一種嵌套結構的快速響應型形狀記憶合金彈簧吸盤裝置的製作方法
2023-05-07 21:43:06 2
專利名稱：一種嵌套結構的快速響應型形狀記憶合金彈簧吸盤裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種吸盤裝置，尤其涉及一種能產生較大吸力和較快吸附速度的無源形狀記憶合金彈簧柔性吸盤裝置。
背景技術：
吸盤在工業生產中和特種作業中有非常大的應用需求，如平板玻璃生產，特種爬壁機器人等。但目前常用的氣壓負壓吸附吸盤，需要提供氣源，所以裝置較大。形狀記憶合金是一種具有形狀記憶效應的合金材料。單程記憶合金材料在較低的溫度下變形，加熱後可恢復變形前的形狀(記憶形狀)。由於採用形狀記憶合金彈簧的吸盤無需提供氣源，所以稱為無源吸盤。現有的無源形狀記憶合金彈簧吸盤一般由吸盤外殼、形狀記憶合金彈簧、偏置彈簧、導杆、彈性體構成。原理是形狀記憶合金彈簧在通電狀態下加熱收縮，拉動彈性體，彈性體變形，使無源形狀記憶合金彈簧吸盤內產生負壓，從而使吸盤吸附在被吸附體上。形狀記憶合金彈簧在斷電狀態下發生相變恢復為柔弱的馬氏體，在偏置彈簧變形回復力的作用下，形狀記憶合金彈簧逐漸恢復到初始狀態，彈性體不變形，吸盤內的負壓消失。目前無源形狀記憶合金彈簧吸盤的缺點是產生吸力較小和反應速度較慢，使得無源形狀記憶合金彈簧吸盤的應用受到極大的限制。原因主要有形狀記憶合金彈簧的溫度響應較慢和單根形狀記憶合金絲彈簧的收縮力不足等。響應快的形狀記憶合金彈簧往往收縮力又不足，所以單根形狀記憶合金彈簧的快速響應和大收縮力很難兼得。若要採用單根形狀記憶合金彈簧產生足夠大的吸附力，則需要吸盤裝置的尺寸很大。對於採用了多根形狀記憶合金彈簧平行並列安裝結構，共同拉動導杆的吸盤，會由於合金彈簧之間的收縮量不均勻而導致滑塊所受的拉力不均勻，不利於滑塊的軸向光滑滑動。
發明內容為了克服現有無源形狀記憶合金彈簧吸盤產生吸力較小和響應速度較慢的缺點， 本實用新型提供了一種嵌套結構的快速響應型形狀記憶合金彈簧吸盤裝置。本實用新型所採用的技術方案如下本實用新型包括金屬套筒、形狀記憶合金彈簧、偏置彈簧、滑塊、導杆、擋塊和吸盤金屬套筒為一端封閉、一端開放的中空結構，金屬套筒封閉端的內頂中心垂直設置有導杆，導杆的一端與該內頂固定，另一端與擋塊固定，導杆上套置有滑塊，滑塊與金屬套筒封閉端之間的導杆上套置有偏置彈簧，所述的偏置彈簧一端與內頂固定，另一端與滑塊固定。金屬套筒開放端呈喇叭型，該開放端上設置有吸盤面，所述的吸盤面將該開放端封閉，吸盤面與滑塊之間通過多根形狀記憶合金彈簧相連，多根形狀記憶合金彈簧同軸設置。所述的多根形狀記憶合金彈簧的螺距由內至外依次減小；彈簧絲由內至外依次變細，記憶形狀長度由內至外依次變長。[0011]本實用新型相比於現有技術具有以下有益效果由於多根形狀記憶合金彈簧同時發生收縮形變，可使吸盤產生較大的吸附力。由於採用不同的規格，內圈的形狀記憶合金彈簧的彈簧絲直徑粗於外圈，使得滑塊受到的收縮拉力中心大，外圍小，呈中心對稱分布，利於滑塊的軸向滑動。內圈形狀記憶合金彈簧螺距大於外圈的，且記憶形狀長度更短，使得內圈的彈簧溫度相應快於外圈的，吸盤面被從中心到外圈同時被拉伸變形，變形速度更快，吸盤的吸附響應更快。吸力變強和速度變快使得本實用新型形狀記憶合金彈簧的功效得到優化，應用效益明顯加強。
圖1是釋放狀態下本實用新型的結構原理示意圖。圖2是吸附狀態下本實用新型的結構原理示意圖。圖3是圖1的I-I剖視圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。本實用新型包括金屬套筒2、形狀記憶合金彈簧10、11、12、13、偏置彈簧7、滑塊6、 導杆5、擋塊4和吸盤面1。金屬套筒2為一端封閉、一端開放的中空結構，金屬套筒2封閉端的內頂中心垂直設置有導杆5，導杆5的一端與該內頂固定，另一端與擋塊4固定，可採用螺紋配合方式。導杆5上套置有滑塊6，滑塊6與金屬套筒2封閉端之間的導杆上套置有偏置彈簧7，偏置彈簧7 —端與內頂固定，另一端與滑塊6固定。金屬套筒2開放端呈喇叭型，該開放端上設置有彈性吸盤面1，可採用矽膠材質，厚度適中，有足夠的抗拉強度和韌性。