形状记忆合金驱动的摆动式位移转换放大机构及其方法技术

本发明专利技术提供一种形状记忆合金驱动的摆动式位移转换放大机构及其方法，该机构包括相互连接的形状记忆合金驱动联接装置以及位移转换放大装置，形状记忆合金驱动联接装置设有若干个，利用形状记忆合金SMA的形状记忆效应，带动位移转换放大装置上下偏转，将水平位移转换为垂直位移；实现了驱动位移的转换和放大，在有限的空间中获得较大的位移和驱动力输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及位移放大机构的
，具体为形状记忆合金驱动的摆动式位移转换放大机构及其方法。
技术介绍
传统的位移放大机构有杠杆式放大机构、桥式放大机构、剪叉式放大机构和桅柱式放大机构。常用的驱动方式有液压驱动、电机驱动、电磁驱动和链条驱动等。随着新兴材料的出现，压电陶瓷、磁致伸缩材料和形状记忆合金（SMA）等新型材料也作为驱动元件得到了广泛的应用。形状记忆合金（ShapeMemoryAlloy，简称SMA）是一种兼具感知与驱动功能，能够“记忆”原有形状的智能材料。其最显著的特性即形状记忆效应（ShapeMemoryEffect，简称SME），即SMA材料在加热升温到某一温度后，能够完全消除其在低温条件下发生的塑性变形，回复至变形前的形状，而且此过程可以周而复始循环多次。形状记忆效应使得SMA在某种程度上具有自感知、自诊断和自适应的能力。SMA作为驱动器具有推力大、功重比高、结构简单、无需各种传动装置等优点，因此作为新型智能材料受到青睐。直接使用SMA元件设计的驱动器尽管推力大，但位移行程较小（一般双向移动3%左右），在一些大行程应用场合仍需要对其位移进行放大或累加；比如：将SMA绕制成弹簧形状，可以将行程扩大到了100%以上，但是推力却极大地减小。因此，设计既有较大推力，又有较大位移行程的SMA驱动器，一直是SMA应用研究领域的一个热点和难点问题。此外，由于SMA在使用过程中需要加热或冷却，使得其动态响应频率较低，响应时间较长，有时很难满足实际需要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对前述
技术介绍
中的缺陷和不足，提供一种形状记忆合金驱动的摆动式位移转换放大机构及其运动方法，实现了驱动位移的转换和放大，在有限的空间中获得较大的位移和驱动力输出。同时，对SMA丝采用主动冷却方法，缩短了SMA冷却时间，提高了驱动器的响应频率。本专利技术提供的形状记忆合金驱动的摆动式位移转换放大机构，该机构包括相互连接的形状记忆合金驱动联接装置以及位移转换放大装置，所述形状记忆合金驱动联接装置设有若干个，利用形状记忆合金SMA的形状记忆效应，带动位移转换放大装置上下偏转，将水平位移转换为垂直位移；具体的，所述形状记忆合金驱动联接装置包括SMA固定螺栓、SMA固定联接端子以及SMA主动冷却系统；所述SMA固定联接端子的一端固定SMA丝的一端，另一端与SMA主动冷却系统相连；所述SMA丝的另一端通过SMA固定螺栓固定在位移转换放大装置上；所述位移转换放大装置，包括支撑盒体、支座和摆动式位移转换及放大机构；所述支座固定在支撑盒体上，摆动式位移转换及放大机构通过摆动轴固定在支座上，所述SMA丝与位移转换放大装置连接的一端连接在摆动式位移转换及放大机构上，所述位移转换放大装置在SMA丝的往返作用下实现位移的放大及转换。所述SMA固定联接端子包括SMA丝、中心轴、SMA锁紧螺母、调节螺母、套管气动接头以及绝缘片；其中，所述中心轴为中空管体，其一端通过SMA锁紧螺母与套管气动接头同轴相连，并在其一端的径向方向设有孔；所述套管气动接头内设有通孔，所述通孔内安装SMA套管，SMA丝从SMA套管内穿入，从中心轴的孔内穿出，通过SMA锁紧螺母固定并用填充物密封；在所述中心轴另一端，依次同轴连接绝缘片、调节螺母，并通过冷却气气动接头连接到SMA主动冷却系统。