[发明专利]一种混合驱动式形状记忆合金直线驱动装置

说明书

技术领域

本发明涉及新型功能材料致动技术领域，特别是涉及一种混合驱动式形状记忆合金直线致动器(Hybrid Linear Actuator Based on Shape Memory Alloy)。

背景技术

具有形状记忆效应的合金材料是20世纪中叶发展起来的新兴功能材料，主要有Ti-Ni基、铜基和铁基三大类，这类合金在塑性变形后，加热到相变温度可恢复变形前的形状。其中，Ti-Ni合金是性能最为稳定、应用最广的形状记忆合金，也是最早进入工业应用阶段的形状记忆合金。该形状记忆合金在温度驱动下具有高达4-6％的恢复应变和高达200MPa以上的恢复应力。利用Ti-Ni合金的形状记忆效应，可制成多种致动器，其功重比(输出功与致动器重量之比)高于电动机、气动和液压系统。同时，还具有运行噪声小，抗冲击性能良好，低电压驱动控制等优点，因而Ti-Ni形状记忆合金致动器有着巨大的应用前景和潜力。其主要缺点是响应受温度控制系统的制约，响应频率较低。

本发明采用位移累积输出和棘轮转换控制的原理设计出一种形状记忆合金直线位移致动器，使得形状记忆合金直线致动器的输出位移和响应频率均获得了大幅有效提高。

发明内容

本发明利用形状记忆合金重量轻、输出应力大的优点，使致动器具有较高的功重比，实现精确步进输出，活塞与轮换装置解决了智能材料存在不应期的问题，使多组SMA丝轮换工作，大大提高了致动器的动作频率。同时，本发明也提供了一种克服智能材料本身存在工作不应期这一缺陷的可行方案。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种混合驱动式形状记忆合金直线驱动装置，该驱动装置具有累积位移输出组件，其特征在于：还包括：机架和丝杠以及轮换输出装置；其中，

所述的机架包括两个端盖与端块组件，连接杆，套筒，以及两个小端盖；在该机架的中心穿过有丝杠、该机架的两端为两个端盖与端块组件，两个端盖与端块组件中间为两个小端盖，由套筒将端盖与端块组件和小端盖连接固定起来，两个小端盖由连接杆对称连接；

累积位移输出组件设置于所述机架的两个小端盖之间；在所述的累积位移输出组件有对称的一套能够将工作板和输出丝杠相对锁定或将输出丝杠与机架相对锁定的齿轮副；所述的齿轮副由丝杠上的齿轮螺母和一个小齿轮组成，且小齿轮由固定在小端盖上的小直流电机驱动，所述的齿轮螺母和工作板安装在输出丝杠上、机架上的两个小端盖之间，按小端盖、齿轮螺母、工作板、齿轮螺母、小端盖的顺序呈对称排列；在该机架两端的端盖与端块组件上设置有实现SMA丝工作轮换的活塞与转换卡盘装置，并在累计位移输出组件与活塞与转换卡盘装置之间的对应位置分布安装有SMA丝；

活塞与输出轮换装置设置于所述机架的每个端盖和端块组件上；所述的活塞与输出轮换装置由容纳于端块和端盖相应位置的弹簧与活塞以及安装于端盖上的轮换卡盘组成。

其中，所述的端盖与端块组件为轻质非金属材料，轻质非金属材料为酚醛树脂、有机玻璃或合成塑料。

其中，累积位移输出组件包括工作板，工作板上固定有3个内侧涂有石墨的铜套，并且连接杆穿过铜套，使得工作板可以沿着连接杆滑动，SMA丝则用新型铜锡复合焊接的方式与固定于工作板两侧的PCB电路板焊接，形成焊点，在中心的丝杠穿过安置于小端盖内侧的齿轮螺母，而齿轮螺母则由小齿轮带动，且小齿轮由小型直流电机驱动。

本发明的特点在于：

一种混合驱动式形状记忆合金直线驱动装置，特点在于：包括有两端为端盖与端块组件由套筒、小端盖和连接杆对称组成的机架，设置于所述机架的小端盖之间的累积位移输出装置和设置于所述机架的大端盖和端块组件上的活塞与输出轮换装置；

其中：

在所述的累积位移输出装置有对称的一套可以将工作板和输出丝杠相对锁定或将输出丝杠与机架相对锁定的齿轮副；

所述的端块为轻质非金属材料(酚醛树脂、有机玻璃、合成塑料等)；

所述的活塞与输出轮换装置由容纳于端块和端盖相应位置的弹簧与活塞以及安装于端盖上的轮换卡盘组成。

另外，构成上述一种混合驱动形状记忆合金直线驱动装置的附加技术特征还包括：

——所述的机架由连接杆、小端盖、端盖和端块组件和套筒构成，且机架空心，输出丝杠从其中穿过。

——所述的齿轮副由丝杠上的螺母齿轮和一个小齿轮组成，且小齿轮由固定在小端盖上的小直流电机驱动。

——所述的齿轮螺母和工作板安装在输出丝杠上、机架上的两个小端盖之间，按小端盖、齿轮螺母、工作板、齿轮螺母、小端盖的顺序呈对称排列。