專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置領(lǐng)域，特別涉及一種采用封閉式液壓微位移放大器作為位移放大機(jī)構(gòu)的超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
利用超磁致伸縮材料的磁致伸縮特性制成的超磁致伸縮致動(dòng)器，具有響應(yīng)速度快、輸出力大、能量密度高、位移分辨率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在超精密機(jī)床、精密儀器、聲納系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。盡管超磁致伸縮致動(dòng)器具有如上諸多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在不足首先，輸出位移小，不能滿足大量程位移輸出要求；其次，超磁致伸縮致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)線圈通電產(chǎn)生的焦耳熱量，導(dǎo)致超磁致伸縮棒熱變形及磁致伸縮系數(shù)不穩(wěn)定，最終影響致動(dòng)器的位移輸出精度。對(duì)于致動(dòng)器輸出位移，采用杠桿放大可實(shí)現(xiàn)致動(dòng)器微位移放大要求，但當(dāng)杠桿放大器的放大倍數(shù)較大時(shí)，杠桿的彈性變形對(duì)放大效果影響非常大，這一因素限制了杠桿位移放大器在超磁致伸縮致動(dòng)器領(lǐng)域的應(yīng)用。也有學(xué)者提出采用基于帕斯卡原理的封閉式液壓微位移放大器，以實(shí)現(xiàn)大量程位移輸出要求，但其放大率卻受溫度的強(qiáng)烈影響，溫度變化將引起封閉腔內(nèi)工質(zhì)體積發(fā)生變化，導(dǎo)致輸出端附加位移，影響位移輸出精度。對(duì)于超磁致伸縮棒的溫升問(wèn)題，可在線圈骨架與超磁致伸縮棒之間設(shè)置一個(gè)空腔，通過(guò)恒溫冷卻介質(zhì)在空腔內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)來(lái)對(duì)超磁致伸縮棒的溫升進(jìn)行控制。采用這種溫控方式可以有效地控制超磁致伸縮棒的溫升，但是需要提供獨(dú)立的溫控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明一種由超磁致伸縮致動(dòng)器和封閉式液壓微位移放大器組合而成的超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置能夠同時(shí)解決超磁致伸縮致動(dòng)器輸出位移小，封閉式液壓微位移放大器溫升影響位移輸出精度，以及超磁致伸縮棒溫控困難的技術(shù)難題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是，超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置由超磁致伸縮致動(dòng)器I和封閉式液壓微位移放大器II組成，超磁致伸縮致動(dòng)器I中的致動(dòng)器圓殼體7右端的外螺紋與封閉式液壓微位移放大器II中的放大器圓殼體6左端的內(nèi)螺紋連接鎖緊，通過(guò)封閉式液壓微位移放大器II的位移放大作用實(shí)現(xiàn)超磁致伸縮致動(dòng)器I的大量程位移輸出要求；封閉式液壓微位移放大器II的輸入端大活塞4內(nèi)腔設(shè)有微位移補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，自動(dòng)補(bǔ)償封閉腔內(nèi)由于溫度變化所引起的輸出端附加微位移；在超磁致伸縮致動(dòng)器I內(nèi)部與外界環(huán)境間設(shè)置一條氣流通道F，通過(guò)內(nèi)外溫差在氣流通道F中產(chǎn)生氣流，帶走致動(dòng)器內(nèi)累積的部分熱量；在線圈骨架9和超磁致伸縮棒19之間設(shè)置一吸熱介質(zhì)填充空腔，該空腔裝有吸熱介質(zhì)11，吸熱介質(zhì)11吸收驅(qū)動(dòng)線圈10傳遞過(guò)來(lái)的部分焦耳熱量；所述的超磁致伸縮致動(dòng)器I中，在致動(dòng)器圓殼體7的階梯內(nèi)腔中，由右向左依次裝有擋板24、預(yù)緊碟形彈簧23、內(nèi)部中空的致動(dòng)器輸出軸22 ;穿過(guò)致動(dòng)器輸出軸22的右導(dǎo)磁體8安裝在致動(dòng)器圓殼體7的右部?jī)?nèi)腔中，吸熱材料放置環(huán)21和裝有第六O型圈20的線圈骨架9依次由右至左裝在右導(dǎo)磁體8的內(nèi)腔中；穿過(guò)超磁致伸縮棒19的驅(qū)動(dòng)線圈10裝在線圈骨架9上面，在線圈骨架9和超磁致伸縮棒19之間有一吸熱介質(zhì)填充空腔，該空腔裝有吸熱介質(zhì)11，吸熱介質(zhì)11吸收驅(qū)動(dòng)線圈10傳遞過(guò)來(lái)焦耳熱量；第四O型圈12和第五O型圈17分別安裝在密封擋圈16的內(nèi)、外圓環(huán)中；導(dǎo)向桿18安裝在超磁致伸縮棒19左端，左導(dǎo)磁體13裝在導(dǎo)向桿18左端，安裝在左導(dǎo)磁體13左端的擰緊螺塞14的外螺紋與致動(dòng)器圓殼體7左部?jī)?nèi)腔的內(nèi)螺紋連接，擰緊螺塞14的內(nèi)螺紋和預(yù)緊螺釘15外螺紋連接鎖緊；所述的封閉式液壓微位移放大器II中，放大器圓殼體6具有左內(nèi)腔A、右內(nèi)腔B、階梯形的上內(nèi)腔C ;第三O型圈5安裝在階梯型的補(bǔ)償活塞26的圓環(huán)中，在輸入端大活塞4的內(nèi)腔里由右向左依次裝有墊環(huán)28、補(bǔ)償桿27、補(bǔ)償活塞26和左碟形彈簧25，致動(dòng)器輸出軸22通過(guò)右端螺紋部分與輸入端大活塞4的內(nèi)螺紋連接鎖緊；第二 O型圈3安裝在輸入端大活塞4的圓環(huán)中，輸入端大活塞4安裝在放大器圓殼體6的左內(nèi)腔A中；由墊環(huán)28、補(bǔ)償桿27、補(bǔ)償活塞26和左碟形彈簧25構(gòu)成微位移補(bǔ)償機(jī)構(gòu)；第一 O型圈2安裝在階梯型螺塞I的圓環(huán)中，螺塞I安裝在放大器圓殼體6的右內(nèi)腔B中，螺塞I通過(guò)螺紋連接鎖緊在放大器圓殼體6上；第七O型圈29安裝在放大器圓殼體6階梯型上內(nèi)腔C的下圓環(huán)中，帶有圓盤(pán)D的輸出頂桿31安裝在放大器圓殼體6上內(nèi)腔C中，上碟形彈簧32和螺母30依次由下向上安裝在輸出頂桿31的圓盤(pán)D上，通過(guò)螺母30上的螺紋與放大器圓殼體6固定連接。一種超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是，預(yù)緊螺釘15、導(dǎo)向桿18、超磁致伸縮棒19和致動(dòng)器輸出軸22都具有中心通孔，即均采用空心結(jié)構(gòu)，中心通孔的直徑相同或接近，在超磁致伸縮致動(dòng)器I內(nèi)部形成一條自左而右的氣流通道F，該氣流通道F與致動(dòng)器圓殼體7右部和致動(dòng)器輸出軸22上的垂直通孔相通，形成完整的內(nèi)外氣流通道。一種超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是，所述的補(bǔ)償桿27采用高熱膨脹系數(shù)材料，補(bǔ)償桿27的端面制成錐形，其錐面分別與補(bǔ)償活塞26和墊環(huán)28上的錐面配合，形成補(bǔ)償腔H ;補(bǔ)償桿27的中間開(kāi)有通油孔，輸入端大活塞4的右端面中心和墊環(huán)28中心上加工有通油孔，輸入端大活塞4和輸出頂桿31之間的封閉腔內(nèi)的工質(zhì)通過(guò)輸入端大活塞4右端面中心的通油孔、墊環(huán)28中心的通油孔以及補(bǔ)償桿27中間的通油孔，進(jìn)入到補(bǔ)償腔H中。本發(fā)明的顯著效果是位移輸出量程大，可根據(jù)溫度變化，自動(dòng)補(bǔ)償封閉式液壓微位移放大器封閉腔內(nèi)工質(zhì)體積變化而引起的輸出端附加微位移，從而可以有效地減小溫度變化對(duì)封閉式液壓微位移放大器位移輸出精度的影響；對(duì)超磁致伸縮棒采用簡(jiǎn)便易行的溫控模式，不需要提供獨(dú)立的溫控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為方便。


圖1為超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)圖。其中1.螺塞，2.第一 O型圈，3.第二 O型圈，4.輸入端大活塞，5.第三O型圈，6.放大器圓殼體，7.致動(dòng)器圓殼體，8.右導(dǎo)磁體，9.線圈骨架，10.驅(qū)動(dòng)線圈，11.吸熱介質(zhì)，12.第四O型圈，13.左導(dǎo)磁體，14.擰緊螺塞，15.預(yù)緊螺釘，16.密封擋圈，17.第五O型圈，18.導(dǎo)向桿，19.超磁致伸縮棒，20.第六O型圈，21.吸熱材料放置環(huán)，22.致動(dòng)器輸出軸，23.預(yù)緊碟形彈簧，24.擋板，25.左碟形彈簧，26.補(bǔ)償活塞，27.補(bǔ)償桿，28.墊環(huán)，29.第七O型圈，30.螺母，31.輸出頂桿，32.上碟形彈簧，A.左內(nèi)腔，B.右內(nèi)腔，C.上內(nèi)腔，D.圓盤(pán)，F(xiàn).氣流通道，H.補(bǔ)償腔，1.超磁致伸縮致動(dòng)器，I1.封閉式液壓微位移放大器。