所述形状记忆合金驱动联接装置分布在支撑盒体的两端，所述支座和摆动式位移转换及放大机构配合形状记忆合金驱动联接装置也固定设置在盒体两端；其中，每个形状记忆合金驱动联接装置对应一个SMA固定螺栓。所述位移转换放大机构包括上偏转形状记忆合金驱动联接装置与下偏转形状记忆合金驱动联接装置，其中上、下偏转形状记忆合金驱动联接装置与与其对应的SMA固定螺栓分别为相向、同向设置；所述位移转换放大机构还包括滑轮，所述滑轮带有具有绝缘功能的u型外槽并通过滑轮固定轴固定于支座上；所述下偏转形状记忆合金驱动联接装置中的SMA丝一端与SMA固定螺栓联接，然后绕过滑轮后与相向设置的SMA固定联接端子连接。所述位移转换放大机构还包括角度传感器，所述角度传感器通过角度传感器支座固定在摆动式位移转换及放大机构的侧面，传感器的内轴与摆动式位移转换机构相联接。状记忆合金驱动的摆动式位移转换放大方法，该方法包括以下步骤：步骤一，加热SMA固定联接端子上的SMA丝，使上偏转形状记忆合金驱动联接装置上的SMA丝温度升高，产生回复收缩形变，其对应的SMA固定螺栓产生向相向设置SMA固定联接端子的位移，带动所述摆动式位移转换及放大机构转动从而产生向上的位移；步骤二，当摆动式位移转换及放大机构到达其极限位置，形状记忆效应完成，上偏转形状记忆合金驱动联接装置的SMA固定联接端子中施加高压低温空气，使SMA丝温度快速降低；步骤三，加热SMA固定联接端子上的SMA丝，使下偏转形状记忆合金驱动联接装置上的SMA丝温度升高，产生回复收缩形变，通过滑轮，改变了SMA丝运动方向，其对应的SMA固定螺栓产生向相向设置SMA固定联接端子反方向的位移，带动所述摆动式位移转换及放大机构反方向偏置从而产生向下的位移；步骤四，当摆动式位移转换及放大机构到达其极限位置，形状记忆效应完成，向下偏转形状记忆合金驱动联接装置的SMA固定联接端子中施加高冷却空气，使SMA丝温度快速降低。反复步骤一至四，并通过角度位移传感器测量摆动式位移转换及放大机构的角度位移量。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.设计了SMA丝固定联接端子装置，将SMA驱动器在使用过程中的多项功能，如：锁紧固定、长度调节、隔离绝缘、电流加热、主动冷却等在该装置中集中实现。2.解决了SMA丝驱动器驱动力大但变形量小的问题，实现了驱动位移的放大及驱动方向的转换，改变放大及转换机构的尺寸可改变位移放大比例。原理实用简单，实现方便，具有很好的实际应用价值。3.SMA有单程和双程之分，本专利技术采用的是单程SMA丝，通过配置多根SMA丝实现了双向的运动。附图说明图1为本专利技术中SMA固定联接端子结构图；图2：本专利技术形状记忆合金驱动的摆动式位移转换放大机构的三维结构轴侧图；图3：形状记忆合金驱动联接装置以及位移转换及放大装置结构图；图4：形状记忆合金驱动联接装置上偏结构图；图5：形状记忆合金驱动联接装置下偏结构图；图6：位移放大比例示意图；图1中，1.调节螺母，2.盒体，3.SMA锁紧螺母，4.SMA丝，5.SMA套管，6.套管气动接头，7.孔，8.中心轴，9.绝缘片，10.冷却气气动接头，11.冷却气管；图2中，12.支座，13.摆动式位移转换及放大机构，2.盒体，14.螺栓组；图3中，13.摆动式位移转换及放大机构，15.连接销，12.支座，16.滑轮，17.SMA固定联接端子，18.滑轮固定轴，19.SMA固定螺栓，20.角度传感器，21.角度传感器支座；图4中，22.右上拉SMA丝，23.左上拉SMA丝；图5中，24.右下拉SMA丝，25.左下拉SMA丝。具体实施方式本专利技术提供形状记忆合金驱动的摆动式位移转换放大机构及其方法，为使本专利技术的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本专利技术，并不用于限定本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
