本发明专利技术提供了一种采用柔性稳态结构的双向驱动器。该驱动器依靠两根对拉的SMA丝实现双向驱动，依靠双梁或多梁组成的柔性梁结构维持稳定状态。需要进行状态切换时，对主动SMA丝通电使其受热收缩，从而驱动滑销移动，当滑销移动一定距离后，柔性梁会发生跳跃屈曲，梁结构失稳，出现负刚度效应，此后停止对主动SMA丝通电，在柔性梁的变形力作用下，滑销继续移动，直至柔性梁弯曲到最大挠度，驱动器进入稳定状态。本发明专利技术稳定状态无需持续通电；可自动复位、重复工作，滑销伸出和缩回的驱动力基本相同，可靠性高；驱动力和驱动位移可调，质量轻、惯性小、功重比大，能在狭小空间内实现大载荷输出，安全性高。安全性高。安全性高。
【技术实现步骤摘要】
一种采用柔性稳态结构的双向驱动器
[0001]本专利技术涉及双向驱动器
，特别涉及一种基于柔性梁结构和记忆金属的双向驱动器。
技术介绍
[0002]航天器的空间展开机构、航空炸弹保险等设备上所用的锁紧装置，需要实现锁紧和解锁双向驱动的功能。例如，航天器的空间展开机构在轨展开到位后，需要锁紧装置对其展开状态进行锁定；当航天器需要做机动变轨时，展开机构需要收拢，锁紧装置解除锁定；收拢到位后，再次对收拢后结构进行锁定限位。这就需要锁紧装置可以实现双向驱动，并提供锁紧位和解锁位两个稳定状态。
[0003]现有的双向驱动器主要是电磁铁式驱动器，其工作的基本原理是：对电磁铁通电，使衔铁吸合推动锁销伸出，实现锁紧功能；电磁铁断电，偏置弹簧推动衔铁复位，进而带动锁销缩回，实现解锁功能。因此电磁铁式的双向驱动器可以实现通电锁紧、断电解锁，或者是通电解锁、断电锁紧的状态切换。
[0004]这种驱动器虽然能够实现双向驱动功能，但其锁紧位和解锁位两个稳定状态中，有一个必然需要持续对电磁铁通电才能维持，一旦供电系统出现异常，锁销就会出现意外的运动。此外，由于电磁铁吸合力远大于偏置弹簧的弹簧力，因此这种驱动器锁销伸出或缩回的驱动力相差较大，无法做到推出和缩回力相近，使用可靠性受限。还有，电磁铁中的衔铁质量大，导致驱动器的功重比小，输出的锁紧载荷有限，不适用于狭小空间；而用于航空炸弹保险的双向驱动器，质量大会导致驱动器惯性大，在战斗机机动飞行时的大过载可能会引起保险意外动作，安全性不足。
技术实现思路
[0005]本专利技术针对现有电磁铁式双向驱动器的不足，提供了一种采用柔性稳态结构的双向驱动器，该驱动器在解锁位和锁紧位均可保持稳定，可重复使用，可靠性高、安全性好。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：一种采用柔性稳态结构的双向驱动器。包括滑销、保持架、外壳、SMA丝、柔性梁等。该驱动器通过保持架的法兰边安装在固定结构上，对SMA丝通电可驱动滑销沿保持架的内腔移动，滑销伸出时分离结构锁定，防止其相对于固定结构发生运动，滑销缩回时解除对分离结构的限位。滑销是驱动器的作动元件，保持架和外壳组成驱动器的外形支撑，同时为滑销提供移动轨道，SMA丝有两根，分别为滑销的上下移动提供驱动力，柔性梁为滑销在完全伸出和完全收缩状态提供保持稳定的驱动力。
[0007]其中，所述滑销为本专利技术的作动元件，中部设有梁安装孔，中上部和底部分别设有一个SMA丝安装孔，两者正交，用于布置收缩SMA丝和伸出SMA丝。
[0008]其中，所述保持架和外壳配合组成本专利技术驱动器的外形支撑。保持架纵向的管状结构内腔为滑销提供上下移动的轨道，管状结构上与滑销的梁安装孔和SMA丝安装孔对应部位处设有腰型孔，为柔性梁结构和SMA丝的驱动过程提供运动空间；外壳的纵向侧壁上设
有SMA丝的布置孔和支架的定位台阶。
[0009]其中，所述SMA丝包括一根收缩SMA丝和一根伸出SMA丝，分别从滑销的SMA丝安装孔穿过，并固定在外壳侧壁外。两根丝对拉驱动，滑销收缩过程，收缩SMA丝是主动丝，伸出SMA丝是被动丝；滑销伸出过程则相反。
[0010]其中，所述柔性梁为双梁或多梁组成的柔性梁组合结构；梁向上弯曲到最大挠度时，可使驱动器维持在锁紧位稳定状态，此时滑销完全伸出；梁向下弯曲到最大挠度时，可使驱动器维持在解锁位稳定状态，此时滑销完全收缩。
[0011]进一步地，所述柔性梁，可以是常见的矩形梁，也可以是锥型薄板结构。
[0012]进一步地，保持架和外壳的连接部位，包括但不限于采用螺纹、胶粘的连接方式。
[0013]进一步地，SMA丝与外壳、滑销、保持架之间需要进行绝缘处理。绝缘方式可以在SMA丝外设置聚四氟乙烯耐高温绝缘套管，也可以通过绝缘氧化、陶瓷基绝缘涂层、高分子绝缘涂层等工艺对SMA丝、外壳、滑销、保持架进行整体绝缘，不作具体限制。
