Тепловой двигатель Советский патент 1993 года по МПК F03G7/06 

| Изобретение относится к машинострое- нию, а более конкретно к тепловым двигате- |лям :(ТД) с термочувствительными | элементами (ТЧЭ) из материала, обладаю- щего термомеханической памятью формы, и | может быть использовано в различных ме- | ханических системах, например, для заме- ны пиропатронов, в устройствах коммутации электрических цепей и испол- нительных механизмах, в качестве привода

и т.д.

; Целью изобретения является повыше- ; ние надежности ТД.

i На фиг.1 и 2 схематично показана кон- ; струкция заявляемого ТД; на фиг.З - рабо- ; чая диаграмма ТД с эпюрами напряжений. i ТД содержит ТЧЭ 1, изготовленный из I материала, обладающего термомеханиче- | ской памятью формы, например из никели- I да титана, который обоими концами j прикреплен к корпусу 2, а за середину длины прикреплен к выходному звену в виде штока 3, который установлен в направляющих 4 с возможностью осевого перемещения. Кроме того, ТД содержит расположенные симметрично оси штока 3

стержни 5, которые одним концом закреплены в шарнире 6 штока 3, а другим установлены во втулке 7 с наружной резьбовой поверхностью, которая закреплена в шарнире 8. Между тарелками втулки 7 и шарнира 6 установлена пружина 9 сжатия.

Подготовка ТД к работу осуществляется следующим образом. После закрепления ТЧЭ 1 стержни 5 с установленными поверх них пружинами 9 вставляют во втулку 7 и закрепляют в шарнирах 6. Вращением втулок 7 добиваются одинакового поджатия штока 3 к направляющим А, что регулируется поджатием пружин 9. После регулировки поджатия ТД готов к работе.

ТД работает следующим образом. При нагреве ТЧЭ в нем генерируются реактивные напряжения возврата формы. Начинается движение штока 3 с преодолением сил внешнего и внутреннего сопротивлений, а также сил сопротивления со стороны пружин 9. После прохождения мертвой точки баланс сил изменяется: пружины 9 начинают работать как источник движущей силы, что приводит к разгрузке ТЧЭ 1 и ускорению движения штока 3.

(Л

С

00

со

VI

OQ

Конструктивное исполнение ТД может быть самое-различное: с контртелом, с антифазной установкой ТЧЭ, с комбинированным циклом. Во всех случаях крайние положения штока 3 жестко фиксированы пружинами 9.

Работа устройства иллюстрируется рабочей диаграммой механизма и эпюрами напряжений в ТЧЭ. Взаимосвязь нагрузок и перемещений в материалах с термомехани- чеекой памятью формы характеризуется диаграммой рабочего цикла, которая получается путем измерения деформации в аустенитном и марте не итном состояниях материала при различных уровнях нагрузки. Соединив между собой точки в аустенитном и точки в мартенситном состояниях, получаем диаграмму рабочего цикла. Кинематика реальных механизмов обеспечивает редукцию сил и перемещений. После пересчете по уравнениям связи диаграммы рабочего цикла на кинематику используемого механизма получаем рабочую диаграмму ТД, которая характеризует взаимосвязь усилий и перемещений штока 3 с напряжениями и деформациями ТЧЭ 1.

На фиг.2 показана рабочая диаграмме ТД с ТЧЭ из сплава никеля с титаном экви- атомного состава (сплав ТН-1). Линиями на рабочей диаграмме показаны изобары, на которых цифрами указано значение механических напряжений в МПа. Эпюра внешних сил показана относительно оси (самый общий случай - постоянная по величине нагрузка). Эпюра упругих сил в пружине 9 показана относительно оси Оа-02. После прохода мертвой точки напряжения в пружине 9 меняют знак и из сил сопротивления превращаются в движущую силу. Как видно из эпюр, в крайних положениях выходное звено фиксируется пружиной 9 и перемещение будет обеспечено после прохода мертвой точки даже при отключении нагрева. Кроме того, перемещение увеличивается с

величины dt до А за счет устранения неупругого недовозврата формы в аустенитном состоянии ТЧЭ.

Использование изобретения позволит получить положительный эффект, который будет складываться из следующих факторов:

повысится надежность ТД за Счет снижения уровня напряжений в ТЧЭ. что приведет к уменьшению накопления пластических деформаций и к увеличению долговечности;

повысится эксплуатационная надежность ТД за счет поджатия выходного звена пружинами 9 в крайних положениях; повысится надежность работы ТД за счет того, что накопленные пластические деформации не вызывают отказа ТД, лишь расширяют диапазон перемещения;

расширится относительный диапазон перемещения выходного звена за счет устранения недовозврата деформации путем наведения в ТЧЭ напряжений со стороны пружин 9;

дополнительно повысится эксплуатационная надежность при использовании ТД в качестве привода коммутаторов тока за счет увеличения скорости перемещения на выходном участке.

Формула изобретения

1.Тепловой двигатель, содержащий корпус, по меньшей мере один закрепленный в корпусе термочувствительный элемент из материала, обладающего термомеханической памятью формы, выходное звено, установленное с возможностью возвратно-поступательного перемещения и связанное с термочувствительным элементом и по меньшей мере с одним пружинным звеном, закрепленным в корпусе, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности, пружинное звено установлено с возможностью перехождения мертвой точки при перемещении выходного звена из одного крайнего положения в другое.

2.Двигатель по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем,.что он снабжен дополнительным пружинным звеном, установленным симметрично первому пружинному звену относительно линии перемещения выходного эвене.

3.Двигатель попп. 1 и 2, отличающийся тем, что пружинное звено выполнено в виде втулки и размещенного в ее отверстии стержня, снабженных тарелками, между которыми установлена цилиндрическая пружине сжатия, причем втулка и стержень связаны соответственно с корпусом и выходным звеном при помощи шарниров.

ФнгЛ

Фиг.2

Фиг.5

ог

Сущность изобретения: двигатель содержит корпус, по меньшей мере один закрепленный в корпусетермочувствительный элемент из материала, обладающего термомеханической памятью формы, и выходное звено, установленное с возможностью возвратно-поступательного перемещения и связанное с термочувствительным элементом. Двигатель также содержит по меньшей мере одно пружинное звено, закрепленное в корпусе и установленное с возможностью прохождения мертвой точки при перемещении выходного звена из одного крайнего положения в другое. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.