МЕХАНИЧЕСКАЯ МЫШЦА Российский патент 2005 года по МПК F15B15/10 

Изобретение относится к управляемым приводам и предназначено для преобразования внутренней энергии энергоносителя в механическое движение технических объектов с изменяющимися инерционными параметрами.

Известен исполнительный механизм осевого сжатия, содержащий заполненную энергоносителем эластичную оболочку, выполненную с армированием. ЕР 0146261 A1 (KUKOLI MIRKO), 26.05.85.

Недостатком данного устройства является отсутствие поперечного армирования в виде гибких нерастяжимых нитей.

Известна механическая мышца, содержащая заполненную энергоносителем эластичную оболочку, выполненную с армированием в поперечном направлении, параллельно ориентированными в этом направлении элементами. SU 1622659 A1 (ВНИИ МЕТИЗНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ), 23.01.91.

Недостатком данного устройства является отсутствие армирования в продольном и поперечном направлениях в виде гибких нерастяжимых нитей.

Известен привод MAS на основе “Fluidic muscle MAS” австрийского концерна FESTO. “Fluidic muscle” содержит эластичную оболочку, армированную внутри ромбической сеткой (см. прилагаемые материалы, а также информацию на ht^/www.festo.com/fluidicmuscle). К недостаткам известного устройства относится малый рабочий ход, большие деформации материала оболочки в ячейках ромбической сети, малый интервал рабочих температур.

Наиболее близким к предлагаемому преобразователю является механическая мышца. RU 2137950, 6 F 15 B 11/10, авторы Водяник Г.М., Водяник А.Г., Цибизов А.Н. от 16.07.98. Бюл. №7).

Известная механическая мышца содержит присоединительные элементы и заполненную энергоносителем эластичную оболочку, выполненную с армированием в поперечном и продольном направлении, параллельно ориентированными гибкими нерастяжимыми нитями. Армирование оболочки в продольном направлении выполнено с шагом, обеспечивающим поперечное деформирование оболочки без потери герметичности. Армирование оболочки в поперечном направлении выполнено с шагом, выбранным из условия обеспечения максимального укорочения оболочки при одновременном снижении поперечного размера, расхода энергоносителя и повышения быстродействия.

К недостаткам известного устройства относится несогласованность величин поперечной и продольной деформации внешней поверхности эластичной оболочки с нитями силового армирования. Отсутствие такой согласованности приводит к образованию зон закрепления материала внешнего слоя эластичной оболочки под нитями силового армирования, что в свою очередь приводит к сегментации внешней поверхности оболочки и неравномерному распределению напряжений в материале эластичной оболочки.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание условий для равномерного деформирования материала оболочки. Для чего необходимо исключить непосредственное взаимодействие между внешней поверхностью эластичной оболочки и нитями силового армирования. Механизмом разделения является разгрузочно-антифрикционный слой, который обеспечивает согласование величин поперечной и продольной деформации материала на внешней поверхности эластичной оболочки с размерами поперечного и продольного трансформирования диагоналей ромбических ячеек разгрузочно-антифрикционного слоя. В этом случае обеспечивается физическое разделение внешней поверхности эластичной оболочки и нитей силового армирования.

Для достижения поставленной задачи механическая мышца содержит присоединительные элементы и заполненную энергоносителем эластичную оболочку, выполненную с армированием в поперечном и продольном направлении гибкими нерастяжимыми нитями.

Армирование оболочки в продольном направлении выполнено с шагом, обеспечивающим поперечное деформирование оболочки без потери герметичности. Армирование оболочки в поперечном направлении выполнено с шагом, выбранным из условия обеспечения максимального укорочения оболочки при одновременном снижении поперечного размера, расхода энергоносителя и повышения быстродействия.

Продольное армирование оболочки выполнено послойным.

