专利名称：带主动散热的套装结构的形状记忆合金弹簧吸盘装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能产生较大吸力的无源形状记忆合金弹簧吸盘装置，具体技术是利用多个规格不同的形状记忆合金弹簧组成特殊的套装结构。
背景技术：
吸盘在工业生产中和特种作业中有非常大的应用需求，如平板玻璃或屏幕生产， 特种爬壁机器人等。形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的合金材料。单程记忆合金材料在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状(记忆中的形状)。由于采用形状记忆合金弹簧的吸盘无需提供气源和负压，所以称为无源吸盘。现有的无源形状记忆合金弹簧吸盘一般由吸盘外壳、形状记忆合金弹簧、偏置弹簧、导杆、弹性体构成。原理是形状记忆合金弹簧在通电状态下加热收缩，拉动弹性体，弹性体变形，使无源形状记忆合金弹簧吸盘内产生负压， 从而使吸盘吸附在被吸附体上。形状记忆合金弹簧在断电状态下发生相变恢复为柔弱的马氏体，在偏置弹簧变形回复力的作用下，形状记忆合金弹簧逐渐恢复到初始状态，弹性体不变形，吸盘内的负压消失。目前无源形状记忆合金弹簧吸盘的缺点是产生吸力较小和反应速度较慢，使得无源形状记忆合金弹簧吸盘的应用受到极大的限制。原因主要有形状记忆合金弹簧的温度响应较慢和单根形状记忆合金丝弹簧的收缩力不足等。若要采用单根形状记忆合金弹簧产生足够大的吸附力，则需要吸盘装置的尺寸很大。对于采用了多根形状记忆合金弹簧平行并列安装结构，共同拉动导杆的吸盘，会由于合金弹簧之间的收缩量不均勻而导致导杆所受的拉力不均勻，不利于导杆的轴向光滑滑动。
发明内容为了克服现有无源形状记忆合金弹簧吸盘产生吸力较小的缺点，本实用新型提供设计一种特殊结构的无源形状记忆合金弹簧。为了达到上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案如下用4条外径、螺距、弹簧丝粗细规格均不同的形状记忆合金弹簧依次同轴嵌套；内圈的形状记忆合金弹簧的外径要小于外圈的；内圈的形状记忆合金弹簧的记忆形状长度要短于外圈的；内圈的形状记忆合金弹簧的弹簧丝直径粗于外圈的；内圈的形状记忆合金弹簧的螺距小于外圈的。初始室温状态下，4条形状记忆合金弹簧的变形后长度一致；在通电状态下，4条形状记忆合金弹簧被加热，产生收缩，使得偏置弹簧被拉长，且同时拉动硅胶弹性体吸盘发生变形，使吸盘与被吸附表面之间产生负压腔体，从而实现吸附功能；在断电状态下，弹簧自然冷却，温度下降，4条形状记忆合金弹簧发生相变恢复为柔弱的马氏体，在偏置弹簧变形回复力的作用下，形状记忆合金弹簧逐渐恢复到初始状态，同时硅胶弹性体恢复到原形，吸盘内的负压消失，实现释放功能。所述的形状记忆合金弹簧和偏执弹簧安装在金属缸内；金属缸有两部分腔体，上部为圆柱体，下部为圆锥体；形状记忆合金弹簧一端与金属缸上端面固定连接，一端与滑块固定连接；偏置弹簧一端与滑块固定连接，一端与金属缸下端面固定连接；滑块可在金属缸内滑动；滑动下端面安装有导杆；导杆的下端与硅胶弹性体吸盘面固定连接；同时吸盘面边缘与金属缸下部的圆锥体下端面边缘密封连接。本实用新型相比于现有技术具有以下有益效果由于4根形状记忆合金弹簧同时发生收缩形变，可使吸盘产生较大的吸附力。由于4根形状记忆合金弹簧采用不同的规格，内圈的形状记忆合金弹簧的弹簧丝直径粗于外圈的，螺距小于外圈的，所以内圈的弹簧温度相应快于外圈的，使得滑块受到的收缩拉力中心大，外围小，受力均勻分布，利于滑块的轴向滑动。吸力变强使得本实用新型形状记忆合金弹簧的功效得到优化，应用效益明显加强。
图1是释放状态下本实用新型的结构原理示意图(纵剖面构造图)。图2是吸附状态下本实用新型的结构原理示意图(纵剖面构造图)。图3是图1的I-I剖视图。图4 是电扇开关状态控制的原理图
