形状记忆合金往复式位移倍增输出机构

摘要

本发明涉及一种往复式位移倍增输出机构，它包括往复式直线位移倍增输出和往复式周向位移倍增输出两种方式。它是通过利用形状记忆合金优越的记忆特性和高的循环使用寿命将形状记忆合金长度的1～5％的位移倍增输出达到位移放大的目的。该机构利用温度变化控制位移输出，不受周围环境介质和气氛影响，具有安装简单，可实现结构小型化，循环使用寿命长，可靠性好，成本低等优点，可用作位移输出的驱动和执行元器件广泛应用于机械工业，自动化工业和电子工业等领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种位移输出机构，它包括直线位移输出和周向位移输出，特别是一种利用形状记忆合金的在温度变化过程中的形状记忆效应来实现直线位移和周向位移的倍增输出机构。

背景技术

形状记忆合金是一种具有记忆效应的合金，形状记忆效应是指一定初始形状的合金在低温下变形后通过加热到某一临界温度以上可恢复到初始形状的一种特殊性能。对于形状记忆合金丝在低温下对它进行拉伸变形后，然后对其加热，它将会发生形状回复，产生回复力和回复位移，利用其回复力和回复位移可以对外做功的性能，能够做成各种驱动元件和执行元件在机械和自动化工业中得到广泛应用，例如可以做成一些机器人，机器手等实现自动控制，这种机构具有重复性好，结果简单，灵敏度高，可靠性好的优点。然而，在温度变化过程中，形状记忆合金的回复位移最大为8％，但在这种最大回复应变条件下，只能维持几次到几十次的循环就会失效，通常在考虑到有较好的重复性和长的循环寿命，将其回复位移设为1～5％，这样循环寿命可以达到10⁵～10⁶次，但是这样的回复位移很小，例如10cm长的记忆合金丝只能产生1～5mm的回复位移，这样小的回复位移成为形状记忆合金作为位移输出机构广泛应用的最大障碍。因此，提供一种能通过机械的累加将形状记忆合金长度的1～5％的位移倍增输出达到位移放大输出的机构对于机械和自动化工业有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种形状记忆合金往复式位移倍增输出机构，它是通过利用形状记忆合金优越的记忆特性和高的循环使用寿命将形状记忆合金长度的1～5％的位移倍增输出达到位移放大输出的目的。

为实现以上目的，本发明是通过以下技术方案达到的：

一种形状记忆合金往复式位移倍增输出机构，其特征在于：由带弹性装置的形状记忆合金固定装置和齿轮传送装置组成；所述带弹性装置的形状记忆合金固定装置与所述齿轮传送装置相连接。

一种优选技术方案，其特征在于：所述带弹性装置的形状记忆合金固定装置包括丁字形拉杆13、套筒15、形状记忆合金丝16、弹簧17、带螺纹拉杆18以及横板19；所述齿轮传送装置包括带齿厚板14、带齿可动滑块12以及小弹簧11。带齿厚板14内壁设有齿，带齿可动滑块12上有与带齿厚板14相同的齿。丁字形拉杆13和横板19上各开有两个小孔。4个小弹簧11分别放置在丁字形拉杆13和横板19的小孔里，带齿可动滑块12的一端与小弹簧相连，另一端与带齿厚板14的带有齿的内壁通过齿相啮合；丁字形拉杆13与带螺纹拉杆18通过弹簧17连接；形状记忆合金丝16两端分别与横板19和丁字形拉杆13相连；套筒15与带螺纹拉杆18通过螺纹连接；横板中间开有螺纹的孔，带螺纹拉杆18和横板19通过螺纹连接。

其为直线往复式位移倍增输出机构。

一种优选技术方案，其特征在于：所述带弹性装置的形状记忆合金固定装置包括形状记忆合金丝26；弹簧27；下端板28；上端板25。所述齿轮传送装置包括棘轮21、棘爪22、棘爪23和小弹簧24；所述棘爪22和棘爪23与上端板25轴接，棘爪22和棘爪23的下部通过小弹簧24相连接，棘轮21与棘爪22和棘爪23的上部啮合；上端板25与下端板28通过弹簧27相连接；两根形状记忆合金丝26两端分别与上端板25和下端板28相连接，下端板28固定。

其为周向往复式位移倍增输出机构。

本发明的往复式位移倍增输出机构的制备步骤如下：

(1)设计机构

根据实际要求，设计合理结构大小的机构部件。

(2)选择形状记忆合金材料

根据(1)设计的要求，根据机构的大小，所需要的输出位移，通过计算选择合适的形状记忆合金材料，它是指形状记忆合金的各种性能符合机构要求，此外还须对记忆合金进行预拉伸，完成机构的装配。

(3)实现位移倍增输出

对形状记忆合金进行电流加热，形状记忆合金回复，意味着形状记忆合金的长度将缩短，拉动机构输出端将产出一段位移，停止加热，形状记忆合金被弹簧的拉力作用又被拉长，再次加热，形状记忆合金恢复原来长度，机构回复到初始状态，如此反复，机构输出端不断输出等量的位移，从而达到位移往复式倍增输出的目的。

本发明的往复式位移倍增输出机构具有安装简单，可实现结构小型化，它的动作执行不受温度以外的环境介质或气氛影响，循环使用寿命长，可靠性好，成本低等优点，可用作移位输出的驱动和执行元器件广泛应用于机械工业，自动化工业和电子工业等领域。