Разгрузочно-антифрикционный слой выполнен из непрерывных, взаимно перекрещенных нитей, винтовым образом уложенных на поверхности оболочки. Шаг винтовой укладки нитей последующего слоя равен предыдущему, направление шага винтовой укладки нитей последующего слоя противоположно предыдущему. Нити слоев не связаны между собой и образуют межслойные ромбические ячейки, диагонали которых соизмеримы с величиной деформации оболочки в осевом и диаметральном направлении под ромбической ячейкой. Нити последующего слоя смещены относительно нитей предыдущего слоя, имеющего то же направление шага винтовой укладки, причем нити каждого слоя зафиксированы относительно адаптеров мышцы, отдельно от оболочки. Длина осевой проекции нитей превышает длину оболочки.

Силовой слой выполнен из продольно ориентированных нитей, зафиксированных относительно адаптеров мышцы, отдельно от оболочки.

Адаптеры механической мышцы содержат две соосные поверхности для раздельного крепления оболочки и нитей армирования, причем поверхности разделены кольцевым приливом, высота которого относительно поверхности для крепления оболочки соответствует толщине эластичной оболочки.

Адаптеры механической мышцы, либо их внешняя поверхность выполнены их электроизоляционного материала и содержат датчики давления рабочего тела и взаимного перемещения адаптеров.

Защитно-декоративный слой выполнен из непрерывных нитей, винтовым образом уложенных на поверхности мышцы, причем шаг винтовой укладки нитей последующего слоя равен предыдущему, направление шага винтовой укладки нитей последующего слоя противоположно предыдущему.

Нити слоев не связаны между собой и образуют межслойные ромбические ячейки, при этом нити последующего слоя смещены относительно нитей предыдущего слоя, имеющего то же направление шага винтовой укладки. Причем нити каждого слоя зафиксированы относительно адаптеров мышцы, отдельно от оболочки.

Механическая мышца работает следующим образом. При увеличении внутренней энергии энергоносителя любым известным способом (за счет нагрева, химической реакции, увеличения количества и т.д.) эластичная оболочка начинает деформироваться. Возникающие усилия воспринимаются нитями продольного и поперечного армирования, что предполагает управляемое деформирование оболочки с образованием гофр. Образование гофр по длине механической мышцы обуславливает ее линейное укорочение (сокращение).

Для исключения непосредственного взаимодействия между внешней поверхностью эластичной оболочки и нитями силового армирования введен разгрузочно-антифрикционный слой. Он обеспечивает согласование величин поперечной и продольной деформации материала на внешней поверхности эластичной оболочки с размерами поперечного и продольного трансформирования диагоналей ромбических ячеек разгрузочно-антифрикционного слоя. В этом случае обеспечивается физическое разделение внешней поверхности эластичной оболочки и нитей силового армирования и равномерная деформация материала эластичной оболочки без образования зон с нулевой деформацией под нитями силового армирования.

Таким образом, заявленное предложение позволяет обеспечить равномерное деформирование материала оболочки и конструктивно не ограниченный ресурс изделия.

