本发明专利技术公开了一种可调预紧力的形状记忆合金往复致动器，包括壳体、位移台、位移台限位凸起、弹簧、可调预紧装置、形状记忆合金丝和限位机构；壳体包括上底板、下底板和筒体，上底板和下底板均水平布置；位移台包括板部，板部水平布置且位于壳体内；位移台限位凸起设置在筒体的内壁上，同时位于板部的下方；弹簧竖直布置且位于壳体内，上端与板部接触，下端与下底板接触；可调预紧装置包括相互连接的头部和杆部，头部位于壳体外，杆部竖直布置且穿过下底板穿入壳体内，杆部穿入壳体内的长度可调，调节杆部穿入壳体内的长度可控制形状记忆合金丝的预紧力；形状记忆合金丝竖直布置且位于壳体内，上端与位移台固定连接，下端与杆部固定连接。连接。连接。
【技术实现步骤摘要】
一种可调预紧力的形状记忆合金往复致动器
[0001]本专利技术属于致动器领域，涉及一种可调预紧力的形状记忆合金往复致动器。
技术介绍
[0002]往复致动器在各个领域的应用非常广泛，涵盖位移控制、微机械系统、医疗器械等领域。传统机械往复致动器多采用电机结构，存在结构复杂、行程调整难度高、功率损耗大等问题。
[0003]形状记忆合金由于其独特的特性，在合金升温加热后可以消除其在低温下的变形，恢复其变形前的形状。形状记忆合金的工作原理：在低于相变温度时，改变其形状，当对形状记忆合金升温达到相变温度时，形状记忆合金就会恢复其原来的形状。
[0004]现有技术大都是通过在低于形状记忆合金丝相变温度的条件下，对形状记忆合金丝进行预拉伸，再对形状记忆合金丝加热恢复原来形状的特性以设计形状记忆合金往复致动器。相对于传统的电磁、液压等致动器，形状记忆合金往复致动器的结构较为简单，通常由一个或几个形状记忆合金元件组成，这使得它们在体积和重量上更加轻便，适用于空间有限的应用场景；此外形状记忆合金能够提供较高的功率密度，在相对较小的空间内可以提供较大的力量和快速位移的输出，从而使得更紧凑、更轻量化的机械致动器变为现实。
[0005]然而，形状记忆合金往复致动器的行程在使用过程中会出现衰减的问题，进而影响整个致动器往复致动性能，因此需要调整形状记忆合金往复致动器的预紧力，现有技术中的形状记忆合金往复致动器的预紧力难以调整。例如，专利CN108252883A公开了一种基于形状记忆合金丝的柔性旋转驱动器，涡卷弹簧使形状记忆合金丝预拉伸，通过改变形状记忆合金的温度，使得形状记忆合金产生变形，从而记忆合金对涡卷弹簧产生拉力，使涡卷弹簧发生形变而产生相对旋转，进而产生旋转运动，该技术仅考虑了致动的过程，没有考虑到在致动器使用过程中出现的丝材疲劳造成的丝材拉长现象，无法调节预紧力。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种可调预紧力的形状记忆合金往复致动器，本专利技术设计了一种结构简单，性能可靠的往复致动器，可以解决在传统机械往复致动器中结构复杂、行程调整难度高、功率损耗大、高频率使用下普遍存在的机械疲劳现象导致位移行程达不到预期等问题；本专利技术的致动器采用形状记忆合金作为驱动材料，形状记忆合金对温度非常敏感，当温度超过合金相变点时，形状记忆合金发生马氏体逆相变并伴随着形状的改变，对于丝材而言，可逆相变常伴随着升温时长度的收缩与降温时长度的伸长。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种可调预紧力的形状记忆合金往复致动器，包括壳体、位移台、位移台限位凸起、弹簧、可调预紧装置、形状记忆合金丝和限位机构；
[0009]壳体包括上底板、下底板和筒体，上底板和下底板均水平布置；
[0010]位移台包括板部，板部水平布置且位于壳体内；
[0011]位移台限位凸起设置在筒体的内壁上，同时位于板部的下方，位移台限位凸起的数量及其在腔内高度可根据实际应用需求作出适当调整；
[0012]弹簧竖直布置且位于壳体内，上端与板部接触，下端与下底板接触；
[0013]可调预紧装置包括相互连接的头部和杆部，头部位于壳体外，杆部竖直布置且穿过下底板穿入壳体内，杆部穿入壳体内的长度可调，调节杆部穿入壳体内的长度可控制形状记忆合金丝的预紧力；
[0014]形状记忆合金丝竖直布置且位于壳体内，上端与位移台固定连接，下端与杆部固定连接；
[0015]限位机构用于限制弹簧水平滑移；
[0016]各部件的配合关系满足：当形状记忆合金丝的温度不大于其奥氏体转变温度时，板部与上底板贴合；当形状记忆合金丝的温度大于其奥氏体转变温度时，形状记忆合金丝收缩，带动板部向下运动，直至与位移台限位凸起接触；
[0017]本专利技术的致动器可通过主动施加电流或受所处环境温度被动变化等方式驱动，从而实现循环往复的自恢复位移运动。
[0018]本专利技术主要通过可调预紧装置调节形状记忆合金丝的预紧力，形状记忆合金丝的上端与位移台固定连接，下端与杆部固定连接；在致动器未升温工作的条件下，板部受弹簧的作用力起主导作用，此时板部紧贴上底板，在忽略位移台的重量的前提下，此时有几个极限状态：
[0019]一是当形状记忆合金丝初始完全松弛，即预紧力为0，此时弹簧对板部向上的弹力等于上底板对板部向下的反作用力；