下面通过附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1为本发明实施例之一：直线往复式位移倍增输出机构的结构示意图；

图2为本发明另一实施例：周向往复式位移倍增输出机构的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，为本发明实施例之一：直线往复式位移倍增输出机构的结构示意图。图中11为小弹簧；12为带齿可动滑块；13为丁字形拉杆；14为带齿厚板；15为套筒；16为钛镍形状记忆合金丝；17为弹簧；18为带螺纹拉杆；19为横板。带齿厚板14内壁设有齿，带齿可动滑块12上有与带齿厚板14相同的齿。丁字形拉杆13和横板19上各开有两个小孔。4个小弹簧11分别放置在丁字形拉杆13和横板19的小孔里，带齿可动滑块12的一端与小弹簧相连，另一端与带齿厚板14的带有齿的内壁通过齿相啮合；丁字形拉杆13与带螺纹拉杆18通过弹簧17连接；钛镍形状记忆合金丝16两端分别与横板19和丁字形拉杆13固接；套筒15与带螺纹拉杆18通过螺纹连接；横板19中间开有螺纹的孔，带螺纹拉杆18和横板19通过螺纹连接。小弹簧11的作用是：它的张力使得带齿可动滑块12与带齿厚板14之间的齿紧密啮合。带螺纹拉杆18与横板19之间通过螺纹连接，旋转拧动带螺纹拉杆18可调整弹簧17的变形量而得到不同张力为镍钛形状记忆合金丝16的预拉伸提供合适大小的力。

本发明的直线往复式位移倍增输出机构的工作过程如下：

(1)设计机构各部件，在丁字形拉杆13和横板19的小孔里设置一小弹簧11，压缩小弹簧11产出一个小的张力使得带齿可动滑块12的齿与带齿厚板14内壁的齿紧密啮合，丁字形拉杆13和带螺纹拉杆18之间通过一个适合k值的弹簧17相连(k值的大小可由具体钛镍形状记忆合金丝和齿的高度计算确定)。

(2)选择合适的钛镍形状记忆合金丝材，并在材料试验机上对其进行预拉伸变形，形状记忆合金丝16两端与丁字形拉杆13和横板19固接，套筒15与带螺纹拉杆18通过螺纹连接，通过带螺纹拉杆18和横板19之间的螺纹连接调整弹簧的初始变形量，完成装配。

(3)对钛镍形状记忆合金丝16通过电流加热，当温度达到钛镍形状记忆合金丝16相变完成温度时，钛镍形状记忆合金丝16发生回复，即长度缩短，这样将拉动丁字形拉杆13和带齿可动滑块12向下移动一个齿，而带螺纹拉杆18不动(带齿可动滑块12和带齿厚板14之间的齿的形状决定了带齿可动滑块12只能沿齿向下滑动不能向上滑动)，弹簧17被迫压缩，压缩量为一个齿的高度。停止对形状记忆合金丝加热，由于温度降低，这时由于弹簧17压缩产生的张力作用迫使带螺纹拉杆18向下移动一个齿，丁字形拉杆13不动。这样完成一个周期，丁字形拉杆13和带螺纹拉杆18同时向下移动一个齿。如此反复加热冷却，丁字形拉杆13和带螺纹拉杆18不断向下运动，这样达到直线往复式位移倍增输出得目的。

实施例2

如图2所示，为本发明实施例之二，周向往复式位移倍增输出机构的结构示意图。图中21为棘轮；22为棘爪；23为棘爪；24为小弹簧；25为上端面；26为钛镍形状记忆合金丝；27为弹簧；28为下端板。棘爪22和棘爪23与上端板轴接，棘爪22和棘爪23的下部通过小弹簧24相连接，棘轮21与棘爪22和棘爪23的上部啮合；上端板25与下端板28通过弹簧27相连接；两根形状记忆合金丝26两端分别与上端板25和下端板28相连接，下端板28固定。

本发明的周向往复式位移倍增输出机构的工作过程如下：

(1)设计机构各部件，设计了合适棘齿的棘轮21与两个棘爪，两个棘爪22和23间用一小弹簧24连接产生一合适的力使得棘轮21与棘爪22、23紧密啮合。

(2)选择合适的钛镍形状记忆合金丝材，并对其进行预拉伸，钛镍形状记忆合金丝26的两端分别与上端板25和下端板28固定，并把下端板28固定，完成装配。

(3)对钛镍形状记忆合金丝26通电，电流加热，当温度达到钛镍形状记忆合金丝完成温度时，钛镍形状记忆合金丝26将发生回复，即长度缩短，这样钛镍形状记忆合金丝26拉动棘爪22、23向下移动半齿的高度，棘轮21将逆时针转动半齿的周线位移，弹簧27被迫压缩，压缩量为半齿的高度。停止对钛镍形状记忆合金丝26加热，由于温度降低，这时由于弹簧27的张力作用迫使棘轮21再逆时针转动半齿的周线位移。这样完成一个周期，棘爪22、23回到原来位置，棘轮21周向逆时针转动一齿的周向位移。如此反复加热冷却，棘轮21不断逆时针运动，这样达到周向往复式位移倍增输出得目的。