一种内置记忆合金丝驱动球齿轮板块式形状和刚度可控结构制造技术

一种内置记忆合金丝驱动球齿轮板块式形状和刚度可控结构主要由多个球齿轮块组成，球齿轮块拼接成一个二维结构，球齿轮块间接触的部分为相互啮合的球齿轮，使得二维板块式形状发生变化时球齿轮块间不会发生相对滑动，使弯曲运动平顺进行；通过对记忆合金丝通电，使单根丝的长度和刚度发生变化，进而使板块式结构可以在二维空间内发生不同方向、不同程度的弯曲变形、扭转变形，或改变板块式结构在二维平面内及与平面相垂直的方向上的刚度；球齿轮块为可拓扑结构，可在二维空间内向四周任意拓扑；该形状和刚度可控结构具有原理明确、成本低廉、组装方便的优点，且在实际应用中可根据工作要求适配其刚度。工作要求适配其刚度。工作要求适配其刚度。

【技术实现步骤摘要】
一种内置记忆合金丝驱动球齿轮板块式形状和刚度可控结构


[0001]本专利技术涉及一种变形状、变刚度结构，特别是一种内置记忆合金丝驱动球齿轮板块式形状和刚度可控结构。

技术介绍

[0002]形状记忆合金是一种可以在应力或温度的作用下发生相变的新型材料，具有独特的形状记忆效应、超弹性等特性；利用它在不同温度下形状的变化，可以设计出各种各样的自控器件，目前它的用途正在不断扩大，广泛应用于航空航天、机械电子等各大领域。
[0003]变刚度设计是当下的一个研究热点，它使机构保持柔顺性的同时，在必要时可提升执行力，近年来关于变刚度结构的设计层出不穷。但目前，许多变刚度结构依然存在结构不稳定、控制难度大、加工成本较高等问题。综上所述，一种内置记忆合金丝驱动球齿轮板块式形状和刚度可控结构，通过通电的方式控制每行或每列形状记忆合金丝的长度和刚度，进而调节板块式结构的形状和刚度，且可拓扑至不同面积、不同形状的二维结构。本专利技术应用于变形状与变刚度结构的控制问题，使板块式结构可以发生不同方向、不同程度的弯曲变形、扭转变形，改变板块式结构在二维平面内或在与平面相垂直的方向上的刚度；制作、安装简单，结构自重小，在实际应用中可根据工作要求适配其刚度，具有很大的应用价值和研究价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种内置记忆合金丝驱动球齿轮板块式形状和刚度可控结构，整体为二维结构，各个球齿轮块之间靠球齿轮的啮合相互接触，在球齿轮块间串有记忆合金丝，通过改变在记忆合金丝上施加的电流，控制单丝的长度发生变化，进而达到控制整体结构的形状与刚度的目的。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种内置记忆合金丝驱动球齿轮板块式形状和刚度可控结构主要由多个球齿轮块组成，球齿轮块拼接成一个二维结构，说明书附图中以5
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5的二维结构为例；球齿轮块间接触的部分为相互啮合的球齿轮结构，使得二维板块式形状发生变化时球齿轮块间不会发生相对滑动，且使得二维结构的弯曲运动平顺进行；球齿轮块中穿过两组相互异面的记忆合金丝，通过对记忆合金丝通电，使单根丝的长度和刚度发生变化，当同一方向上的不同丝上施加的电流不同时，不同丝产生的长度变化也不同，当合金丝被不同程度拉紧时，二维结构发生翘曲，形状发生改变；当同一方向上的不同丝上施加的电流相同时，不同丝产生的长度变化也相同，当合金丝被相同程度拉紧时，二维结构整体缩紧，刚度发生改变；球齿轮块为可拓扑结构，可在二维空间内向四周拓扑成任意形状。
[0007]所述的球齿轮块部分是由球齿轮块主体、记忆合金丝和陶瓷管组成；记忆合金丝和陶瓷绝缘隔热管内置于球齿轮块主体内部，记忆合金丝通过镶嵌着陶瓷管的球齿轮块孔；陶瓷管在通电时起隔热绝缘作用，避免球齿轮块主体融化影响控制。
[0008]本专利技术的优势在于：通过对记忆合金丝上所施加电流的控制，可以对整体板块式结构的形状和刚度进行控制；利用球齿轮结构，使二维结构的弯曲运动可以平顺进行，且可以防止打滑，提高整个结构的配合精度；球齿轮块主体采用了中空设计，降低结构的质量，节省材料的同时有利于合金丝散热。该形状和刚度可控结构具有原理明确、成本低廉、组装方便的优点。
附图说明
[0009]图1为球齿轮块结构整体示意图
[0010]图2为单元结构立体装配图
[0011]图3为5
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5结构整体装配示意图
[0012]图4为5
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5结构变形立体示意图
具体实施方式
[0013]下面结合附图对本专利技术进一步说明。
[0014]参照图1，本专利技术提供一种内置记忆合金丝驱动球齿轮板块式形状和刚度可控结构，整体结构为板块式二维结构，通过改变在记忆合金丝上施加的电流，控制单丝的长度发生变化，进而达到控制整体结构的形状与刚度的目的；其主要组成部分有球齿轮块主体(1)，陶瓷套管(2)，记忆合金丝(4)(5)。
[0015]参照图2，球齿轮块主体四周均为球齿轮结构，相对的两个球齿轮可以相互啮合，使得结构可在二维平面内向四周拓扑；球齿轮部分两侧各有四个通孔，用于后续镶嵌陶瓷套管(2)；球齿轮块设计为中空结构以减轻质量、降低成本。
[0016]参照图1和图3，整个结构每行或每列均设有一组球齿轮块，在行或列的一端连有供电器和控制器，用以对该行或列单独进行控制，进而达到控制整个结构形状和刚度的目的。
[0017]参照图3和图4，对整个装置通电后，平面的二维板块式结构形状发生变化，发生翘曲，变成曲面结构。
[0018]上述实例说明本专利技术专利的技术构思及结构特点，目的在于使在本领域进行研究工作的科研人员和工程技术人员了解本专利技术专利，并且能够据此实现该产品。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内置记忆合金丝驱动球齿轮板块式形状和刚度可控结构，其特征在于：该内置记忆合金丝驱动球齿轮板块式形状和刚度可控结构由球齿轮块(1)，陶瓷套管(2)，固定球(3)和记忆合金丝(4)(5)组成。2.根据权利要求书1所述的内置记忆合金丝驱动球齿轮板块式形状和刚度可控结构，其特征在于：球齿轮块(1)上含有球齿轮结构。各个球齿轮块(1)之间通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴永臣，刘雨荷，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：