RU2775658C1 - Термомеханический силовой привод - Google Patents
Термомеханический силовой привод Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775658C1 RU2775658C1 RU2021119568A RU2021119568A RU2775658C1 RU 2775658 C1 RU2775658 C1 RU 2775658C1 RU 2021119568 A RU2021119568 A RU 2021119568A RU 2021119568 A RU2021119568 A RU 2021119568A RU 2775658 C1 RU2775658 C1 RU 2775658C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spring
- power drive
- shape memory
- flanges
- wire
- Prior art date
Links
- 230000000930 thermomechanical Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 229910001285 shape-memory alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к силовым зажимным элементам и может быть использовано в качестве элемента закрепления заготовок в станочной оснастке. Позволяет управление закреплением и раскреплением заготовок производить дистанционно в условиях автоматизированного производства, а также может быть использовано в различных малогабаритных устройствах, способных развивать большие усилия. Термомеханический силовой привод содержит пружину сжатия и элемент из материала с памятью формы. Термомеханический силовой привод снабжен фланцами из изоляционного материала, расположенными по торцам пружины, а элемент выполнен в виде тороидальной катушки из проволоки, намотанной вокруг фланцев и пружины. Изобретение направлено на повышение скорости срабатывания привода. 2 ил.
Description
Изобретение относится к силовым зажимным элементам и может быть использовано в качестве элемента закрепления заготовок в станочной оснастке. Позволяет управлении закреплением и раскреплением заготовок производить дистанционно в условиях автоматизированного производства, а также может быть использовано в различных малогабаритных устройствах, способных развивать большие усилия.
Известны различные силовые приводы содержащие элементы из сплавов с памятью формы, установленные последовательно в разных камерах, которые при различной температуре в камерах деформируются, приводя рабочий орган в возвратно поступательное движение. Например, в устройствах по патентам [RU 2392494 "Термомеханический силопривод"], [RU 2424106 "Манипулятор"]. Такие устройства могут использоваться в качестве зажимного элемента, но для обеспечения работоспособности устройства требует подачи теплоносителя, что увеличивает его габариты и усложняет дистанционное управление.
Известны устройства с применение материалов с памятью формы, в которых рабочее тело, предварительно деформированное, нагревается электрическим током и при мартенситном превращении в материале развивает значительные усилия, достаточные для осуществления различных технологических воздействий. Так в патентах [RU 2158343 "Электротермический привод силового элемента"] и [RU 2367573 "Актюатор"] рабочее усилие развивается при нагревании элемента из материала с памятью формы и может поддерживаться при сохранении его температуры перехода в мартенситное состояние. К недостаткам этих устройств можно отнести сложность конструкции в изготовлении.
Известны устройства, в которых стержневые или проволочные элементы из материала с памятью формы расположены параллельно с упругими пружинными элементами и деформация сжатия пружинных элементов осуществляется нагревом стержневых или проволочных элементов, выполненных из материала с памятью формы, например, патент [WO 2019/043599 A1 "Shape memory based actuator"]. В качестве прототипа выбран патент WO 2019/043599 А1. Недостатком прототипа являются увеличенные габариты и инерционность срабатывания, благодаря большой массе нагреваемых элементов.
Техническая проблема, решаемая изобретением - создание компактного силового привода закрепления, рабочее усилие в котором поддерживается не зависимо от теплового воздействия на элементы из сплавов с памятью формы.
Решение указанной технической проблемы достигается тем, что термомеханический силовой привод содержащий пружину сжатия и элемент из материала с памятью формы, отличающийся тем, что термомеханический силовой привод снабжен фланцами из изоляционного материала, расположенными по торцам пружины, а элемент выполнен в виде тороидальной катушки из проволоки, намотанной вокруг фланцев и пружины».
Технический результат изобретения заключается в высокой скорости срабатывания привода при раскреплении заготовок, а для высокой скорости срабатывания при установке заготовок и их закреплении скорость срабатывания может быть увеличена с помощью внешнего охлаждения и увеличивая поверхности проволок из материала с памятью формы.
На прилагаемых к описанию чертежах дано:
На фиг. 1 представлена схема зажимного устройства, в котором пружина сжатия 1 находится между фланцами 2 из изоляционного материала вокруг которых намотана тороидальная катушка из проволоки 3 из материала с памятью формы, причем намотка осуществлена при сжатой пружине.
На фиг. 2 изображены этапы создания и работы зажимного элемента, пружину в свободном состоянии длиной L0 (фиг. 2, а) сжимают до предела упругости до длины L и в сжатом состоянии между изоляционными фланцами на торцах пружины наматывают без предварительного натяжения тороидальную катушку, охватывающую фланцы и саму пружину (фиг. 2, б). Снимают усилие сжатия пружины и она распрямляется до длины L1, растягивая проволоку из материала с памятью формы на заданную величину, не превышающую порога пластической деформации восстанавливаемой при фазовом переходе (фиг. 2, в).
При нагреве проволоки до температуры фазового перехода, например, при пропускании через нее электрического тока, она укорачивается и сжимает пружину до размера L, что можно использовать для освобождения зажатого объекта (фиг. 2, г). А при остывании проволоки пружина стремится удлиниться до размера L1 и это используется для зажима объекта закрепления (фиг. 2, д). При этом характеристика такого зажимного элемента будет определяться ходом L1 - L с максимальным усилием Р1.
Как показывают расчеты габариты устройства, при сравнимых усилиях закрепления, у данного устройства меньше, чем у пневматического привода, используемого в станочных приспособлениях, а сфера возможного применения значительно шире. Отсутствие шлангов для подачи сжатого воздуха значительно упрощает его размещение в различных приспособлениях, применяемых на станках с ЧПУ в условиях автоматизированного производства (фиг. 1).
