一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置，包括虹膜机构模块、驱动模块和电源管理模块，驱动模块包括弹簧和加热收缩的形状记忆合金丝；电源管理模块将输入的电压转换为形状记忆合金丝的电源输入，用于加热形状记忆合金丝，驱动叶片运动；本发明专利技术采用形状记忆合金丝驱动实现机械虹膜机构叶片张开闭合功能，避免了使用电机驱动方式存在的结构复杂、重量相对较大、控制可靠性低的问题。本发明专利技术提出的机械虹膜装置适用于对重量、可靠性要求高的各类航空航天应用。

A mechanical iris device driven by spiral shape memory alloy wire

【技术实现步骤摘要】
一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置
本专利技术涉及一种机械虹膜装置，具体是一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置。
技术介绍
虹膜机构有2D(平面)和3D(球面)两种。平面虹膜机构最常见的应用就是相机光圈，这种光圈是由多个相互重叠的弧形薄金属叶片组成的，通过叶片的离合改变中心圆形孔径的大小，弧形薄金属叶片可以从5片到18片不等，叶片越多，孔径越近圆形。球面虹膜机构是指叶片在一个球面上，叶片伸出来后构成一个球面。球面虹膜有很多潜在应用，如可作为机载探测装置的隐藏机构，导弹尾喷口张开闭合机构等。虹膜机构的张开和闭合通常是通过旋转机构改变叶片距离圆形中心的距离实现的。传统的方式通过电机驱动旋转机构驱动虹膜机构张开闭合功能。这种方式采用电机作为驱动机构，在地面应用等常规领域中是可以满足要求的，但在航空航天，尤其是在卫星或深空探测器中应用时，这种常规的驱动机构会有以下几个问题：一是电机重量相对较重，在航空航天这种每一克质量都要非常宝贵的应用领域中，需要采用新的结构重量轻的驱动机构；二是电机的驱动控制较为复杂，在空间环境中容易受到空间环境带电粒子的影响，而降低电机驱动的可靠性，所以需要采用控制环节简单的驱动机构。
技术实现思路
为了克服现有虹膜机构需要使用电机驱动而存在的结构复杂、重量相对较大、控制可靠性低的问题，本专利技术提出了一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置，通过将形状记忆合金丝通过一定规则缠绕在虹膜机构底部，可以输出一个长行程的驱动力，该驱动力驱动虹膜机构旋转，实现虹膜张开闭合功能。本专利技术使用形状记忆合金驱动结构代替电机驱动虹膜机构张开闭合，结构简单，重量轻，适合于对可靠性和重量要求高的航空航天应用。本专利技术的技术方案为：所述一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置，包括虹膜机构模块、驱动模块和电源管理模块；所述虹膜机构模块包括叶片、外壳和内壳；所述外壳固定在需要虹膜装置保护的设备上；所述外壳与所述内壳同轴布置，能够在驱动模块作用下相对旋转；所述叶片处于外壳与内壳之间，并与外壳及内壳连接，当外壳与内壳相对旋转时，所述叶片能够张开或闭合；其特征在于：所述驱动模块包括弹簧和加热收缩的形状记忆合金丝；弹簧和形状记忆合金丝均处于外壳与内壳之间；所述弹簧一端固定在外壳上，另一端固定在内壳上；所述形状记忆合金丝缠绕在内壳上，一端与外壳固定，另一端与内壳固定；当形状记忆合金丝通电加热收缩时，能够驱动外壳与内壳相对旋转，且形状记忆合金丝的长度满足其加热收缩后的长度变化能够提供外壳与内壳相对旋转所需的位移；当形状记忆合金丝断电后，弹簧能够拉动外壳与内壳相反方向相对旋转；所述电源管理模块将输入的电压转换为形状记忆合金丝的电源输入，用于加热形状记忆合金丝，驱动叶片运动；且所述电源管理模块能够根据给定的信号，控制形状记忆合金丝的通断电。进一步的优选方案，所述一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置，其特征在于：所述电源管理模块能够通过改变形状记忆合金丝的输入电流，改变外壳与内壳的相对旋转速度。进一步的优选方案，所述一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置，其特征在于：所述内壳上设置有平行与轴向的卡槽，卡槽内安装滚柱，滚柱作为形状记忆合金丝缠绕于内壳上的支撑。进一步的优选方案，所述一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置，其特征在于：所述虹膜机构模块为球面虹膜机构模块；所述叶片上具有圆孔和斜槽孔；叶片圆孔与内壳上的圆柱短棒配合，使叶片可以绕内壳上的圆柱短棒进行旋转；叶片斜槽孔与外壳上的圆柱短棒配合，使叶片可以沿外壳上的圆柱短棒滑动，从而实现叶片张开或闭合。进一步的优选方案，所述一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置，其特征在于：所述外壳与所述内壳底部通过轴承配合。有益效果本专利技术提出的缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置，采用形状记忆合金丝驱动实现机械虹膜机构叶片张开闭合功能，避免了使用电机驱动方式存在的结构复杂、重量相对较大、控制可靠性低的问题。本专利技术提出的机械虹膜装置适用于对重量、可靠性要求高的各类航空航天应用。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置的结构示意图。图2是本专利技术一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置的局部结构示意图。图3是本专利技术一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置的完全闭合示意图。图4是本专利技术一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置的半张开示意图。图5是本专利技术一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置的完全张开内部示意图。图6是本专利技术一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置的完全张开示意图。图7是本专利技术一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置的形状记忆合金丝的应力应变曲线示意图。图中标号：1为虹膜外壳；2为虹膜内壳；3为弹簧；4为形状记忆合金丝；5为叶片；6为固定件；7为滚柱；8为轴承；9为电源管理模块；10为螺栓。具体实施方式本专利技术目的提供一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置，以形状记忆合金丝作为驱动源，输出一个长行程的驱动力，该驱动力驱动虹膜机构旋转，实现虹膜张开闭合功能。该机械虹膜装置包括以下特征：特征1：形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置包含虹膜机构模块，驱动模块，电源管理模块。特征2：虹膜机构模块由叶片、外壳、内壳组成。外壳固定在需要虹膜机构保护的设备上，通过内壳与外壳的相对旋转，使得叶片张开闭合。特征3：驱动模块由弹簧，形状记忆合金丝组成。弹簧一端固定在虹膜外壳上，一端固定在虹膜内壳上；形状记忆合金丝缠绕在虹膜内壳上，一端与外壳固定。形状记忆合金丝的长度由需要驱动的转动角度确定。通过给形状记忆合金丝通电加热，可以使其缩短，驱动虹膜机构内壳外壳相对转动。特征4：电源管理模块固定在虹膜外壳上，具有两个功能：一是可将一定电压范围的电压转换为驱动模块需要的电源输入，加热形状记忆合金丝，驱动叶片运动；二是通过给定信号，实现给驱动模块通电、断电功能。通过改变输入形状记忆合金丝的电流大小，可以改变叶片张开闭合速度。特征5：形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置有两种形式。一种形式是装置常态是叶片闭合状态，给驱动模块通电，驱动叶片张开；切断电源，弹簧将叶片拉回闭合状态。另一种形式是装置常态是叶片张开状态，给驱动模块通电，驱动叶片闭合；切断电源，弹簧将叶片拉回张开状态。下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本实施例中：虹膜外壳、内壳具有较好的刚度，可以保证除叶片外的整体结构不会发生变形。形状记忆合金丝在有限变形范围内是可恢复的，从而可以实现形状记本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置，包括虹膜机构模块、驱动模块和电源管理模块；所述虹膜机构模块包括叶片、外壳和内壳；所述外壳固定在需要虹膜装置保护的设备上；所述外壳与所述内壳同轴布置，能够在驱动模块作用下相对旋转；所述叶片处于外壳与内壳之间，并与外壳及内壳连接，当外壳与内壳相对旋转时，所述叶片能够张开或闭合；/n其特征在于：/n所述驱动模块包括弹簧和加热收缩的形状记忆合金丝；弹簧和形状记忆合金丝均处于外壳与内壳之间；所述弹簧一端固定在外壳上，另一端固定在内壳上；所述形状记忆合金丝缠绕在内壳上，一端与外壳固定，另一端与内壳固定；当形状记忆合金丝通电加热收缩时，能够驱动外壳与内壳相对旋转，且形状记忆合金丝的长度满足其加热收缩后的长度变化能够提供外壳与内壳相对旋转所需的位移；当形状记忆合金丝断电后，弹簧能够拉动外壳与内壳相反方向相对旋转；/n所述电源管理模块将输入的电压转换为形状记忆合金丝的电源输入，用于加热形状记忆合金丝，驱动叶片运动；且所述电源管理模块能够根据给定的信号，控制形状记忆合金丝的通断电。/n