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。如图1所示，金属缸13由两部分腔体组成，上部为圆柱体，下部为圆锥体。两部分之间有隔断，隔断中间开导杆孔，并安装润滑轴承14。金属缸13可采用铝合金材质，直径要略大于形状记忆合金弹簧5外径，上部圆柱体的长度要略大于形状记忆合金弹簧5、偏置弹簧3和滑块4长度之和。上部圆柱体上端面开有2个圆孔，小圆孔安装导线孔轴套10， 大圆孔安装电扇15。下部圆锥体的底端与边缘带突起的弹性体吸盘面1的边缘密封连接。 吸盘面1可采用硅胶材质，厚度适中，要有足够的抗拉强度和韧性。导杆2 —端与滑块4连接，可采用螺纹配合方式，一端与吸盘面1连接，可采用胶粘合方式。4根形状记忆合金弹簧5，6，7，8同轴嵌套安装在一起(如图3所示)，一端与金属缸13上部固定连接，一端与滑块4固定连接，可采取螺钉固定方式。由外层到内层，4跟弹簧5，6，7，8的选型规格为外圈弹簧的外径大于内圈弹簧的；外圈弹簧的弹簧丝直径小于内圈弹簧的；外圈弹簧的螺距小于内圈弹簧的。合金弹簧的长度应按照7%左右的收缩量来设计，即长度等于吸盘变形所需收缩长度除以0. 07，材质可采用Ti-Ni合金材料。偏置弹簧3 —端和滑块4固定连接，一端与金属缸13中间隔断固定连接，可采取螺钉固定方式。导线9分别与4个形状记忆合金弹簧5，6，7，8上端和电扇连接，以便于给合金弹簧施加电流进行加热，给电扇15供电。为防止短路情况，弹簧上下端的固定应注意绝缘，可在固定用的螺钉上涂绝缘漆或装上绝缘套管等。传感器检测记忆合金弹簧温度，与给定的温度比较，由51单片机控制电扇的开或关(如图4所示)。为便于装置的制作和装配，将金属缸13上部的圆柱体分割成两部分，之间用3对螺钉和螺母11连接(如图3所示)。[0021]为便于自然散热冷却，金属缸13的圆柱体壁上开有均勻分布的散热孔12，散热孔 12的个数和布局根据形状记忆合金弹簧5，6，7，8的散热需求设计。初始安装时，形状记忆合金弹簧5，6，7，8处于低温被拉长状态，偏置弹簧3处于无拉升状态或微小拉伸状态(即有微小的预拉伸量，避免合金弹簧收缩时有空行程)，吸盘面 1为平面状态，无变形。此时装置处于初始状态，即释放状态，如图1所示。当吸盘与被吸附表面接触后，给合金弹簧加热后，形状记忆合金弹簧5，6，7，8收缩变短，拉动导杆2、滑块4和偏执弹簧3向上运动，导杆2带动吸盘面变形，产生负压，从事实现吸附，如图2所示。当吸盘吸附在被吸附体上后，电扇打开，依靠电扇和散热孔给合金弹簧散热后，形状记忆合金弹簧5，6，7，8伸长，导杆2、滑块4和偏执弹簧3向下运动，吸附面恢复原状，负压消失，吸盘从吸附状态变为释放状态，如图1所示。使用本实用新型有效的达到了前述发明目的。
权利要求1.一种带主动散热的套装结构的形状记忆合金弹簧吸盘装置，其特征在于安装了可以主动散热的电扇，吸盘为套装结构，多条形状记忆合金弹簧依次同轴嵌套并同时作用。
2.如权利要求1所述的带主动散热的套装结构的形状记忆合金弹簧吸盘装置，其特征在于电扇安装在吸盘金属缸上腔体内壁顶部。
3.如权利要求1所述的带主动散热的套装结构的形状记忆合金弹簧吸盘装置，其特征在于吸盘金属缸由圆柱体和圆锥体的两部分腔体组成。
4.如权利要求1所述的带主动散热的套装结构的形状记忆合金弹簧吸盘装置，其特征在于同轴嵌套的弹簧由记忆合金材料制作。
5.如权利要求1所述的带主动散热的套装结构的形状记忆合金弹簧吸盘装置，其特征在于同轴嵌套的记忆合金弹簧安装在金属缸上腔体内。
6.如权利要求1所述的带主动散热的套装结构的形状记忆合金弹簧吸盘装置，其特征在于同轴嵌套的记忆合金弹簧的外径由外圈向内圈递减。
7.如权利要求1所述的带主动散热的套装结构的形状记忆合金弹簧吸盘装置，其特征在于同轴嵌套的记忆合金弹簧的螺距由外圈向内圈递增。
8.如权利要求1所述的带主动散热的套装结构的形状记忆合金弹簧吸盘装置，其特征在于同轴嵌套的记忆合金弹簧的弹簧丝直径由外圈向内圈递增。
专利摘要本实用新型涉及一种能产生较大吸力并快速反应的无源形状记忆合金弹簧吸盘装置，具体技术是利用多个规格不同的形状记忆合金弹簧组成特殊的套装结构。
文档编号F16B47/00GK202031966SQ201120114149
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者俞伟宁, 王斌锐, 金英连 申请人:俞伟宁