Пружинный привод

 

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.

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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2