Силовой термочувствительный элемент Советский патент 1988 года по МПК F03G7/00 

01/3.1

Изобретение относится к машино- строению, а именно к устройствам для получения механической энергии при расширении и сжатии твердых тел, вы- зываемых изменениями температуры, и может быть использовано при создани приводов перегружающих устройств, автоматических манипуляторов, исполнительных механизмов или устройств для обработки металлов давлением.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей элемента путем придания ему свойства термомагнитомеханической памя ги.

На фиг.1 изображен силовой термочувствительный элемент с термомагнитомеханической памятью параллельного расположения магнитных полюсов на Подковообразном стержне в холодном СОСТОЯНИИ и противоположного расположения магнитных полюсов на выпрямленном стержне в нагретом состоянии; на фиг.2 - элемент с памятью встреч

ного расположения магнитных полюсов

на кольцеобразном стержне в колодном состоянии и противоположного расположения полюсов на выпрямленном стержне в нагретом состоянии} на фиг.З - элемент с памятью исчезкове- ния магнитных полюсов на удлиненном прямолинейном стержне в холодном состоянии и появления полюсов на концах продольно сжатого стержня в нагретом СОСТОЯНИИ} на фиг.4 - элемент с па- мятью исчезновения магнитных полюсов на продольно сжатом прямолинейном стержне при охлаждении и появления полюсов на концах растянутого стержня при нагревеJ на фиг.З - элемент с памятью исчезновения магнитного полюса на одном из концов стержня при уменьшений толщины этого конца и перемещения полюса к другому концу стержня при охлаждении и возврат- кого утолщения тонкого конца стержня с появлением на нем полюса при нагре Вв} на фиг.6 - элемент с памятью исчезновения магнитного полюса на одно из концов стержня при увеличении толщины этого конца и перемещения полю са к другому концу стержня при охлаждении и возвратного уменьшения толщины конца стержня с появлением на нем полюса при нагреве; на фиг.7 - элемент с памятью удаления друг от друга магнитных полюсов, расположенных на концах стержня с одновременным уменьшением поперечного сечения

Q

5

0

5

0 5 0 5

0

5

средней части стержня при охлаждении и возврата концов стержня и полюсов в исходное состояние при. наГреве. Силовой термочувствительный элемент вьтолиен в виде стержня 1 (на фиг. 1-7 положение стержня 1 в нагретом состоянии) из пористой массы 2 спрессованной биметаллической стружки сплавов, обладающих эффектом памяти формы и эффектом сверхупругости. Пористость массы 2 составляет 30-60%. В состав массы 2 введена стружка 3 из магнитного сплава, а стержень 1 выполнен прямым и продольно намагниченным. Такое вьшолнение стержня 1 обеспечивает придание ему свойства термомагнитокеханкческой памяти, которая может быть выражена в изменении направленности магнитных полюсов Ни S стержня 1 при изменении его формы (фиг.1 и 2), в исчезновении и появлении полюсов N и S стержня 1 при изменении его формы ,(фиг.З и 4), а также в продольном перемещении полюсов N и S стержня 1 при изменении его формы (фиг.5-7).

На фиг. 1-7 силовой термочувствительный элемент в исходной горячей форме стержня 1 с его полюсами N и S изображен сплошньми линиями, а тот же элемент в виде деформированного холодного стержня 4 с полюсами N и S - пунктирными линиями.

Биметаллическую стружку для прессования массы .2 получают, например, обточкой резцом на токарном станке цилиндра, составленного путем диффузионной сварки поочередно расположенных дисков.(не показаны) из никелида титана марки ТН-1В.толщиной 0,8 - 1,0 мм и обладающего эффектом памяти формы в диа пазоне температур 45 - 75°С, а также из никелида титана марки ТН-1Э толщиной 0,2- 0,5 мм и обладающего эффектом сверхупругости (сверхэластичности) в диапазоне температур 10-80°С.

Цилиндр для получения биметаллической стружки массы 2 может быть также получен любым известным способом: путем контактной сварки, совместной прокатки слоев сплавов в -вакууме, напылением слоев, путем получения биметаллического двуслойного аморфного стекла сверхбыстрой закалки из расплава в вакууме и т.д.

Стружку 3 толщиной 0,2-0,3 мм получают, например, обточкой цилиндра

(не показано) из легированной магни- тотвердой стали марки ЕХЗ по ГОСТу.

Смесь массы 2 и стружки 3, например, в соотношении 4:1 прессуют в стержень. 1 при 20°С до получения по ристости 30-60%, Затем в заневолен- ном состоянии спрессоваиньй стержень 1 нагревают до температуры выше 450 С в течение 30-60 мин и намагничивают продольно путем охлаждения до 20°С в сильном постоянном магнитном поле. После этого намагниченный стержень 1 с полюсами N и S освобождают от заневоливания и при 20 С пластически деформируют со степенью деформации 10% - 15% до получения им холодной формы в виде стержня 4 (фиг,1-7, пунктирная линия).

Полученньй таким образом силовой термочувстзительньй элемент обладает свойством многократно обратимой термомагнитомеханической памяти в диапазоне температур 45-75°С, При

5

10

Стержень 4 (фиг, 4) при нагреве удлиняется, превращаясь в стержень 1 с появлени1.1М на концах магнитных полюсов N и S, которые при охлаждении и сокращении стержня. 1 исчезают.