Механическая мышца предназначена для преобразования внутренней энергии энергоносителя в механическое движение технических объектов с изменяющимися инерционными параметрами. Механическая мышца содержит присоединительные элементы и заполненную энергоносителем эластичную оболочку, выполненную с армированием в поперечном и продольном направлении гибкими нерастяжимыми нитями, причем армирование оболочки в продольном направлении выполнено с шагом, обеспечивающим поперечное деформирование оболочки без потери герметичности, а армирование оболочки в поперечном направлении выполнено с шагом, выбранным из условия обеспечения максимального укорочения оболочки при одновременном снижении поперечного размера, расхода энергоносителя и повышения быстродействия, при этом продольное армирование оболочки выполнено послойным, причем разгрузочно-антифрикционный слой выполнен из непрерывных, взаимно перекрещенных нитей, винтовым образом уложенных на поверхности оболочки, причем шаг винтовой укладки нитей последующего слоя равен предыдущему, направление шага винтовой укладки нитей последующего слоя противоположно предыдущему, нити слоев не связаны между собой и образуют межслойные ромбические ячейки, диагонали которых соизмеримы с величиной деформации оболочки в осевом и диаметральном направлении под ромбической ячейкой, при этом нити последующего слоя смещены относительно нитей предыдущего слоя, имеющего то же направление шага винтовой укладки, причем нити каждого слоя зафиксированы относительно адаптеров мышцы, отдельно от оболочки, а длина осевой проекции нитей превышает длину оболочки, силовой слой выполнен из продольно ориентированных нитей, зафиксированных относительно адаптеров мышцы, отдельно от оболочки, при этом адаптеры механической мышцы содержат две соосные поверхности для раздельного крепления оболочки и нитей армирования, причем поверхности разделены кольцевым приливом, высота которого относительно поверхности для крепления оболочки соответствует толщине эластичной оболочки, а сами адаптеры, либо их внешняя поверхность выполнены из электроизоляционного материала и содержат датчики давления рабочего тела и взаимного перемещения адаптеров. Кроме того, защитно-декоративный слой может быть выполнен из непрерывных нитей, винтовым образом уложенных на поверхности мышцы, причем шаг винтовой укладки нитей последующего слоя равен предыдущему, направление шага винтовой укладки нитей последующего слоя противоположно предыдущему, нити слоев не связаны между собой и образуют межслойные ромбические ячейки, при этом нити последующего слоя смещены относительно нитей предыдущего слоя, имеющего то же направление шага винтовой укладки, причем нити каждого слоя зафиксированы относительно адаптеров мышцы, отдельно от оболочки. Технический результат - повышение надежности. 1 з.п. ф-лы.

1. Механическая мышца, содержащая присоединительные элементы и заполненную энергоносителем эластичную оболочку, выполненную с армированием в поперечном и продольном направлении гибкими нерастяжимыми нитями, причем армирование оболочки в продольном направлении выполнено с шагом, обеспечивающим поперечное деформирование оболочки без потери герметичности, а армирование оболочки в поперечном направлении выполнено с шагом, выбранным из условия обеспечения максимального укорочения оболочки при одновременном снижении поперечного размера, расхода энергоносителя и повышения быстродействия, отличающаяся, тем, что продольное армирование оболочки выполнено послойным, причем разгрузочно-антифрикционный слой выполнен из непрерывных взаимно перекрещенных нитей, винтовым образом уложенных на поверхности оболочки, причем шаг винтовой укладки нитей последующего слоя равен предыдущему, направление шага винтовой укладки нитей последующего слоя противоположно предыдущему, нити слоев не связаны между собой и образуют межслойные ромбические ячейки, диагонали которых соизмеримы с величиной деформации оболочки в осевом и диаметральном направлениях под ромбической ячейкой, при этом нити последующего слоя смещены относительно нитей предыдущего слоя, имеющего то же направление шага винтовой укладки, причем нити каждого слоя зафиксированы относительно адаптеров мышцы отдельно от оболочки, а длина осевой проекции нитей превышает длину оболочки, силовой слой выполнен из продольно ориентированных нитей, зафиксированных относительно адаптеров мышцы отдельно от оболочки, при этом адаптеры механической мышцы содержат две соосные поверхности для раздельного крепления оболочки и нитей армирования, причем поверхности разделены кольцевым приливом, высота которого относительно поверхности для крепления оболочки соответствует толщине эластичной оболочки, а сами адаптеры либо их внешняя поверхность выполнены из электроизоляционного материала и содержат датчики давления рабочего тела и взаимного перемещения адаптеров.2. Механическая мышца по п.1, отличающаяся, тем, что защитно-декоративный слой выполнен из непрерывных нитей, винтовым образом уложенных на поверхности мышцы, причем шаг винтовой укладки нитей последующего слоя равен предыдущему, направление шага винтовой укладки нитей последующего слоя противоположно предыдущему, нити слоев не связаны между собой и образуют межслойные ромбические ячейки, при этом нити последующего слоя смещены относительно нитей предыдущего слоя, имеющего то же направление шага винтовой укладки, причем нити каждого слоя зафиксированы относительно адаптеров мышцы отдельно от оболочки.