基于记忆合金驱动圆盘定位及伸缩杆的可重构夹持装置.docVIP

基于记忆合金驱动、圆盘定位及伸缩杆的可重构夹持装置 摘 要：介绍基于记忆合金驱动的可重构夹持装置的创新设计思路，说明了其工作原理和技术性能特点，给出了夹持力的计算公式和力学特性曲线。所创新设计的可重构记忆合金夹持装置，以记忆合金为驱动装置，常见杆件为基本构件，并经过对杆件进行简单加工组合后，以圆盘定位以及伸缩杆的形式迅速满足对不同尺寸以及不同位置工件的夹紧需求。由于该装置采用大半圆柱夹紧头，通过自动调整夹紧面可以实现对不同形状的工件实施夹紧。因此，该夹具的可重构性非常强。 关键词：形状记忆合金、铰杆、圆盘、伸缩杆、可重构、夹持装置 1、概述 目前，制造业中广泛使用的基本都是 形状记忆合金(SMA)是一种具有形状记忆效应(SME)，集驱动、感知和执行于一体，输 入热量即可对外做功的新型智能材料，近年来得到了较快发展。所谓形状记忆效应，是指预先给SMA材料一定量的塑性变形，而后加热SMA至某一温度，由于内部晶体结构发生变化，SMA将克服塑性变形回复到原来形状。在收缩过程中将产生巨大的回复应力，因此可以将其作为驱动力应用到驱动器中。工作原理为当半导体热泵热端对SMA弹簧加热时，SMA弹簧由于内部晶体结构变化产生收缩，产生的回复应力拉动向运动；（2）力传递部分 ①杆件2 杆件1输出的力通过铰接输出至杆件2。由图可以看出，杆件2是由一跟矩形杆和一个带若干定位孔的圆盘组成。为节约成本，二者采用焊接方式相连。杆件2上固定孔与机架相连，因此，杆件2起到的作用为杠杆，固定孔处为支点位置。并且杆件2不可旋转。 ②杆件3 杆件3通过左端圆盘与杆件2相连，并且杆件3为可旋转杆件，当旋转到预定位置时通过定位孔与杆件2固连。与圆盘相连为一“Z”形杆，“Z”形杆右端有一段中空杆，为伸缩杆腔，左右两边打若干定位孔。伸缩杆（杆件4）可以在腔内前后移动，在所需位置通过定位孔定位。 ③杆件4 当驱动部分采用第一种方案（即活塞上有4根杆件1）时，杆件4结构如左图。杆件4左端插入杆件3伸缩杆腔中，通过伸缩杆定位孔与杆件3固连。右端与夹头座相连。图中装配对齐孔是为了方便装配对齐所做，为一小孔。 当驱动部分采用方案2（即活塞上只有2根杆件1）时，杆件4结构如下图： 与方案一不同的是，杆件4结构简单许多，在右端有一夹头座定位槽。是与夹头座固连之用。 （3）夹紧部分 杆件4通过其连接孔与夹头座固连，并由固定螺栓孔(在夹头座底面未画出)用螺栓固定。两边固定螺栓孔是固定杆件4，中间是固定夹头。夹头在夹头座的最下方，是一大半圆柱（图中红色部分）。为使其旋转方便，在左右两边各开一注油口，向其添加润滑油。夹头中央有一浅沟槽，起存放润滑油和定位之用。该夹头最突出的特点也是其可重构性。一般我们只讨论某个装置具有可重构性，但该夹头单独即具有可重构性。夹头部分可旋转，可用平面与圆柱面两种平面来夹紧不同形状的工件。该夹头的设计思想尤其值得提出。 （4）总装配图及原理说明 这是方案2的装配示意图。因该方案较方案1简单许多，因此是我们的首选方案。从图中可以看出，记忆合金（注：记忆合金的加热冷却装置未在图中画出）受热后收缩，克服弹簧力将活塞向右拉动，杆件1压力角变小，经杆件1输出力至杆件2。由于杆件2与机架相连，故在杆件2右端产生指向套筒的压力通过杆件3，4带动夹头夹紧工件。方案一的工作原理与其类似，不再赘述 （5）可重构分析 该装置的可重构性体现在如下几点： 旋转圆盘定位装置 伸缩杆装置 大半圆柱夹头装置 由上述装配图可以看出，当杆件3的圆盘旋转时，两夹头之间的距离也会同时产生变化，配合调整夹头的方向，这样一来就可以夹紧不同大小的工件而不需要更换任何杆件。当所需夹紧的工件位置较远而机架部分移动不便时，或者需要加紧的工件为内夹紧比较深时，伸缩杆将会大大改善这种情况。通过杆件4在杆件3中的前后移动，可以使夹头也同时前后移动，配合夹头座的旋转可以夹紧不同位置的工件，也可以夹紧工件的不同位置。 当需要内夹紧时，只需改变记忆合金的电流方向，即可产生相反方向的力，并同时使夹头夹持面向上即可实现。内夹持工件的尺寸范围与工件位置范围均由杆件三的中间部分及伸缩腔长度决定，弹性非常大，可根据需要自由决定。 理想状况下，如果改变驱动部分在机架上的位置，即活塞套筒部分可以在机架上旋转，则不仅能实现以上所说的上下夹紧，甚至能实现对工件的左右夹紧以及任意角度的夹紧，充分体现可重构精神。 通过以上分析，我们可以看出，上面的可重构夹紧装置可重构性能非常好，对于不同尺寸，不同位置，不同形状的工件以及同一个工件的不同位置均能实现较好的夹紧效果，更重要的是，在整个过程中不需要更换任何一个部件，只需要简单的旋转伸缩动作即可。 3 力学计算与性能分析 3.1 力学计算公式 先看该装置的结构图。设杆件1的长度为L1，杆件2