виде стакана и стержня из магнитострикционного материала [2]. A known linear displacement drive containing a housing and power elements made in the form of a glass and a rod of magnetostrictive material [2].

Оба эти привода обеспечивают небольшую величину перемещения и сравнительно малое создаваемое усилие. Both of these drives provide a small amount of displacement and a relatively small force generated.

Цель изобретения - увеличение величины перемещения и создаваемого усилия. The purpose of the invention is to increase the magnitude of the movement and the created effort.

Эта цель достигается тем, что силовые элементы выполнены в виде двух кольцевых диафрагм из материала с термомеханической памятью формы, периферийные части которых закреплены в корпусе, снабженном проточками для них, а внутренние - закреплены на передающем элементе, который выполнен в виде вала с выступами для диафрагм. Одна диафрагма изготовлена предварительно деформированной в одну сторону, а другая - в противоположную. У каждой диафрагмы с одной стороны установлены электронагревательные элементы, а с противоположной - охлаждающие элементы, выполненные в виде трубок с хладагентом. В качестве варианта исполнения на торцах корпуса закреплены упругие защитные кожухи с отверстиями для подвода и отвода нагревающей среды в полости между этими кожухами и кольцевыми диафрагмами, а в самом корпусе выполнены отверстия для подвода и отвода хладагента в полость между самими кольцевыми диафрагмами. This goal is achieved by the fact that the power elements are made in the form of two annular diaphragms from a material with thermomechanical shape memory, the peripheral parts of which are fixed in a housing equipped with grooves for them, and the internal ones are mounted on a transmitting element, which is made in the form of a shaft with protrusions for diaphragms . One diaphragm is made pre-deformed in one direction, and the other in the opposite. Each diaphragm has electric heating elements installed on one side, and cooling elements made on the other hand, made in the form of tubes with refrigerant. As an embodiment, elastic protective casings with holes for supplying and discharging the heating medium in the cavity between these casings and ring diaphragms are fixed at the ends of the housing, and holes for supplying and discharging refrigerant into the cavity between the ring diaphragms themselves are made in the housing itself.

Аналогов, имеющих признаки, сходные с отличительными признаками предлагаемого решения, не обнаружено, что позволяет считать его соответствующим критерию "существенные отличия". No analogues having features similar to the distinguishing features of the proposed solution were found, which allows us to consider it relevant to the criterion of "significant differences".

На фиг.1 показана схема привода, продольный разрез (верхняя половина от горизонтальной оси по первому варианту исполнения, а нижняя - по второму); на фиг.2 - вид А на фиг.1 (вид с торца с вырезами по первому варианту исполнения); на фиг.3 - положения диафрагм при комнатной температуре а и при нагретом состоянии б. Figure 1 shows a drive diagram, a longitudinal section (the upper half from the horizontal axis in the first embodiment, and the lower in the second); in Fig.2 - view A in Fig.1 (end view with cutouts according to the first embodiment); figure 3 - position of the diaphragms at room temperature a and when heated b.

Привод линейных перемещений содержит корпус 1, силовые элементы 2 и 3 и передающий элемент 4, выполненный в виде вала. Силовые элементы 2 и 3 выполнены в виде кольцевых диафрагм из материала с термомеханической памятью формы. Их периферийные части 5, 6 закреплены в проточках 7 и 8 корпуса 1. Внутренние части 9 и 10 силовых элементов 2 и 3 закреплены на выступах 11 и 12 передающего элемента 4. Одна из кольцевых диафрагм 2 и 3 изготовлена предварительно деформированной в одну сторону, а другая - в противоположную. У каждой диафрагмы 2, 3 с одной стороны установлены электронагревательные элементы 13 и 14, а с противоположной - охлаждающие элементы 15 и 16, которые выполнены в виде трубок с хладагентом. При втором варианте исполнения на торцах 17 и 18 корпуса 1 закреплены упругие защитные кожухи 19 и 20 с отверстиями 21 и 22 для подвода и отвода нагревающей среды (газ, жидкость) в полости 23 и 24 между этими кожухами 19, 20 и кольцевыми диафрагмами 2 и 3. В самом корпусе 1 выполнены отверстия 25 и 26 для подвода и отвода хладагента в полость 27 между самими кольцевыми диафрагмами 2 и 3. В этом варианте электронагревательные элементы 13 и 14 и охлаждающие элементы 15 и 16 не нужны. Передающий элемент 4 снабжен базовой поверхностью 28 для крепления перемещаемого объекта. The linear displacement drive contains a housing 1, power elements 2 and 3 and a transmitting element 4, made in the form of a shaft. Power elements 2 and 3 are made in the form of annular diaphragms from a material with thermomechanical shape memory. Their peripheral parts 5, 6 are fixed in the grooves 7 and 8 of the housing 1. The inner parts 9 and 10 of the power elements 2 and 3 are fixed on the protrusions 11 and 12 of the transmitting element 4. One of the annular diaphragms 2 and 3 is made pre-deformed in one direction, and the other in the opposite. Each diaphragm 2, 3 has electric heating elements 13 and 14 installed on one side, and cooling elements 15 and 16, which are made in the form of tubes with refrigerant, on the opposite side. In the second embodiment, at the ends 17 and 18 of the housing 1, elastic protective casings 19 and 20 are fixed with holes 21 and 22 for supplying and discharging a heating medium (gas, liquid) in the cavities 23 and 24 between these casings 19, 20 and the annular diaphragms 2 and 3. In the housing 1 itself, openings 25 and 26 are made for supplying and discharging refrigerant into the cavity 27 between the annular diaphragms 2 and 3. In this embodiment, electric heating elements 13 and 14 and cooling elements 15 and 16 are not needed. The transmitting element 4 is provided with a base surface 28 for mounting a movable object.

