一种采用SMA弹簧的快速复位非火工石蜡驱动器制造技术

本发明专利技术提供一种采用SMA弹簧的快速复位非火工石蜡驱动器，该驱动器由外壳和底座组成驱动器腔体，腔体内设有SMA弹簧、驱动杆、金属波纹管、位移传感器，腔体外表面上覆有独立工作的回复加热套和驱动加热套。驱动时，驱动加热套通电，灌装在金属波纹管中的石蜡受热膨胀，金属波纹管伸长，推动驱动杆移动并输出驱动位移，位移传感器监测位移达到预定值时，发出指令停止驱动并开始复位，这时，回复加热套通电对SMA弹簧进行加热，同时石蜡冷却收缩失去对金属波纹管的静液压力作用，金属波纹管在自身回复力和SMA弹簧回复力的共同作用下，快速复位。本发明专利技术具有石蜡不渗漏、零件拆换方便、复位快、控制精准等优势。

A Fast Reset Non-Pyrotechnic Paraffin Driver Using SMA Spring

The invention provides a fast reset non-pyrotechnic paraffin driver using SMA spring, which consists of a drive chamber composed of a shell and a base. The drive chamber is equipped with SMA spring, a drive rod, a metal bellows and a displacement sensor. The outer surface of the cavity is covered with a recovery heating sleeve and a drive heating sleeve which work independently. When driving, the driving heating sleeve is electrified, the paraffin filling in the metal bellows is heated and expanded, the metal bellows are elongated, the driving rod is moved and the driving displacement is output. When the displacement sensor monitors the displacement to reach the predetermined value, it sends out an instruction to stop driving and start resetting. At this time, the SMA spring is added by returning the heating sleeve to electrify. At the same time, paraffin cooling shrinkage loses the hydrostatic force on metal bellows. Metal bellows are rapidly reset under the combined action of self-restoring force and SMA spring restoring force. The invention has the advantages of no leakage of paraffin wax, convenient disassembly and replacement of parts, fast reset and precise control.