具體實(shí)施例方式下面依據(jù)技術(shù)方案和附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，如附圖1所示，通過(guò)封閉式液壓微位移放大器II的位移放大作用實(shí)現(xiàn)超磁致伸縮致動(dòng)器I的大量程位移輸出要求；封閉式液壓微位移放大器II的輸入端大活塞4內(nèi)腔設(shè)有微位移補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，自動(dòng)補(bǔ)償封閉腔內(nèi)由于溫度變化所引起的輸出端附加微位移；在超磁致伸縮致動(dòng)器I內(nèi)部與外界環(huán)境間有一條氣流通道F，通過(guò)內(nèi)外溫差在氣流通道中產(chǎn)生氣流，帶走致動(dòng)器內(nèi)累積的部分熱量；在線圈骨架9和超磁致伸縮棒19之間設(shè)置一吸熱介質(zhì)填充空腔，該空腔裝有吸熱介質(zhì)11，吸熱介質(zhì)11吸收驅(qū)動(dòng)線圈10傳遞過(guò)來(lái)的部分焦耳熱量。超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置工作時(shí)，通過(guò)預(yù)緊螺釘(15)對(duì)超磁致伸縮棒(19)施加預(yù)緊力，使超磁致伸縮棒工作在受壓狀態(tài)。對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈10通以一定電流，該電流在驅(qū)動(dòng)線圈10內(nèi)部產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致超磁致伸縮棒19產(chǎn)生磁致伸縮變形，該變形推動(dòng)致動(dòng)器輸出軸22以及輸入端大活塞4產(chǎn)生相同的軸向位移，該軸向位移通過(guò)封閉式液壓腔內(nèi)的工質(zhì)，將運(yùn)動(dòng)傳遞至輸出頂桿31，由于輸出頂桿31的有效截面積小于輸入端大活塞4的有效截面積，位移便得到放大，其放大率即為輸入端大活塞4右端面有效截面積與輸出頂桿31下端面有效截面積的比值。通過(guò)控制輸入電流的大小，可以控制該超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置的輸出位移，實(shí)現(xiàn)超磁致伸縮致動(dòng)器I的位移放大輸出。當(dāng)溫度上升時(shí)，導(dǎo)致封閉腔內(nèi)的工質(zhì)體積膨脹，與此同時(shí)，補(bǔ)償桿27由于溫升產(chǎn)生軸向和徑向兩個(gè)方向的熱伸長(zhǎng)變形，并且徑向膨脹通過(guò)錐面轉(zhuǎn)換為軸向伸長(zhǎng)，該熱伸長(zhǎng)變形推動(dòng)補(bǔ)償活塞26向左移動(dòng)，擠壓左碟形彈簧25，封閉腔內(nèi)的工質(zhì)通過(guò)輸入端大活塞4右端面中心上的通油孔進(jìn)入補(bǔ)償腔H，補(bǔ)償溫升導(dǎo)致的封閉腔內(nèi)的工質(zhì)體積變化，從而自動(dòng)補(bǔ)償溫升產(chǎn)生的附加微位移。當(dāng)溫度下降時(shí)，導(dǎo)致封閉腔內(nèi)的工質(zhì)體積收縮，與此同時(shí)，補(bǔ)償桿27由于溫降產(chǎn)生軸向和徑向兩個(gè)方向的熱收縮變形，并且徑向收縮通過(guò)錐面轉(zhuǎn)換為軸向收縮，該熱收縮變形使得左碟形彈簧25推動(dòng)補(bǔ)償活塞26向右移動(dòng)，補(bǔ)償腔H內(nèi)的工質(zhì)通過(guò)輸入端大活塞4右端面中心上的通油孔進(jìn)入到封閉腔中，補(bǔ)償溫降導(dǎo)致的封閉腔內(nèi)的工質(zhì)體積變化，從而自動(dòng)補(bǔ)償溫降產(chǎn)生的附加微位移。超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置工作時(shí)將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部溫升，由于內(nèi)外溫差將在圖1所示氣流通道F中產(chǎn)生氣流，帶走致動(dòng)器內(nèi)累積的部分熱量。