一种SMA丝驱动的旋转驱动器的制作方法

本发明涉及航天器驱动装置，特别涉及一种旋转驱动装置。

背景技术：

1、作为实现机械动作的动力源，旋转驱动器广泛应用于机械、电子、化工等众多领域。飞机、汽车、机器人、航天器等领域对所需的旋转驱动器提出了新的要求，应用于这些场景的旋转驱动器不同于常规驱动器，其需要满足以下需求：(1)驱动器工作行程有限，驱动时只需旋转有限的角度；(2)驱动器高度小型化、集成化，体积小、重量轻、功率密度高、成本可控；(3)驱动器输出扭矩大，小型化的驱动器输出力臂较短，驱动负载时需要驱动器输出较大的扭矩。

2、目前旋转驱动器在航天器上广泛使用，采用sma驱动的旋转驱动器是最典型的一类，其中大扭矩的sma驱动器主要有两类：一是采用sma管作为驱动元件，该类驱动器的驱动行程较小，结构复杂；另一类是sma丝-弹簧驱动方式，此类驱动器输出行程较大，但输出扭矩较小，使用受限。

技术实现思路

1、本发明为解决现有的旋转驱动器的技术不足，提出一种采用sma丝进行驱动的旋转驱动器，该驱动器结构简单、径向尺寸小、输出扭矩大。

2、本发明采用的技术方案为：一种sma丝驱动的旋转驱动器，其主要包括sma丝、输出轴、左传扭盘、右传扭盘、驱动盘、传扭外壳和轴承。其中，sma丝为驱动元件，输出轴和两个传扭盘为连接件。

3、输出轴两端与固定端连接，中部圆轴段上靠两端部分通过轴承支承左右两个传扭盘，左、右传扭盘结构相同，总体呈环状，中心与轴承配合；传扭盘圆周上均匀分布有数个穿置sma丝的轴向圆孔，传扭盘外缘与传扭外壳固接，传扭外壳之外连接驱动端。输出轴圆轴段中间与驱动盘固连，驱动盘圆周上设有与传扭盘的轴向圆孔相对应的轴向圆孔。所述sma丝沿轴向依次穿过左传扭盘、驱动盘和右传扭盘上的轴向圆孔布置，丝的两端固定在左传扭盘或右传扭盘的外侧。

4、受外载荷作用时，传扭外壳相对输出轴发生转动；相应的，左传扭盘、右传扭盘相对于驱动盘转动一定角度；整个驱动器在外载荷和sma丝的拉力作用下保持平衡。需要驱动时，对sma丝通电，使其温度升高发生相变变形而收缩，驱动传扭盘转动，从而实现驱动端和固定端的相对转动。驱动结束后，停止对sma丝通电，sma丝温度降低，驱动器在外载荷的作用下回复到驱动前的状态。

5、进一步地，所述输出轴上设有6个环形凹槽，槽的位置与左右传扭盘和驱动盘前后缘对应，槽内固定有限位结构，用于对传扭盘和驱动盘进行轴向限位。

6、进一步地，所述驱动盘和输出轴采用键槽配合，驱动盘与输出轴周向锁死。

7、进一步地，所述传扭盘与输出轴之间的轴承为滚动轴承或滑动轴承，可使传扭盘在输出轴上自由转动，在外载荷或sma丝拉力作用下，传扭盘和输出轴能够发生相对转动。

8、进一步地，左传扭盘和右传扭盘的盘缘上分布有一个或多个径向螺纹孔，通过螺栓可与传扭外壳和驱动端连接，从而输出扭矩。

9、进一步地，所述传扭外壳两端连接端盖，端盖上设有轴向小孔，孔内穿置连接外部电源的导线，以对sma丝供电。

10、进一步地，所述传扭盘和驱动盘上的轴向圆孔内均设有绝缘管，sma丝穿过绝缘管布置，可确保sma丝与传扭盘、驱动盘电绝缘。

11、进一步地，所述sma丝处于驱动盘和传扭盘之间的部分套有热缩管或其它绝缘耐高温材料，可使整段sma丝与驱动器内金属结构件电绝缘。

12、进一步地，为了获得更大的输出扭矩，驱动器需要在有限的空间内布置尽可能长的sma丝，为此，本发明可采用一根丝折返布置或多根丝并列布置的方式设置sma丝，采用折返布置方式时sma丝在折返处穿过绝缘弯头布置，采用并列布置方式时，多根sma丝并行布置同时驱动，实现驱动的冗余设计。

