RU2022165C1

RU2022165C1 - Spring drive

Info

Publication number: RU2022165C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Беляков
Original assignee: Конструкторское бюро "Салют"
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1994-10-30

Abstract

FIELD: power engineering; for motion of actuating mechanisms. SUBSTANCE: drive consists of housing 1 with guide 2 for rod 3, spiral member 4 mounted between ends 1 and 2 of the housing and rod in the compressed state. Provided in housing 1 perpendicularly to its axis on either side relative to its center axis are seats 5 receiving drums 6 which have slots 7. Tightly wound on drums are coils of spring 8 whose one end is secured in slots 7 of the drum and other end is secured with rod 3 by means of screws 9. Self-setting pivot 11 is secured on end of rod 3 by means of spring 10. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Привод предназначен для обеспечения перемещения исполнительных механизмов и может применяться в различных областях народного хозяйства. The drive is designed to ensure the movement of actuators and can be used in various areas of the national economy.

Известен привод двустороннего действия содержащий цилиндр, шток, поршень и жидкостные полости. Known double-acting actuator containing a cylinder, rod, piston and fluid cavity.

Недостатком этого привода является сложность конструкции, необходимость иметь оборудование для создания давления жидкости, агрегаты и узлы для подачи давления в ту или другую полость. The disadvantage of this drive is the design complexity, the need to have equipment for creating fluid pressure, units and assemblies for supplying pressure to one or another cavity.

Наиболее близким к изобретению является пружинный привод, который содержит корпус, шток, спиральный элемент, выполненный из материала с памятью формы, пружины сжатия. В исходном положении при нормальной температуре пружина сжатия сжимает спиральный элемент и удерживает шток на упоре в корпусе. При нагревании спирального элемента до температуры мартенситного превращения спиральный элемент преодолевает усилие пружины сжатия и перемещает шток на определенное расстояние, совершая работу. Closest to the invention is a spring drive, which contains a housing, a rod, a spiral element made of a material with shape memory, compression springs. In the initial position at normal temperature, the compression spring compresses the spiral element and holds the rod against the stop in the housing. When the spiral element is heated to the martensitic transformation temperature, the spiral element overcomes the force of the compression spring and moves the rod a certain distance, doing the job.

Недостатком этого привода является то, что рабочий ход элемента и усилие в конце хода невелики. Это обусловлено тем, что в процессе восстановления формы спирали из сплава с памятью формы постепенно уменьшается сила, восстанавливающая форму, а соответствующая сила смещения в результате сдавливания пружины увеличивается. В связи с этим сила, получающаяся без внешнего воздействия на элемент, т.е. разница двух указанных сил, резко уменьшается в процессе восстановления формы элемента. The disadvantage of this drive is that the stroke of the element and the force at the end of the stroke are small. This is due to the fact that in the process of restoring the shape of a spiral from an alloy with a shape memory, the force restoring the shape gradually decreases, and the corresponding displacement force increases as a result of spring compression. In this regard, the force obtained without external influence on the element, i.e. the difference between the two indicated forces decreases sharply in the process of restoring the shape of the element.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных возможностей устройства, а именно: увеличение рабочего хода и усилия за счет применения негаторных пружин на поворотных барабанах, расположенных симметрично оси штока, причем один конец каждой негаторной пружины соединен подвижно со штоком, а другой конец закреплен на соответствующем поворотном барабане, при этом барабаны установлены в подшипниках, оси вращения которых перпендикулярны оси штока. The aim of the invention is to increase the operational capabilities of the device, namely: increasing the stroke and effort due to the use of negative springs on the rotary drums located symmetrically to the axis of the rod, with one end of each negative spring connected movably to the rod, and the other end mounted on the corresponding rotary drum, while the drums are mounted in bearings, the axis of rotation of which are perpendicular to the axis of the rod.

На фиг. 1 изображен привод до срабатывания; на фиг. 2 - то же, после срабатывания. In FIG. 1 shows the drive before operation; in FIG. 2 - the same after triggering.

Привод включает корпус 1 с направляющей 2 для штока 3, спиральный элемент 4, установленный между торцами Т₁ и Т₂ корпуса и штока в сжатом состоянии. В корпусе 1 перпендикулярно его оси с двух сторон относительно его центральной оси выполнены гнезда 5 с установленными в них поворотными барабанами 6. В барабанах выполнены пазы 7. На барабаны навиты плотно прижатые друг к другу витки упругого элемента в виде негаторной пружины 8, один концом скрепленной со штоком 3 винтами 9. На конце штока 3 посредством пружины 10 закреплена самоустанавливающаяся пята 11.The drive includes a housing 1 with a guide 2 for the rod 3, a spiral element 4 mounted between the ends T ₁ and T _{2 of the} housing and the rod in a compressed state. In the housing 1, perpendicular to its axis, on two sides relative to its central axis, nests 5 are made with rotary drums installed in them 6. Grooves are made in the drums 7. The coils of the elastic element are tightly pressed against each other in the form of a negative spring 8, one end is fastened with the rod 3 screws 9. At the end of the rod 3 by means of the spring 10 is fixed self-aligning heel 11.