【技术特征摘要】
1.一种缠绕式形状记忆合金丝驱动的机械虹膜装置，包括虹膜机构模块、驱动模块和电源管理模块；所述虹膜机构模块包括叶片、外壳和内壳；所述外壳固定在需要虹膜装置保护的设备上；所述外壳与所述内壳同轴布置，能够在驱动模块作用下相对旋转；所述叶片处于外壳与内壳之间，并与外壳及内壳连接，当外壳与内壳相对旋转时，所述叶片能够张开或闭合；
其特征在于：
所述驱动模块包括弹簧和加热收缩的形状记忆合金丝；弹簧和形状记忆合金丝均处于外壳与内壳之间；所述弹簧一端固定在外壳上，另一端固定在内壳上；所述形状记忆合金丝缠绕在内壳上，一端与外壳固定，另一端与内壳固定；当形状记忆合金丝通电加热收缩时，能够驱动外壳与内壳相对旋转，且形状记忆合金丝的长度满足其加热收缩后的长度变化能够提供外壳与内壳相对旋转所需的位移；当形状记忆合金丝断电后，弹簧能够拉动外壳与内壳相反方向相对旋转；
所述电源管理模块将输入的电压转换为形状记忆合金丝的电源输入，用于加热形状记忆合金丝，驱动叶片运动；且所述电源管理模块能够根...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷小军，王文龙，朱继宏，张亚辉，张卫红，王骏，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61