Раскрепление заготовок производится при быстром нагреве (менее 0,2 с) пропусканием импульса электрического тока через элемент из сплава с памятью формы (фиг. 2, г), а закрепление происходит только при остывании элемента ниже критической температуры (для нитинола ниже температуры 70°С (фиг. 2, д).
Процесс остывания является достаточно длительным, так при свободной конвекции для проволоки диаметром 1 мм время остывания до температуры ниже критической может доходить до 5 с.
Для ускорения процесса закрепления заготовок данным зажимным элементом он может помещаться в замкнутую полость заполненную жидкостью. Тогда время закрепления при диаметрах проволоки менее 1 мм может составлять менее 0,5 с.
Примеры работы устройства.
Определяется время срабатывания зажимного элемента. Время раскрепления будет определяться временем нагрева проволоки до температуры фазового перехода. Требуемое количество энергии для нагрева:
где Ct - теплоемкость материала с памятью формы, М - суммарная масса проволоки, Тр - температура фазового перехода, To - исходная температура проволоки. При прохождении тока выделяется энергия:
Откуда зная сопротивление проволоки г и задавшись временем срабатывания Т можно определить требуемую величину электрического тока I. Так как величина тока зависит в данном случае только от напряжения питающего источника, то время раскрепления объекта может быть очень мало.
Время же последующего закрепления объекта будет определяться остыванием проволоки из материала с памятью формы ниже температуры фазового превращения. И этот процесс при отключении тока будет происходить за счет естественной конвекции воздуха вокруг проволоки или при ее обдуве струей воздуха:
где Тк - температура перегрева проволоки выше температуры фазового перехода, Тн - требуемая температура остывания ниже температуры фазового перехода, обеспечивающая надежность срабатывания привода, α - коэффициент теплоотдачи, F - площадь поверхности проволоки из сплава с памятью формы, Тср - средняя температура нагретой проволоки, Тос -температура окружающей среды.
Claims (1)
- Термомеханический силовой привод, содержащий пружину сжатия и элемент из материала с памятью формы, отличающийся тем, что термомеханический силовой привод снабжен фланцами из изоляционного материала, расположенными по торцам пружины, а элемент выполнен в виде тороидальной катушки из проволоки, намотанной вокруг фланцев и пружины.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2775658C1 true RU2775658C1 (ru) | 2022-07-06 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2158343C1 (ru) * | 1999-10-28 | 2000-10-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П. Королева | Электротермический привод силового элемента |
RU2392494C1 (ru) * | 2008-12-25 | 2010-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Термомеханический силопривод |
RU2424106C1 (ru) * | 2010-02-12 | 2011-07-20 | Александр Александрович Алешин | Манипулятор |
WO2019043599A1 (en) * | 2017-08-31 | 2019-03-07 | Almatech Sa | SHAPE MEMORY ACTUATOR |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2158343C1 (ru) * | 1999-10-28 | 2000-10-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П. Королева | Электротермический привод силового элемента |
RU2392494C1 (ru) * | 2008-12-25 | 2010-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Термомеханический силопривод |
RU2424106C1 (ru) * | 2010-02-12 | 2011-07-20 | Александр Александрович Алешин | Манипулятор |
WO2019043599A1 (en) * | 2017-08-31 | 2019-03-07 | Almatech Sa | SHAPE MEMORY ACTUATOR |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101232805B1 (ko) | 작동 온도 범위가 넓은 형상 기억 합금으로 제조된 액츄에이터 | |
EP0494997B1 (en) | Hydraulic shape memory material force converter | |
JP4067765B2 (ja) | 単独骨もしくは複合骨、場合によっては分離している骨を相互逆方向に移動する骨伸延装置 | |
US8950795B2 (en) | Robotic grabber and method of use | |
US20140086772A1 (en) | Actuator element and an actuator for generating a force and/or a movement | |
EP1520985A2 (en) | A self contained mechanism containing a shaped memory alloy actuator | |
RU2775658C1 (ru) | Термомеханический силовой привод | |
WO2008023898A1 (en) | Method to provide initial tension for coil spring and its application | |
EP1270937B1 (en) | Shape memory alloy actuator and method of designing the same | |
CA3185254A1 (en) | Aerosol generation system with thermal regulation mechanism | |
RU2796035C1 (ru) | Термомеханический силовой привод | |
Ma et al. | Experimental investigation on shape memory alloy metal rubber | |
Atikah et al. | Development of nylon-based artificial muscles for the usage in robotic prosthetic limb | |
Kapłon et al. | Induction heating for a silicone/ethanol composite actuator | |
Singh et al. | Development of non-linear models to evaluate the NiTi SMA spring actuator | |
US20200190645A1 (en) | Wire forming of Shape-Memory Alloys (SMAs) or Negative Thermal Expansion (NTE) materials for use in an Energy Recovery System | |
US11174849B2 (en) | Hysteresis manipulation of SMA or NTE material for use in an energy recovery device | |
Sanaani et al. | A novel design of flexure based, shape memory alloy actuated microgripper | |
TW201420927A (zh) | 致動器 | |
JP2022180924A (ja) | アクチュエータ装置 | |
Kalysheva et al. | Development of an artificial muscle from coiled polymer fibers for humanoid robotics applications | |
GB2054062A (en) | Pump for pumping gaseous and/or liquid media | |
JPWO2019021604A1 (ja) | アクチュエータを駆動する方法、アクチュエータ、およびアクチュエータを製造する方法 | |
Khlopkov et al. | The influence of the thermomechanical conditions and the geometric parameters of TiNi alloy force elements on the deformation processes of two-way memory effects | |
JP2024038237A (ja) | エネルギー回収装置で使用するためのsma材料性能向上 |