Привод линейных перемещений работает следующим образом. The linear displacement drive operates as follows.

В начале работы включают электронагревательные элементы 13 и 14. Так как диафрагмы 2 и 3 изготовлены из материала с термомеханической памятью формы предварительно деформированными в разные стороны, то их внутренние части 9 и 10 будут перемещаться в одном направлении и передающий элемент 4 переместиться влево или вправо. Величину перемещения передающего элемента 4 можно изменять величиной напряжения тока, передаваемого на электронагревательные элементы 13 и 14. Для совершения обратного перемещения передающего элемента 4 ток выключают и подают хладагент к охлаждающим элементам 15 и 16. At the beginning of the work, the electric heating elements 13 and 14 are turned on. Since the diaphragms 2 and 3 are made of a material with thermomechanical shape memory previously deformed in different directions, their internal parts 9 and 10 will move in one direction and the transmitting element 4 will move left or right. The amount of movement of the transmitting element 4 can be changed by the magnitude of the voltage transmitted to the electric heating elements 13 and 14. To reverse the movement of the transmitting element 4, the current is turned off and refrigerant is supplied to the cooling elements 15 and 16.

При втором варианте исполнения через отверстия 21 и 22 подают нагревающую среду (газ, жидкость) в полости 23 и 24, затем удаляют эту среду и подают хладагент через отверстия 25 и 26 в полость 27. При этом варианте электронагревательные элементы 13 и 14 и охлаждающие элементы 15 и 16 не нужны. In the second embodiment, heating medium (gas, liquid) is supplied through openings 21 and 22 in cavities 23 and 24, then this medium is removed and refrigerant is fed through openings 25 and 26 into cavity 27. In this embodiment, electric heating elements 13 and 14 and cooling elements 15 and 16 are not needed.

Диафрагмы 2 и 3, выполненные из материала с термомеханической памятью формы, изготовлены предварительно деформированными в нагретом состоянии одна в одну сторону (б₁ на фиг.3), а другая - в противоположную (б₂ на фиг. 3).The diaphragms 2 and 3, made of a material with a thermomechanical shape memory, are pre-deformed in the heated state, one in one direction (b ₁ in Fig. 3), and the other in the opposite direction (b ₂ in Fig. 3).

В начале их изготавливают одинаковыми (а₁ и а₂ на фиг.3), т.е. при комнатной температуре они идентичны. Затем их нагревают допустим до температуры 90^оС и с помощью пуансонов деформируют одну диафрагму в одну сторону, а вторую - в противоположную. При охлаждении до комнатной температуры они опять примут первоначальную форму, т.е. станут опять одинаковыми. Производят сборку устройства. При его работе диафрагмы 2 и 3 нагревают и они опять принимают форму, приданную им в деформированном нагретом состоянии (б₁ и б₂ на фиг.3). При этом передающий элемент 4 переместится вправо.At the beginning, they are made the same (a ₁ and a ₂ in figure 3), i.e. at room temperature they are identical. Then they are heated to a temperature of say 90 ^{° C} and using punches deform a diaphragm in one direction, and the second - in the opposite direction. When cooled to room temperature, they again take their original form, i.e. become the same again. Build the device. During its operation, the diaphragms 2 and 3 are heated and they again take the shape given to them in a deformed heated state (b ₁ and b ₂ in figure 3). In this case, the transmitting element 4 will move to the right.

Если принять масштаб фиг.1 М1:1, то при длине передающего элемента 4, равной 100 мм, и если его выполнить из магнитострикционного материала, то получим максимальное перемещение 3 мм (3%). Диафрагмы 2 и 3 могут деформироваться на 40%, что составит 15 мм. If we take the scale of Fig. 1 M1: 1, then with the length of the transmitting element 4 equal to 100 mm, and if it is made of magnetostrictive material, then we will obtain a maximum displacement of 3 mm (3%). Diaphragms 2 and 3 can be deformed by 40%, which will be 15 mm.

Если сравнивать с пневматическим устройством при стандартном давлении 6 атм, усилие составит
Р=Р^2˙6=3,14 ˙3,2 ˙6 =60,3 кгс.If compared with a pneumatic device at a standard pressure of 6 bar, the force will be
P = P ^2˙6 = 3.14 ˙3.2 ˙6 = 60.3 kgf.

В предложенном устройстве при толщине стенок диафрагм 2 и 3, равной 5 мм, и радиусе 35 мм усилие составит около 1000 кгс. In the proposed device with a wall thickness of the diaphragms 2 and 3 equal to 5 mm and a radius of 35 mm, the force will be about 1000 kgf.

Claims

1. DRIVE OF LINEAR MOVEMENTS, comprising a housing, a power element made in the form of a diaphragm made of a material having a thermomechanical shape memory, the peripheral part of which is fixed in the grooves of the housing, and the internal part on the rod with restrictive protrusions, heating and cooling means, characterized in that , in order to increase work efficiency, it is equipped with an additional diaphragm made of a material having a thermomechanical shape memory, and the diaphragms are mounted at opposite ends of the stem and are made from itelnoy deformation in a heated state in opposite directions relative to one another, and the heating means comprises electric elements mounted at the outer side of the diaphragm, the cooling means - in the form of a refrigerant piping installed on the inner sides.

2. The drive according to claim 1, characterized in that it is equipped with protective casings with holes for supplying and discharging the heating medium mounted on the housing opposite the diaphragms.