ПРУЖИННЫЙ ПРИВОД Российский патент 1994 года по МПК F03G7/06 

Привод предназначен для обеспечения перемещения исполнительных механизмов и может применяться в различных областях народного хозяйства.

Известен привод двустороннего действия содержащий цилиндр, шток, поршень и жидкостные полости.

Недостатком этого привода является сложность конструкции, необходимость иметь оборудование для создания давления жидкости, агрегаты и узлы для подачи давления в ту или другую полость.

Наиболее близким к изобретению является пружинный привод, который содержит корпус, шток, спиральный элемент, выполненный из материала с памятью формы, пружины сжатия. В исходном положении при нормальной температуре пружина сжатия сжимает спиральный элемент и удерживает шток на упоре в корпусе. При нагревании спирального элемента до температуры мартенситного превращения спиральный элемент преодолевает усилие пружины сжатия и перемещает шток на определенное расстояние, совершая работу.

Недостатком этого привода является то, что рабочий ход элемента и усилие в конце хода невелики. Это обусловлено тем, что в процессе восстановления формы спирали из сплава с памятью формы постепенно уменьшается сила, восстанавливающая форму, а соответствующая сила смещения в результате сдавливания пружины увеличивается. В связи с этим сила, получающаяся без внешнего воздействия на элемент, т.е. разница двух указанных сил, резко уменьшается в процессе восстановления формы элемента.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных возможностей устройства, а именно: увеличение рабочего хода и усилия за счет применения негаторных пружин на поворотных барабанах, расположенных симметрично оси штока, причем один конец каждой негаторной пружины соединен подвижно со штоком, а другой конец закреплен на соответствующем поворотном барабане, при этом барабаны установлены в подшипниках, оси вращения которых перпендикулярны оси штока.

На фиг. 1 изображен привод до срабатывания; на фиг. 2 - то же, после срабатывания.

Привод включает корпус 1 с направляющей 2 для штока 3, спиральный элемент 4, установленный между торцами Т₁ и Т₂ корпуса и штока в сжатом состоянии. В корпусе 1 перпендикулярно его оси с двух сторон относительно его центральной оси выполнены гнезда 5 с установленными в них поворотными барабанами 6. В барабанах выполнены пазы 7. На барабаны навиты плотно прижатые друг к другу витки упругого элемента в виде негаторной пружины 8, один концом скрепленной со штоком 3 винтами 9. На конце штока 3 посредством пружины 10 закреплена самоустанавливающаяся пята 11.

Спиральный элемент 4 изготовлен из сплава с эффектом памяти формы и прошел соответствующую обработку (например, ТН-1). Негаторные пружины 8 изготовлены из обычной пружинной стали, причем элемент 4 и пружина 8 оказывают давление друг на друга. Элемент 4 под действием силы смещения (усилия негаторной пружины 8) сдвигается при низкой температуре в одну сторону вдоль оси, а при повышении температуры в результате восстановления формы происходит восстановление первоначальной формы пружины и смещение в противоположную сторону вдоль оси. При повышении температуры элемент 4 вновь сжимается под действием негаторной пружины 8. Шток, упертый пятой 11 в объект, совершает работу.

Преимущество применения негатора в устройстве привода по сравнению со всеми другими пружинами состоит в том, что при растяжении каждый участок длины используют последовательно с одного конца негатора до другого, а не все сразу, как это имеет место в других пружинах. Растягивающая сила остается постоянной при любом ходе, когда каждая элементарная длина негатора имеет после изготовления один и тот же постоянный радиус, т.е. радиус навивки. Это условие получения негатора с нулевым градиентом кривой силы - перемещение, т.е. с нулевой жесткостью.

В предлагаемом приводе радиус навивки изменяется незначительно, т.к. толщина ленты витков мала. Поэтому преимущество пружинно-барабанного механизма состоит в том, что механизм при работе обеспечивает нулевую жесткость подвижной системы, т.е. при изменении хода привода не происходит изменения усилия нажимного элемента - негатора в отличие от всех других пружин. Специальных средств для поворота и фиксации барабана не требуется, т.к. при применении расчетной силы на крайний свободный виток негаторной пружины барабан начинает вращаться за счет плотно прижатых друг к другу витков и закрепленных другим концом в гнезде барабана.

Натяжение пружины достигается за счет упругих сил при раскручивании витков, изготовленных из пружинной ленты плотно прижатыми друг к другу. После раскрутки при сборке витки, стремясь принять первоначальную форму, создают силу (расчетную), препятствующую распрямлению спирального элемента, что удерживает его в сжатом состоянии, т.к. сила негаторных пружин больше усилия спирального элемента при нормальной температуре. При повышении температуры до температуры мартенситного превращения спирального элемента (для материала ТН-1 температура 60-70^оС) усилие спирального элемента становится больше, благодаря чему спираль, преодолевая усилие негаторов, распрямляется на полный ход. При этом усилие, развиваемое приводом, в конце хода изменяется незначительно от начального усилия при 60-70^оС, т.к. усилия негаторов на всем ходе практически не изменяется.

Таким образом, применение негаторных пружин в совокупности со спиральным элементом, изготовленным из сплава с памятью формы, позволяет расширить эксплуатационные возможности за счет увеличения хода и усилия привода.

Использование: энергетика, в частности для обеспечения перемещения исполнительных механизмов. Сущность изобретения: привод состоит из корпуса 1 с направляющей 2 для штока 3, спирального элемента 4, установленного между торцами T₁ и T₂ корпуса и штока в сжатом состоянии. В корпусе 1 перпендикулярно его оси с двух сторон относительно его центральной оси выполнены гнезда 5 с установленными в них барабанами 6, в которых выполнены пазы 7. На барабаны навиты плотно прижатые друг к другу витки негаторной пружины 8, одним концом закрепленной в пазах 7 барабана, а другим концом жестко скрепленной со штоком 3 винтами 9. На конце штока 3 посредством пружины 10 закреплена самоустанавливающаяся пята 11. 2 ил.

ПРУЖИННЫЙ ПРИВОД, содержащий корпус со штоком, между торцами которых установлен спиральный элемент, выполненный из материала, обладающего свойством термомеханической памяти, связанные между собой упругим элементом, одним концом соединенным с корпусом, а другим - со штоком, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы за счет увеличения хода и усилия привода, он снабжен направляющей, установленной на корпусе, и поворотными барабанами с осями, установленными симметрично и перпендикулярно к оси штока, причем последний расположен на направляющей с возможностью продольного перемещения, а упругие элементы выполнены в виде негаторных пружин, закрепленных концами на поворотных барабанах.