【技术实现步骤摘要】
一种采用SMA弹簧的快速复位非火工石蜡驱动器
本专利技术涉及一种非火工驱动器，具体涉及一种采用SMA(形状记忆合金)复位弹簧的石蜡驱动器。
技术介绍
非火工驱动技术常用于航空航天机构，由于其可重复使用、无污染、冲击力小而受到广泛关注。石蜡驱动器是一种常见的非火工驱动器，根据其工作原理，一般分为挤压式和活塞式两种类型。其中，挤压式驱动器是通过加热装置给石蜡加热，石蜡融化膨胀时产生静压力挤压弹性鞘，从而推动弹性杆运动，实现驱动功能，挤压式的石蜡驱动器不易渗漏，但驱动效率低、输出力小。活塞式石蜡驱动器是通过加热石蜡膨胀推动活塞杆移动从而输出位移，具有输出驱动力大的优势，但现有的活塞式石蜡驱动器存在易渗漏、维修性差等问题。因此，石蜡驱动器需要提高输出力和输出效率，同时解决渗漏问题。
技术实现思路
本专利技术主要针对现有石蜡驱动器存在的易渗漏、驱动力小等问题，提供了一种基于金属波纹管包络的不渗漏、快速复位的活塞式石蜡驱动器。本专利技术采用的技术方案为：一种采用SMA弹簧的快速复位非火工石蜡驱动器，包括：驱动杆、SMA弹簧、位移传感器、金属波纹管、石蜡、回复加热套、驱动加热套、应变片、隔热环、外壳、底座。其中，外壳和底座通过螺纹连接组成圆柱状的驱动器腔体；驱动杆形似螺栓，其头部一端置于驱动器腔体内，可沿外壳内表面滑动，杆部从外壳顶部的圆孔伸出，用于输出驱动位移和驱动力；金属波纹管安装在驱动杆头部和底座之间，管内灌装石蜡，波纹管靠近底座一端贴有应变片；预压缩的SMA弹簧安装在外壳顶面和驱动杆头部之间；位移传感器固定在外壳上；驱动器腔体外侧覆有两段独立的加热套，对应SMA弹簧所在段的为回复加热套，对应金属波纹管所在段的为驱动加热套，两段加热套之间装有隔热环。初始状态下，受SMA弹簧预紧力的作用，驱动杆、金属波纹管和底座紧密接触。驱动时，对石蜡加热使其熔化膨胀，金属波纹管伸长，推动驱动杆移动从而实现驱动功能。复位时，石蜡冷却体积减小，金属波纹管在自身回复力与SMA弹簧回复力共同作用下实现复位。进一步地，所述石蜡可以是纯石蜡，也可以是石蜡混合物；其中，石蜡混合物是由石蜡与膨胀石墨按照一定比例混合获得，相比纯石蜡具有热敏感度高、传热速度快的优点，可提高驱动响应的速率(以下不区分纯石蜡或石蜡混合物，均称为石蜡)。进一步地，所述石蜡被金属波纹管包络，不能渗出。进一步地，所述金属波纹管具有一定的弹性，伸长后会产生弹性回复力。进一步地，所述金属波纹管和石蜡之间存在相互作用力，驱动时金属波纹管受石蜡熔化膨胀时的静液压力，复位时石蜡受到金属波纹管的回复力。进一步地，所述SMA弹簧是本专利技术驱动器的复位弹簧，在驱动过程中受压缩而产生弹性回复力，经回复加热套加热后，因温度升高而产生相变回复力，两种回复力共同作用，极大地提高了驱动器的复位速度。进一步地，所述驱动杆头部与金属波纹管的接触面采用点焊接的方式连接。进一步地，所述驱动杆与外壳内表面滑动接触，接触面喷涂润滑涂层，如涂覆特氟龙涂层、二硫化钼涂层等，减小驱动杆滑动时的摩擦力，提高驱动效率。进一步地，所述外壳与底座之间采用螺纹连接，外壳内表面为内螺纹，底座外表面为外螺纹。进一步地，所述底座外端面上设有条型槽，需要拆解驱动器时，可用一字螺丝刀拧开底座，金属波纹管、驱动杆、SMA弹簧即可依次倒出。进一步地，所述应变片贴在与底座接触的金属波纹管根部面上，并嵌入底座中，应变片的连接导线经底座上的通孔引出。本专利技术的原理在于：驱动时，对驱动加热套通电加热，热量经外壳和金属波纹管传递至石蜡，石蜡受热后熔化膨胀，推动金属波纹管伸长，管横截面变小进一步加快其轴向伸长，从而推动驱动杆移动并输出驱动位移；SMA弹簧被进一步压缩；当位移达到预定要求时，位移传感器发出指令停止驱动。复位时，驱动加热套停止通电，回复加热套通电；石蜡温度降低体积收缩，失去对金属波纹管的静液压力；SMA弹簧受热发生相变，同时为驱动杆和金属波纹管提供弹性回复力和相变回复力，金属波纹管在自身回复力和SMA弹簧回复力作用下快速缩回原长，驱动杆移回初始位置，实现复位。本专利技术与现有技术相比，具有不渗漏、驱动位移精准、维修性好、复位快等特点，具体表现在以下几方面：(1)不渗漏。金属波纹管包络石蜡，使石蜡不能渗漏出波纹管以外的地方，贴在金属波纹管根部的应变片能够监测石蜡压力，可避免驱动过程中的过压泄露问题，防止石蜡泄露而导致的机构失效和污染。(2)能量转化效率高。石蜡膨胀直接推动波纹管、驱动杆，最大化地利用了石蜡膨胀带来的位移效益；在石蜡膨胀时，波纹管平均截面积变小挤压石蜡，可进一步增加波纹管在轴向的伸长量。(3)维修性好。石蜡和波纹管封装在一起，采用模块化设计，没有复杂的密封结构，具有较好的维修性。(4)复位时间短。驱动完成后，SMA弹簧受压缩产生弹性回复力，需要复位时，SMA弹簧受热后产生相变回复力，叠加波纹管自身的弹性回复力，促使驱动杆和金属波纹管快速归位。(5)驱动位移控制精准。位移传感器在驱动杆位移达到要求时发出复位指令停止驱动，使驱动器输出精准的驱动位移。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为底座孔槽示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例进一步说明本专利技术。如图1、图2所示，本专利技术的驱动器包括驱动杆1、位移传感器2、回复加热套3、石蜡4、驱动加热套5、应变片6、外壳7、SMA弹簧8、隔热环9、金属波纹管10和底座11。外壳7和底座11组成驱动器腔体，腔体内由上至下依次安装SMA弹簧8、驱动杆1和灌装有石蜡4的金属波纹管10。驱动器腔体外侧覆有回复加热套3和驱动加热套5，两个加热套相互独立，中间由隔热环9隔开。位移传感器2安装在腔体顶部外壳7的内表面上，用于监测驱动位移大小并适时终止驱动过程；应变片6贴在腔体底部金属波纹管10靠近底座11处，其导线从底座11上的通孔引出，工作过程中，应变片6监测石蜡4的压力，防止过压泄露，保护驱动器。驱动时，对驱动加热套5通电加热，石蜡4受热膨胀，带动金属波纹管10伸长，从而推动驱动杆1移动并输出驱动力与驱动位移。当位移达到预定要求时，位移传感器2发出指令停止驱动并开始复位；这时，驱动加热套5停止通电，回复加热套3通电，石蜡4冷却收缩，失去对金属波纹管10的静液压力作用，金属波纹管10在自身回复力和SMA弹簧8回复力的共同作用下，快速缩回原长，驱动器复位到初始状态。回复加热套3与驱动加热套5的结构相同，均由内外两层加热箔组成，两层加热箔之间、内层加热箔与外壳7之间均填充高温硅橡胶，硅橡胶层厚度为0.1mm～0.2mm，通过模压成型。高温硅橡胶不仅可以保证加热套具有良好的绝缘性能，同时由于硅橡胶良好的弹性，能有效防止加热箔变形时发生撕裂。隔热环9采用超细玻璃棉材料，可以将回复加热套3和驱动加热套5的热量隔离，确保驱动器驱动过程和复位过程的响应速率。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用SMA弹簧的快速复位非火工石蜡驱动器，其特征在于：包括驱动杆(1)、位移传感器(2)、回复加热套(3)、石蜡(4)、驱动加热套(5)、外壳(7)、SMA弹簧(8)、隔热环(9)、金属波纹管(10)、底座(11)；外壳(7)和底座(11)通过螺纹连接组成圆柱状的驱动器腔体；形似螺栓的驱动杆(1)头部一端置于腔体内，可沿外壳(7)内表面滑动，杆部从外壳(7)顶部的圆孔伸出，用于输出驱动位移；金属波纹管(10)安装在驱动杆(1)头部和底座(11)之间，管内灌装石蜡(4)；预压缩的SMA弹簧(8)安装在外壳(7)顶面和驱动杆(1)头部之间，初始状态下弹簧预紧力将驱动杆(1)和金属波纹管(10)压紧在驱动器腔体内；回复加热套(3)和驱动加热套(5)覆在驱动器腔体外侧，两段加热套(3、5)独立工作，中间由隔热环(9)隔开；驱动时，对驱动加热套(5)通电，石蜡(4)受热膨胀，其静液压力使金属波纹管(10)伸长，从而推动驱动杆(1)移动并输出驱动位移，当位移达到预定要求时，固定在外壳(7)内表面的位移传感器(2)发出指令停止驱动并开始复位；复位时，驱动加热套(5)停止通电，回复加热套(3)通电，石蜡(4)冷却收缩，SMA弹簧(8)受热产生回复力，金属波纹管(10)在自身弹性回复力和SMA弹簧(8)回复力的共同作用下，快速缩回原长，实现复位。...