彈性吸盤面1的突起邊緣將該開放端封閉，吸盤面1與滑塊6之間通過多根形狀記憶合金彈簧10、11、12、13 相連，多根形狀記憶合金彈簧同軸設置。金屬套筒2可採用鋁合金材質，直徑要略大於形狀記憶合金彈簧10外徑，長度要略大於形狀記憶合金彈簧10 (初始狀態)、偏置彈簧7 (初始狀態)和滑塊6長度之和。多根形狀記憶合金彈簧10、11、12、13的螺距由內至外依次減小；彈簧絲由內至外依次變細，記憶形狀長度由內至外依次變長。四根形狀記憶合金彈簧10、11、12、13同軸嵌套安裝在一起，參加圖3，每根合金彈簧一端與滑塊6固定連接，可採取螺釘固定方式，一端與吸盤面1固定連接，可採用膠黏劑方式。由外層到內層，四跟彈簧10，11，12，13的選型規格為外圈彈簧的外徑大於內圈彈簧的；外圈彈簧的彈簧絲直徑小於內圈彈簧的；外圈彈簧的螺距小於內圈彈簧的。合金彈簧的長度應按照7%左右的收縮量來設計，即長度等於吸盤變形所需收縮長度除以0. 07，材質可採用Ti-Ni合金材料。四根形狀記憶合金彈簧10，11，12，13上端分別與導線8連接，以便於給合金彈簧施加電流進行加熱。為防止短路情況，彈簧上端的固定應注意絕緣，可在固定用的螺釘上塗絕緣漆或裝上絕緣套管等。為便於裝置的製作和裝配，將金屬套筒2上部的圓柱體分割成兩部分，9連接。[0026]為便於自然散熱冷卻，金屬套筒2的圓柱體壁上開有均勻分布的散熱孔3，散熱孔 3的個數和布局根據形狀記憶合金彈簧10、11、12、13的散熱需求設計。初始安裝時，形狀記憶合金彈簧10、11、12、13處於低溫被拉長狀態，偏置彈簧7處於無拉升狀態或微小拉伸狀態(即有微小的預拉伸量，避免合金彈簧收縮時有空行程)，吸盤面1為平面狀態，無變形。此時裝置處於初始狀態，即釋放狀態，如圖1所示。當吸盤面1與被吸附表面接觸後，給合金彈簧加熱，形狀記憶合金彈簧10、11、12、 13收縮變短，產生收縮力，內圈收縮速度快於外圈，且收縮量也大於外圈，拉動滑塊6和偏執彈簧7向下運動(導杆5起軸線滑動導向作用)，吸盤面1向上變形，產生負壓，從而實現吸附，如圖2所示。偏置彈簧7的彈性係數要大於吸盤面1的彈性係數，保證拉動滑塊6和偏執彈簧 7向下運動量小，吸盤面向上凸起變形量大。當需要釋放時，切斷給合金彈簧的加熱電流，彈簧冷卻，合金彈簧的收縮力消失， 在偏置彈簧7恢復力和吸盤面1與被吸附表面負壓作用下，形狀記憶合金彈簧10、11、12、13 被動拉長，恢復到初始狀態，從而實現釋放。
權利要求1. 一種嵌套結構的快速響應型形狀記憶合金彈簧吸盤裝置，包括金屬套筒、形狀記憶合金彈簧、偏置彈簧、滑塊、導杆、擋塊和吸盤面，其特徵在於金屬套筒為一端封閉、一端開放的中空結構，金屬套筒封閉端的內頂中心垂直設置有導杆，導杆的一端與該內頂固定，另一端與擋塊固定，導杆上套置有滑塊，滑塊與金屬套筒封閉端之間的導杆上套置有偏置彈簧，所述的偏置彈簧一端與內頂固定，另一端與滑塊固定；金屬套筒開放端呈喇叭型，該開放端上設置有吸盤面，所述的吸盤面將該開放端封閉， 吸盤面與滑塊之間通過多根形狀記憶合金彈簧相連，多根形狀記憶合金彈簧同軸設置；所述的多根形狀記憶合金彈簧的螺距由內至外依次減小；彈簧絲由內至外依次變細， 記憶形狀長度由內至外依次變長。
專利摘要本實用新型涉及一種嵌套結構的快速響應型形狀記憶合金彈簧吸盤裝置。現有吸盤吸力較小和反應速度較慢。本實用新型包括金屬套筒、形狀記憶合金彈簧、偏置彈簧、滑塊、導杆、擋塊和吸盤面。金屬套筒為一端封閉、一端開放的中空結構，金屬套筒封閉端的內頂中心垂直設置有導杆，導杆的一端與該內頂固定，另一端與擋塊固定，導杆上套置有滑塊，滑塊與金屬套筒封閉端之間的導杆上套置有偏置彈簧，偏置彈簧一端與內頂固定，另一端與滑塊固定。金屬套筒開放端呈喇叭型，該開放端上設置有吸盤面，所述的吸盤面將該開放端封閉，吸盤面與滑塊之間通過多根形狀記憶合金彈簧相連，多根形狀記憶合金彈簧同軸設置。本實用新型可使吸盤產生較大的吸附力。
文檔編號F16F1/04GK201973073SQ201120011478
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月15日 優先權日2011年1月15日
發明者俞偉寧, 王斌銳, 金英連 申請人:中國計量學院