專利名稱：一種嵌套結(jié)構(gòu)的快速響應(yīng)型形狀記憶合金彈簧吸盤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種吸盤裝置，尤其涉及一種能產(chǎn)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(shù)：
吸盤在工業(yè)生產(chǎn)中和特種作業(yè)中有非常大的應(yīng)用需求，如平板玻璃生產(chǎn)，特種爬壁機(jī)器人等。但目前常用的氣壓負(fù)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(yīng)的合金材料。單程記憶合金材料在較低的溫度下變形，加熱后可恢復(fù)變形前的形狀(記憶形狀)。由于采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(xiàn)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(dǎo)桿、彈性體構(gòu)成。原理是形狀記憶合金彈簧在通電狀態(tài)下加熱收縮，拉動(dòng)彈性體，彈性體變形，使無源形狀記憶合金彈簧吸盤內(nèi)產(chǎn)生負(fù)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(tài)下發(fā)生相變恢復(fù)為柔弱的馬氏體，在偏置彈簧變形回復(fù)力的作用下，形狀記憶合金彈簧逐漸恢復(fù)到初始狀態(tài)，彈性體不變形，吸盤內(nèi)的負(fù)壓消失。目前無源形狀記憶合金彈簧吸盤的缺點(diǎn)是產(chǎn)生吸力較小和反應(yīng)速度較慢，使得無源形狀記憶合金彈簧吸盤的應(yīng)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(yīng)較慢和單根形狀記憶合金絲彈簧的收縮力不足等。響應(yīng)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(yīng)和大收縮力很難兼得。若要采用單根形狀記憶合金彈簧產(chǎn)生足夠大的吸附力，則需要吸盤裝置的尺寸很大。對(duì)于采用了多根形狀記憶合金彈簧平行并列安裝結(jié)構(gòu)，共同拉動(dòng)導(dǎo)桿的吸盤，會(huì)由于合金彈簧之間的收縮量不均勻而導(dǎo)致滑塊所受的拉力不均勻，不利于滑塊的軸向光滑滑動(dòng)。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有無源形狀記憶合金彈簧吸盤產(chǎn)生吸力較小和響應(yīng)速度較慢的缺點(diǎn)， 本實(shí)用新型提供了一種嵌套結(jié)構(gòu)的快速響應(yīng)型形狀記憶合金彈簧吸盤裝置。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下本實(shí)用新型包括金屬套筒、形狀記憶合金彈簧、偏置彈簧、滑塊、導(dǎo)桿、擋塊和吸盤金屬套筒為一端封閉、一端開放的中空結(jié)構(gòu)，金屬套筒封閉端的內(nèi)頂中心垂直設(shè)置有導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的一端與該內(nèi)頂固定，另一端與擋塊固定，導(dǎo)桿上套置有滑塊，滑塊與金屬套筒封閉端之間的導(dǎo)桿上套置有偏置彈簧，所述的偏置彈簧一端與內(nèi)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(shè)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(shè)置。所述的多根形狀記憶合金彈簧的螺距由內(nèi)至外依次減??；彈簧絲由內(nèi)至外依次變細(xì)，記憶形狀長(zhǎng)度由內(nèi)至外依次變長(zhǎng)。[0011]本實(shí)用新型相比于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果由于多根形狀記憶合金彈簧同時(shí)發(fā)生收縮形變，可使吸盤產(chǎn)生較大的吸附力。由于采用不同的規(guī)格，內(nèi)圈的形狀記憶合金彈簧的彈簧絲直徑粗于外圈，使得滑塊受到的收縮拉力中心大，外圍小，呈中心對(duì)稱分布，利于滑塊的軸向滑動(dòng)。內(nèi)圈形狀記憶合金彈簧螺距大于外圈的，且記憶形狀長(zhǎng)度更短，使得內(nèi)圈的彈簧溫度相應(yīng)快于外圈的，吸盤面被從中心到外圈同時(shí)被拉伸變形，變形速度更快，吸盤的吸附響應(yīng)更快。吸力變強(qiáng)和速度變快使得本實(shí)用新型形狀記憶合金彈簧的功效得到優(yōu)化，應(yīng)用效益明顯加強(qiáng)。

圖1是釋放狀態(tài)下本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是吸附狀態(tài)下本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖3是圖1的I-I剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。本實(shí)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(dǎo)桿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(jié)構(gòu)，金屬套筒2封閉端的內(nèi)頂中心垂直設(shè)置有導(dǎo)桿5，導(dǎo)桿5的一端與該內(nèi)頂固定，另一端與擋塊4固定，可采用螺紋配合方式。導(dǎo)桿5上套置有滑塊6，滑塊6與金屬套筒2封閉端之間的導(dǎo)桿上套置有偏置彈簧7，偏置彈簧7 —端與內(nèi)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(shè)置有彈性吸盤面1，可采用硅膠材質(zhì)，厚度適中，有足夠的抗拉強(qiáng)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(shè)置。