Стержни 4 (фиг, 5 и 6) при нагреве изменяют толщину одного из концов, превращаясь соответственно в стержни 1 с исчезновением на этом конце магнитного полюса и перемещением его к другому концу, а при ох- . лаждении возвращаются в исходное состояние.

Стержень 4 (фиг,7) при нагреве уменьщается по длине с увеличением поперечного размера своей средней части с одновре енным продольньм перемещением магнитных полюсов N и S в пространстве, а при охлаждении возвращается в исходное состояние.

Использование изобретения расширяет функциональные возможности силовых термочувствительных элементов за

15

20

этом ниже 45°с.элемент имеет вид де- 25 счет обеспечения заранее-программиру

5

10

14426934

Стержень 4 (фиг, 4) при нагреве удлиняется, превращаясь в стержень 1 с появлени1.1М на концах магнитных полюсов N и S, которые при охлаждении и сокращении стержня. 1 исчезают.

Стержни 4 (фиг, 5 и 6) при нагреве изменяют толщину одного из концов, превращаясь соответственно в стержни 1 с исчезновением на этом конце магнитного полюса и перемещением его к другому концу, а при ох- . лаждении возвращаются в исходное состояние.

Стержень 4 (фиг,7) при нагреве уменьщается по длине с увеличением поперечного размера своей средней части с одновре енным продольньм перемещением магнитных полюсов N и S в пространстве, а при охлаждении возвращается в исходное состояние.

Использование изобретения расширяет функциональные возможности силовых термочувствительных элементов за

15

20

Изобретение относится к устр- вам для получения механической энергии при расширении и сжат ии твердых тел, вызываемых изменением т-ры, и м.б. использовано при создании приводов перегружающих устр-в, автоматических манипуляторов, исполнительных механизмов или устр-в для обра- ботки металлов давлением. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей элемента путем придания ему термсмагнитомеханической памяти. Элемент выполнен в виде продольного намагниченного стержня 1 из пористой массы 2 спрессованной биметаллической стружки сплавов, обладающих эффектом памяти формы и эффектом сверхупругости, и стружки 3 из магнитного слоя. Термомагнитомехани- ческая память выражена в изменении направленности, в исчезновении, появлении и в продольном перемещении магнитных полюсов при изменении формы. Такое выполнение позволяет заранее програмьшровать проявление в элементах термомагнитомеханической памяти, а .также расширить возможность использования солнечной энергии и низкопотенциальных источников тепла - естественной разности т-р воздуха и воды, тепловых отходов промышленного производства - в качестве энергоносителя для появления, исчезновения и изменения магнитного поля с од новременной деформацией силовых элементов конструкцией и приводных устр-в. 3 з.п. ф-лы, 7 ил. (Л 4:; 1чэ о: со

формированного стержня 4, а вьще - исходную форму стержня 1,

.При изменении формы силовой элемент генерирует механические напряжения вьше 30 кгс/мм, преобразуя тепловую энергию в механическую, а также изменяет направление и степень намагниченности ввиду внутреннего изменения ориентации частиц намаг- - ниченной стружки 3 под воздействием деформирующихся вследстви.е проявления эффекта памяти формы частиц массы 2,

Силовой термочувствительньй элемент работает следующим образом.

Силовой элемент - стержень 1 устанавливают на месте применения в оборудовании для взаимодействия с окружающими его объектами (не показаны) путем силового или магнитного на них воздействия при нагреве выше 75 С и (или) охлаждение ниже 45°С, Стержни 4 (фиг.1 и 2) при нагреве, вьшрямляясь, превращаются соответственно в стержни 1 с изменением направленности магнитных полюсов N и S а при охлаждении возвращаются в ис- ходное состояние.

Стержень 4 (фиг,3) при нагреве укорачивается, превращаясь в стержень 1 с появлением на концах маг- . нитных полюсов N и S, которые при охлаждении и удлинении стержня 1 исчез ают,

0

5

емого проявления в них термомагнитомеханической памяти, обеспечивающей расширение области применения этих элементов взамен громоздких и дорогостоящих узкоцелевых гидравлических, пневматических и электромеханических устройств. Кроме того, использование изобретения позволяет расширить возможность использования солнечной энергии и низкопотенциальных источников тепла - естественной разности температур воздуха и воды, а также тепловых отходов промышленного производства в новом для них качеств ё Q энергоносителя для появления, исчезновения и изменения магнитного поля с одновременной деформацией силовых элементов конструкций и приводных устройств.

Формула изобретения

1, Силовой термочувствительньй .элемент, выполненный в виде стержня из пористой массы спрессованной биметаллической стружки сплавов, обладающих эффектом памяти формы;; и эффектом сверхупругости, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможнос тей элемента путем придания ему свойства термомагнитомеханической памяти, в состав пористой массы допол-

нительно введена стружка из магнит0

Horo сплава, a стержень выполнен продольно намагниченным.

К

0i/e.J

1

магнитомеханическая память выражена в исчезновении и появлении магнитных полюсов при изменении формы.

0t/e.f

V---.