Спиральный элемент 4 изготовлен из сплава с эффектом памяти формы и прошел соответствующую обработку (например, ТН-1). Негаторные пружины 8 изготовлены из обычной пружинной стали, причем элемент 4 и пружина 8 оказывают давление друг на друга. Элемент 4 под действием силы смещения (усилия негаторной пружины 8) сдвигается при низкой температуре в одну сторону вдоль оси, а при повышении температуры в результате восстановления формы происходит восстановление первоначальной формы пружины и смещение в противоположную сторону вдоль оси. При повышении температуры элемент 4 вновь сжимается под действием негаторной пружины 8. Шток, упертый пятой 11 в объект, совершает работу. The spiral element 4 is made of an alloy with a shape memory effect and has undergone appropriate processing (for example, TN-1). Negative springs 8 are made of ordinary spring steel, wherein element 4 and spring 8 exert pressure on each other. Element 4 under the action of a bias force (the force of a negative spring 8) shifts at low temperature in one direction along the axis, and when the temperature rises as a result of shape restoration, the original shape of the spring is restored and displaced in the opposite direction along the axis. With increasing temperature, the element 4 is again compressed under the action of a negative spring 8. The rod, which is rested by the fifth 11 on the object, does the job.

Преимущество применения негатора в устройстве привода по сравнению со всеми другими пружинами состоит в том, что при растяжении каждый участок длины используют последовательно с одного конца негатора до другого, а не все сразу, как это имеет место в других пружинах. Растягивающая сила остается постоянной при любом ходе, когда каждая элементарная длина негатора имеет после изготовления один и тот же постоянный радиус, т.е. радиус навивки. Это условие получения негатора с нулевым градиентом кривой силы - перемещение, т.е. с нулевой жесткостью. The advantage of using the negator in the drive device compared to all other springs is that when stretching, each length section is used sequentially from one end of the negator to the other, and not all at once, as is the case in other springs. The tensile force remains constant at any stroke, when each elementary length of the negator has the same constant radius after manufacturing, i.e. winding radius. This condition for obtaining a negator with a zero gradient of the force curve is displacement, i.e. with zero rigidity.

В предлагаемом приводе радиус навивки изменяется незначительно, т.к. толщина ленты витков мала. Поэтому преимущество пружинно-барабанного механизма состоит в том, что механизм при работе обеспечивает нулевую жесткость подвижной системы, т.е. при изменении хода привода не происходит изменения усилия нажимного элемента - негатора в отличие от всех других пружин. Специальных средств для поворота и фиксации барабана не требуется, т.к. при применении расчетной силы на крайний свободный виток негаторной пружины барабан начинает вращаться за счет плотно прижатых друг к другу витков и закрепленных другим концом в гнезде барабана. In the proposed drive, the radius of the winding changes slightly, because the thickness of the tape is small. Therefore, the advantage of the spring-drum mechanism is that the mechanism during operation provides zero rigidity of the movable system, i.e. when changing the stroke of the drive, there is no change in the force of the pressure element - the negator, unlike all other springs. Special tools for turning and fixing the drum are not required, because when applying the calculated force to the extreme free coil of the negative spring, the drum begins to rotate due to the coils tightly pressed against each other and fixed at the other end in the drum socket.

Натяжение пружины достигается за счет упругих сил при раскручивании витков, изготовленных из пружинной ленты плотно прижатыми друг к другу. После раскрутки при сборке витки, стремясь принять первоначальную форму, создают силу (расчетную), препятствующую распрямлению спирального элемента, что удерживает его в сжатом состоянии, т.к. сила негаторных пружин больше усилия спирального элемента при нормальной температуре. При повышении температуры до температуры мартенситного превращения спирального элемента (для материала ТН-1 температура 60-70^оС) усилие спирального элемента становится больше, благодаря чему спираль, преодолевая усилие негаторов, распрямляется на полный ход. При этом усилие, развиваемое приводом, в конце хода изменяется незначительно от начального усилия при 60-70^оС, т.к. усилия негаторов на всем ходе практически не изменяется.The spring tension is achieved due to the elastic forces during the unwinding of the coils made of the spring tape tightly pressed against each other. After unwinding during assembly, the turns, trying to take their original shape, create a force (calculated) that prevents the straightening of the spiral element, which keeps it in a compressed state, because the force of the negative springs is greater than the force of the spiral element at normal temperature. When the temperature is raised to the martensitic transformation temperature of the spiral element (material for TN-1 temperature 60-70 ^{° C),} the force of the spiral element becomes larger, whereby the spiral overcoming negatorov force straightens at full speed. In this case, the force exerted by the drive at the end of the course varies slightly from the initial efforts at 60-70 ^{° C,} as the efforts of negatives throughout the course remain virtually unchanged.

Таким образом, применение негаторных пружин в совокупности со спиральным элементом, изготовленным из сплава с памятью формы, позволяет расширить эксплуатационные возможности за счет увеличения хода и усилия привода. Thus, the use of negative springs in conjunction with a spiral element made of an alloy with shape memory, allows you to expand operational capabilities by increasing the stroke and force of the drive.

Claims

SPRING ACTUATOR, comprising a housing with a rod, between the ends of which there is a spiral element made of a material having the property of thermomechanical memory, interconnected by an elastic element, one end connected to the housing and the other to the rod, characterized in that, in order to increase work efficiency by increasing the stroke and effort of the drive, it is equipped with a guide mounted on the body and rotary drums with axes mounted symmetrically and perpendicular to the axis of the rod, the latter being false on the guide with the possibility of longitudinal movement, and resilient elements are formed as springs negatornogo fixed ends to rotary reels.