金屬套筒2可采用鋁合金材質(zhì)，直徑要略大于形狀記憶合金彈簧10外徑，長(zhǎng)度要略大于形狀記憶合金彈簧10 (初始狀態(tài))、偏置彈簧7 (初始狀態(tài))和滑塊6長(zhǎng)度之和。多根形狀記憶合金彈簧10、11、12、13的螺距由內(nèi)至外依次減??；彈簧絲由內(nèi)至外依次變細(xì)，記憶形狀長(zhǎng)度由內(nèi)至外依次變長(zhǎng)。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，可采取螺釘固定方式，一端與吸盤面1固定連接，可采用膠黏劑方式。由外層到內(nèi)層，四跟彈簧10，11，12，13的選型規(guī)格為外圈彈簧的外徑大于內(nèi)圈彈簧的；外圈彈簧的彈簧絲直徑小于內(nèi)圈彈簧的；外圈彈簧的螺距小于內(nèi)圈彈簧的。合金彈簧的長(zhǎng)度應(yīng)按照7%左右的收縮量來設(shè)計(jì)，即長(zhǎng)度等于吸盤變形所需收縮長(zhǎng)度除以0. 07，材質(zhì)可采用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(dǎo)線8連接，以便于給合金彈簧施加電流進(jìn)行加熱。為防止短路情況，彈簧上端的固定應(yīng)注意絕緣，可在固定用的螺釘上涂絕緣漆或裝上絕緣套管等。為便于裝置的制作和裝配，將金屬套筒2上部的圓柱體分割成兩部分，9連接。[0026]為便于自然散熱冷卻，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(gè)數(shù)和布局根據(jù)形狀記憶合金彈簧10、11、12、13的散熱需求設(shè)計(jì)。初始安裝時(shí)，形狀記憶合金彈簧10、11、12、13處于低溫被拉長(zhǎng)狀態(tài)，偏置彈簧7處于無拉升狀態(tài)或微小拉伸狀態(tài)(即有微小的預(yù)拉伸量，避免合金彈簧收縮時(shí)有空行程)，吸盤面1為平面狀態(tài)，無變形。此時(shí)裝置處于初始狀態(tài)，即釋放狀態(tài)，如圖1所示。當(dāng)吸盤面1與被吸附表面接觸后，給合金彈簧加熱，形狀記憶合金彈簧10、11、12、 13收縮變短，產(chǎn)生收縮力，內(nèi)圈收縮速度快于外圈，且收縮量也大于外圈，拉動(dòng)滑塊6和偏執(zhí)彈簧7向下運(yùn)動(dòng)(導(dǎo)桿5起軸線滑動(dòng)導(dǎo)向作用)，吸盤面1向上變形，產(chǎn)生負(fù)壓，從而實(shí)現(xiàn)吸附，如圖2所示。偏置彈簧7的彈性系數(shù)要大于吸盤面1的彈性系數(shù)，保證拉動(dòng)滑塊6和偏執(zhí)彈簧 7向下運(yùn)動(dòng)量小，吸盤面向上凸起變形量大。當(dāng)需要釋放時(shí)，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(fù)力和吸盤面1與被吸附表面負(fù)壓作用下，形狀記憶合金彈簧10、11、12、13 被動(dòng)拉長(zhǎng)，恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)釋放。
權(quán)利要求1. 一種嵌套結(jié)構(gòu)的快速響應(yīng)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(dǎo)桿、擋塊和吸盤面，其特征在于金屬套筒為一端封閉、一端開放的中空結(jié)構(gòu)，金屬套筒封閉端的內(nèi)頂中心垂直設(shè)置有導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的一端與該內(nèi)頂固定，另一端與擋塊固定，導(dǎo)桿上套置有滑塊，滑塊與金屬套筒封閉端之間的導(dǎo)桿上套置有偏置彈簧，所述的偏置彈簧一端與內(nèi)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(shè)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(shè)置；所述的多根形狀記憶合金彈簧的螺距由內(nèi)至外依次減??；彈簧絲由內(nèi)至外依次變細(xì)， 記憶形狀長(zhǎng)度由內(nèi)至外依次變長(zhǎng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種嵌套結(jié)構(gòu)的快速響應(yīng)型形狀記憶合金彈簧吸盤裝置。現(xiàn)有吸盤吸力較小和反應(yīng)速度較慢。本實(shí)用新型包括金屬套筒、形狀記憶合金彈簧、偏置彈簧、滑塊、導(dǎo)桿、擋塊和吸盤面。金屬套筒為一端封閉、一端開放的中空結(jié)構(gòu)，金屬套筒封閉端的內(nèi)頂中心垂直設(shè)置有導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的一端與該內(nèi)頂固定，另一端與擋塊固定，導(dǎo)桿上套置有滑塊，滑塊與金屬套筒封閉端之間的導(dǎo)桿上套置有偏置彈簧，偏置彈簧一端與內(nèi)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(shè)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(shè)置。本實(shí)用新型可使吸盤產(chǎn)生較大的吸附力。
文檔編號(hào)F16F1/04GK201973073SQ201120011478
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月15日
發(fā)明者俞偉寧, 王斌銳, 金英連 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院