13、本发明与现有的技术相比，具有径向尺寸小、输出扭矩大、能量损耗小等特点，具体表现在以下几个方面：

14、(1)本发明的sma丝沿轴向布置，大幅度减小了布置sma丝所需的径向空间，这种设计使得驱动器的径向尺寸大大减小；

15、(2)本发明传扭盘和驱动盘的圆周上设置有多个轴向圆孔，可根据需要将单根sma丝折返布置或并列布置多根sma丝，在驱动器轴向尺寸不变的前提下，能够获得更大的输出扭矩；

16、(3)本发明的sma丝的布置全路径上均设有绝缘装置，能有效避免sma丝驱动过程中与其它结构发生接触或缠绕，使得机构内部摩擦损耗小、驱动效率高。

技术特征：

1.一种sma丝驱动的旋转驱动器，包括输出轴(1)、传扭外壳(2)、sma丝(4)、左扭转盘(5)、驱动盘(6)、右扭转盘(7)和轴承(8)；其特征在于，

2.根据权利要求1所述的sma丝驱动的旋转驱动器，其特征在于，所述输出轴(1)两端与固定端连接的部分为方头段。

3.根据权利要求1所述的sma丝驱动的旋转驱动器，其特征在于，所述输出轴(1)上设有6个环形凹槽，槽的位置分别与左传扭盘(5)、右传扭盘(7)和驱动盘(6)前后缘对应，槽内固定卡簧挡圈(9)，用于对传扭盘(5,7)和驱动盘(6)进行轴向限位。

4.根据权利要求3所述的sma丝驱动的旋转驱动器，其特征在于，所述驱动盘(6)与输出轴(1)采用键槽配合，驱动盘(6)与输出轴(1)周向锁死。

5.根据权利要求1所述的sma丝驱动的旋转驱动器，其特征在于，所述轴承(8)为滚动轴承或滑动轴承。

6.根据权利要求1～5任一项所述的sma丝驱动的旋转驱动器，其特征在于，该驱动器还包括端盖(3)，端盖(3)连接在传扭外壳(2)的两端，端盖(3)上设有轴向小孔，孔内穿置为sma丝(4)供电的导线。

7.根据权利要求1所述的sma丝驱动的旋转驱动器，其特征在于，所述传扭盘(5,7)和驱动盘(6)上的轴向圆孔内均设有绝缘管(11)，sma丝(4)穿过绝缘管(11)布置。

8.根据权利要求1或7所述的sma丝驱动的旋转驱动器，其特征在于，所述sma丝(4)处于传扭盘(5,7)和驱动盘(6)之间的部分套有热缩管，使整段sma丝(4)与驱动器内金属结构件电绝缘。

9.根据权利要求1所述的sma丝驱动的旋转驱动器，其特征在于，所述sma丝(4)的布置方式为一根丝折返布置或多根丝并列布置；采用折返布置方式时，sma丝(4)在折返处穿过绝缘弯管(12)布置；采用并列布置方式时，多根sma丝(4)并行布置同时驱动。

10.根据权利要求7或9所述的sma丝驱动的旋转驱动器，其特征在于，所述绝缘管(11)和绝缘弯管(12)均由陶瓷材料制成。

技术总结
本发明提供一种SMA丝驱动的旋转驱动器，其输出轴两端方头段与固定端连接，中部圆轴段上安装扭转盘和驱动盘；驱动盘与输出轴固连，传扭盘通过轴承支承在输出轴上。SMA丝穿过传扭盘和驱动盘上的轴向圆孔折返布置或并列布置，传扭盘外缘经传扭外壳和驱动端固接以输出扭矩。受外载荷作用时，传扭外壳相对输出轴发生转动，传扭盘相对驱动盘转动，驱动器在外载荷和SMA丝拉力的作用下保持平衡；需要驱动时，对SMA丝通电加热使其发生相变变形而收缩，驱动传扭盘转动，从而实现驱动端和固定端的相对转动；驱动结束后，SMA丝断电冷却，驱动器在外载荷的作用下回复到驱动前的状态。本发明结构简单、径向尺寸小、输出扭矩大、驱动效率高。

技术研发人员：请求不公布姓名,付佳丽
受保护的技术使用者：北京灵翼航宇科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13