形状记忆合金驱动的摆动式位移转换放大机构，特征在于，该机构包括相互连接的形状记忆合金驱动联接装置以及位移转换放大装置，所述形状记忆合金驱动联接装置设有若干个，利用形状记忆合金SMA的形状记忆效应，带动位移转换放大装置上下偏转，将水平位移转换为垂直位移；具体的，所述形状记忆合金驱动联接装置包括SMA固定螺栓、SMA固定联接端子以及SMA主动冷却系统；所述SMA固定联接端子的一端固定SMA丝的一端，另一端与SMA主动冷却系统相连；所述SMA丝的另一端通过SMA固定螺栓固定在位移转换放大装置上；所述位移转换放大装置，包括支撑盒体、支座和摆动式位移转换及放大机构；所述支座固定在支撑盒体上，摆动式位移转换及放大机构通过摆动轴固定在支座上，所述SMA丝与位移转换放大装置连接的一端连接在摆动式位移转换及放大机构上，所述位移转换放大装置在SMA丝的往返作用下实现位移的放大及转换。

【技术特征摘要】
1.形状记忆合金驱动的摆动式位移转换放大机构，特征在于，该机构包括相互连接的形状记忆合金驱动联接装置以及位移转换放大装置，所述形状记忆合金驱动联接装置设有若干个，利用形状记忆合金SMA的形状记忆效应，带动位移转换放大装置上下偏转，将水平位移转换为垂直位移；具体的，所述形状记忆合金驱动联接装置包括SMA固定螺栓、SMA固定联接端子以及SMA主动冷却系统；所述SMA固定联接端子的一端固定SMA丝的一端，另一端与SMA主动冷却系统相连；所述SMA丝的另一端通过SMA固定螺栓固定在位移转换放大装置上；所述位移转换放大装置，包括支撑盒体、支座和摆动式位移转换及放大机构；所述支座固定在支撑盒体上，摆动式位移转换及放大机构通过摆动轴固定在支座上，所述SMA丝与位移转换放大装置连接的一端连接在摆动式位移转换及放大机构上，所述位移转换放大装置在SMA丝的往返作用下实现位移的放大及转换。2.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的摆动式位移转换放大机构，其特征在于，所述SMA固定联接端子包括SMA丝、中心轴、SMA锁紧螺母、调节螺母、套管气动接头以及绝缘片；其中，所述中心轴为中空管体，其一端通过SMA锁紧螺母与套管气动接头同轴相连，并在其一端的径向方向设有孔；所述套管气动接头内设有通孔，所述通孔内安装SMA套管，SMA丝从SMA套管内穿入，从中心轴的孔内穿出，通过SMA锁紧螺母固定并用填充物密封；在所述中心轴另一端，依次同轴连接绝缘片、调节螺母，并通过冷却气气动接头连接到SMA主动冷却系统。3.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的摆动式位移转换放大机构，其特征在于，所述形状记忆合金驱动联接装置分布在支撑盒体的两端，所述支座和摆动式位移转换及放大机构配合形状记忆合金驱动联接装置也固定设置在盒体两端；其中，每个形状记忆合金驱动联接装置对应一个SMA固定螺栓。4.根据权利要求1至3所述的形状记忆合金驱动的摆动式位移转换放大机构，其特征在于，所述位移转换放大机构包...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志伟，王甜，刘阳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32