[0020]二是缩短杆部穿入壳体内的长度，此时形状记忆合金丝开始绷紧，即预紧力不为0，此时弹簧对板部向上的弹力＝形状记忆合金丝对板部向下的拉力+上底板对板部向下的反作用力；
[0021]三是进一步缩短杆部穿入壳体内的长度，使板部与上底板要脱离接触但还在接触的临界状态，此时弹簧对板部向上的弹力刚好等于形状记忆合金丝对板部向下的拉力，而上底板对板部向下的反作用力为0。
[0022]以上一、二、三几种情况下，板部与上底板都是接触的，即弹簧的长度是不变的，则根据弹簧弹力公式F＝kx可知，弹簧对板部向上的弹力也是不变的，变化的是形状记忆合金丝对板部向下的拉力与上底板对板部向下的反作用力。形状记忆合金丝的上述张力变化范围即是本专利技术所说的预紧力的调节范围。
[0023]理论上，预紧力越大，形状记忆合金丝提供的行程越大，致动器的疲劳寿命越短。另外，在长期使用过程中，形状记忆合金丝逐渐训练出双程形状记忆效应以及形状记忆合金丝本身的疲劳，导致形状记忆合金丝松弛，形状记忆合金丝提供的行程(致动距离)会下降。因此，为克服行程衰减问题，需要对形状记忆合金丝进行重新预紧操作，以保证致动器的行程稳定。
[0024]当驱动器开始通电运行时，形状记忆合金丝的长度会收缩，带动板部完全脱离上底板的接触向下运动，此时，形状记忆合金对板部向下的拉力大于弹簧对板部向上的弹力，而弹簧在这一过程中的长度是减小的，则弹力F＝kx，形状记忆合金带动板部向下运动的距
离越大，弹簧提供的反向弹力也越大。由于致动器结构的封闭性以及形状记忆合金丝长度会受到疲劳现象的影响，随着使用时间的增加形状记忆合金丝也会疲劳变长，所以通过调节杆部穿入壳体内的长度，使形状记忆合金丝可以保持拉紧状态，使致动器往复驱动效率最大化，如果形状记忆合金丝不被拉紧，致动器升温工作时形状记忆合金丝收缩的有效行程会相应缩短，从而导致板部位移行程也缩短。
[0025]板部置于上底板和弹簧之间；初始状态时，形状记忆合金丝的温度不大于其奥氏体转变温度，板部受到弹簧的弹力、形状记忆合金丝的拉力、上底板的反作用力，此时形状记忆合金丝的拉力小于弹簧的弹力，板部被限位紧贴上底板；工作状态时，当形状记忆合金丝的温度大于其奥氏体转变温度，形状记忆合金丝收缩，形状记忆合金丝对板部向下的拉力大于弹簧对板部向上的弹力，导致板部向下运动，直至与位移台限位凸起接触；当形状记忆合金丝的温度降低至不大于其奥氏体转变温度时，形状记忆合金丝会在弹簧的作用力下回到初始状态；由此使得板部可以实现循环往复运动。
[0026]形状记忆本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可调预紧力的形状记忆合金往复致动器，其特征在于，包括壳体(1)、位移台(6)、位移台限位凸起(12)、弹簧(2)、可调预紧装置(3)、形状记忆合金丝(4)和限位机构；壳体(1)包括上底板(15)、下底板(16)和筒体(17)，上底板(15)和下底板(16)均水平布置；位移台(6)包括板部(64)，板部(64)水平布置且位于壳体(1)内；位移台限位凸起(12)设置在筒体(17)的内壁上，同时位于板部(64)的下方；弹簧(2)竖直布置且位于壳体(1)内，上端与板部(64)接触，下端与下底板(16)接触；可调预紧装置(3)包括相互连接的头部(33)和杆部(31)，头部(33)位于壳体(1)外，杆部(31)竖直布置且穿过下底板(16)穿入壳体(1)内，杆部(31)穿入壳体(1)内的长度可调；形状记忆合金丝(4)竖直布置且位于壳体(1)内，上端与位移台(6)固定连接，下端与杆部(31)固定连接；限位机构用于限制弹簧(2)水平滑移；各部件的配合关系满足：当形状记忆合金丝(4)的温度不大于其奥氏体转变温度时，板部(64)与上底板(15)贴合；当形状记忆合金丝(4)的温度大于其奥氏体转变温度时，形状记忆合金丝(4)收缩，带动板部(64)向下运动，直至与位移台限位凸起(12)接触。2.根据权利要求1所述的一种可调预紧力的形状记忆合金往复致动器，其特征在于，位移台(6)还包括竖直布置的针部(61)，针部(61)位于板部(64)的上方且与其固定连接；上底板(15)的正中间设有1个位移通孔(11)；针部(61)穿过位移通孔(11)，二者之间涂有润滑油；针部(61)和板部(64)的总高度大于上底板(15)与位移台限位凸起(12)的间距；板部(64)与筒体(17)不接触。3.根据权利要求1所述的一种可调预紧力的形状记忆合金往复致动器，其特征在于，弹簧(2)为圆柱螺旋弹簧。4.根据权利要求3所述的一种可调预紧力的形状记忆合金往复致动器，其特征在于，壳体(1)为圆柱壳体。5.根据权利要求3所述的一种可调预...
【专利技术属性】
技术研发人员：左舜贵，孙国庆，王静，毛济，李文杰，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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