[0014]本专利技术中，驱动器在两个稳定状态切换时，滑销移动需要克服的阻力包括：
①
滑销与保持架等结构的摩擦力，
②
被动SMA丝的抗拉张力，
③
柔性梁到达跳跃屈曲临界状态前，梁的弯曲变形力。滑销移动的驱动力来自两个方面：
①
主动SMA丝受热收缩产生的驱动力，
②
柔性梁经过跳跃屈曲临界状态后，梁的弯曲变形力。因此，本专利技术驱动过程中，在柔性梁跳跃屈曲前后，梁的弯曲变形力作用不同。
[0015]本专利技术驱动器的双向驱动过程依靠对拉的两根SMA丝实现，而稳定状态则依靠柔性梁结构保持。驱动过程即稳定状态的切换过程，具体是：对主动SMA丝通电使其受热收缩，从而驱动滑销移动，当滑销移动一定距离后，柔性梁会发生跳跃屈曲，此后停止对主动SMA丝通电，在柔性梁的变形力作用下，滑销可继续移动，直至柔性梁弯曲到最大挠度，驱动器进入稳定状态。
[0016]本专利技术的双向驱动器，相比传统的电磁铁式双向驱动器，其优势表现在：
[0017](1)利用双梁或多梁的双稳态柔性结构，使驱动器的滑销在完全伸出和完全缩回状态均可保持稳定，克服了现有电磁铁式双向驱动器需要持续通电才能保持稳定的缺点。
[0018](2)能够实现自动复位，可重复工作，滑销伸出和缩回的驱动力基本相同，驱动器双向驱动过程的难易程度相当，可靠性高。
[0019](3)运动部件无衔铁，质量轻、惯性小、功重比大，能在狭小空间内实现大载荷输出，安全性高。
附图说明
[0020]图1为本专利技术锁紧位稳定状态的示意图；
[0021]图2为本专利技术柔性梁处于跳跃屈曲临界状态的示意图；
[0022]图3为本专利技术解锁位稳定状态的示意图；
[0023]图4为本专利技术采用双稳态柔性梁的反作用力与位移的关系曲线；
[0024]图5为本专利技术采用单稳态柔性梁的反作用力与位移的关系曲线。
具体实施方式
[0025]以下结合附图和具体实施方式进一步阐述本专利技术的原理。
[0026]本专利技术提供一种采用柔性稳态结构的双向驱动器，如图1～图3所示，包括滑销1、保持架2、外壳3、收缩SMA丝4、伸出SMA丝5、柔性梁6、支架7。滑销1是驱动器的作动元件，保持架2为滑销1提供移动轨道，两根SMA丝分别为滑销1的上下移动提供驱动力，柔性梁6为滑销1在完全伸出和完全收缩状态提供保持稳定的驱动力。
[0027]滑销1为轴式结构，中部设有多组通孔(以下简称梁安装孔)，用于布置柔性梁6；中上部和底部还设有两个正交的通孔(以下简称SMA丝安装孔)，用于布置收缩SMA丝4和伸出SMA丝5。
[0028]保持架2近似倒T型结构，外壳3近似T型结构，两者配合组成驱动器的外形支撑。其中，保持架2纵向的管状结构内腔为滑销提供上下移动的轨道，管状结构上与滑销1的梁安装孔和SMA丝安装孔对应部位处设有腰型孔，为柔性梁结构和SMA丝的驱动过程提供运动空间；外壳3的纵向侧壁上设有SMA丝的布置孔和支架7的定位台阶。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种采用柔性稳态结构的双向驱动器，其特征在于，包括滑销(1)、保持架(2)、外壳(3)、收缩SMA丝(4)、伸出SMA丝(5)、柔性梁(6)、支架(7)；其中，滑销(1)为作动元件，其上设有梁安装孔和SMA丝安装孔；保持架(2)和外壳(3)组成驱动器的外形支撑；收缩SMA丝(4)和伸出SMA丝(5)从滑销(1)正交布置，对拉驱动，上的SMA丝安装孔穿过，固定在外壳(3)侧壁外，滑销(1)收缩过程，收缩SMA丝(5)为主动丝，滑销(1)伸出过程，伸出SMA丝(5)为主动丝；柔性梁(6)为双梁或多梁组成的柔性梁组合结构，梁的两端支撑在支架(7)上，中部从滑销(1)上的梁安装孔穿过；柔性梁(6)向上弯曲到最大挠度时，滑销(1)完全伸出，驱动器维持在锁紧位稳定状态；柔性梁(6)向下弯曲到最大挠度时，滑销(1)完全收缩，驱动器维持在解锁位稳定状态；.需要状态切换时，对主动SMA丝通电使其受热收缩，从而驱动滑销(1)移动，当滑销(1)移动一定距离后，柔性梁(6)会发生跳跃屈曲，梁结构失稳，...
【专利技术属性】
技术研发人员：付佳丽，刘婧莹，孙瑞杰，白志兵，
申请(专利权)人：北京灵翼航宇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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