【技术特征摘要】
1.一种采用SMA弹簧的快速复位非火工石蜡驱动器，其特征在于：包括驱动杆(1)、位移传感器(2)、回复加热套(3)、石蜡(4)、驱动加热套(5)、外壳(7)、SMA弹簧(8)、隔热环(9)、金属波纹管(10)、底座(11)；外壳(7)和底座(11)通过螺纹连接组成圆柱状的驱动器腔体；形似螺栓的驱动杆(1)头部一端置于腔体内，可沿外壳(7)内表面滑动，杆部从外壳(7)顶部的圆孔伸出，用于输出驱动位移；金属波纹管(10)安装在驱动杆(1)头部和底座(11)之间，管内灌装石蜡(4)；预压缩的SMA弹簧(8)安装在外壳(7)顶面和驱动杆(1)头部之间，初始状态下弹簧预紧力将驱动杆(1)和金属波纹管(10)压紧在驱动器腔体内；回复加热套(3)和驱动加热套(5)覆在驱动器腔体外侧，两段加热套(3、5)独立工作，中间由隔热环(9)隔开；驱动时，对驱动加热套(5)通电，石蜡(4)受热膨胀，其静液压力使金属波纹管(10)伸长，从而推动驱动杆(1)移动并输出驱动位移，当位移达到预定要求时，固定在外壳(7)内表面的位移传感器(2)发出指令停止驱动并开始复位；复位时，驱动加热套(5)停止通电，回复加热套(3)通电，石蜡(4)冷却收缩，SMA弹簧(8)受热产生回复力，金属波纹管(10)在自身弹性回复力和SMA弹簧(8)回复力的共同作用下，快速缩回原长，实现复位。2.根据权利要求1所述的采用SMA弹簧的快速复位非火工石蜡驱动器，其特征在于：所述驱动杆(1)与金属波纹管(10)的接触...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小勇，闫晓军，王翰林，漆明净，黄大伟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11