也可根據(jù)需要引入外部強(qiáng)制氣流，強(qiáng)制氣流流速根據(jù)工作狀態(tài)而定當(dāng)驅(qū)動(dòng)線圈10采用長(zhǎng)時(shí)工作模式時(shí)，向氣流通道F通以大流速氣流；當(dāng)驅(qū)動(dòng)線圈10采用反復(fù)短時(shí)工作模式或短時(shí)工作模式時(shí)，向氣流通道F通以中小流速氣流。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)線圈10產(chǎn)生的焦耳熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)傳遞至線圈骨架9和超磁致伸縮棒19之間設(shè)置的吸熱介質(zhì)填充空腔，吸熱介質(zhì)11吸收驅(qū)動(dòng)線圈傳遞過(guò)來(lái)的部分焦耳熱量。本發(fā)明提出的超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置，位移輸出量程大，可根據(jù)溫度變化，自動(dòng)補(bǔ)償封閉式液壓微位移放大器封閉腔內(nèi)工質(zhì)體積變化而引起的輸出端附加微位移，從而可以有效地減小溫度變化對(duì)封閉式液壓微位移放大器位移輸出精度的影響；對(duì)超磁致伸縮棒采用簡(jiǎn)便易行的溫控模式，不需要提供獨(dú)立的溫控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為方便。特別適用于大量程 位移輸出需求、環(huán)境溫度變化大、工作時(shí)間長(zhǎng)的工程應(yīng)用場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.一種超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是，超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置由超磁致伸縮致動(dòng)器(I)和封閉式液壓微位移放大器(II)組成，超磁致伸縮致動(dòng)器(I)中的致動(dòng)器圓殼體(7)右端的外螺紋與封閉式液壓微位移放大器(II)中的放大器圓殼體(6)左端的內(nèi)螺紋連接鎖緊； 所述的超磁致伸縮致動(dòng)器(I)中，在致動(dòng)器圓殼體(7)的階梯內(nèi)腔中，由右向左依次裝有擋板(24)、預(yù)緊碟形彈簧(23)、內(nèi)部中空的致動(dòng)器輸出軸(22);穿過(guò)致動(dòng)器輸出軸(22)的右導(dǎo)磁體(8)安裝在致動(dòng)器圓殼體(7)的右部?jī)?nèi)腔中，吸熱材料放置環(huán)(21)和裝有第六O型圈(20)的線圈骨架(9)依次由右向左裝在右導(dǎo)磁體(8)的內(nèi)腔中；穿過(guò)超磁致伸縮棒(19)的驅(qū)動(dòng)線圈(10)裝在線圈骨架(9)上面，在線圈骨架(9)和超磁致伸縮棒(19)之間有一吸熱介質(zhì)填充空腔，該空腔裝有吸熱介質(zhì)(11)，吸熱介質(zhì)(11)吸收驅(qū)動(dòng)線圈(10)傳遞過(guò)來(lái)焦耳熱量；第四O型圈(12)和第五O型圈(17)分別安裝在密封擋圈(16)的內(nèi)、外圓環(huán)中；導(dǎo)向桿(18)安裝在超磁致伸縮棒(19)左端，左導(dǎo)磁體(13)裝在導(dǎo)向桿(18)左端，安裝在左導(dǎo)磁體(13)左端的擰緊螺塞(14)的外螺紋與致動(dòng)器圓殼體(7)左部?jī)?nèi)腔的內(nèi)螺紋連接，擰緊螺塞(14)的內(nèi)螺紋和 預(yù)緊螺釘(15)外螺紋連接鎖緊； 所述的封閉式液壓微位移放大器(II)中，放大器圓殼體(6)具有左內(nèi)腔(A)、右內(nèi)腔(B)、階梯形的上內(nèi)腔(C);第三O型圈(5)安裝在階梯型的補(bǔ)償活塞(26)的圓環(huán)中，在輸入端大活塞(4)的內(nèi)腔里由右向左依次裝有墊環(huán)(28)、補(bǔ)償桿(27)、補(bǔ)償活塞(26)和左碟形彈簧(25)，致動(dòng)器輸出軸(22)通過(guò)右端螺紋部分與輸入端大活塞(4)的內(nèi)螺紋連接鎖緊；第二 O型圈(3)安裝在輸入端大活塞(4)的圓環(huán)中，輸入端大活塞(4)安裝在放大器圓殼體(6)的左內(nèi)腔(A)中；由墊環(huán)(28)、補(bǔ)償桿(27)、補(bǔ)償活塞(26)和左碟形彈簧(25)構(gòu)成微位移補(bǔ)償機(jī)構(gòu)；第一 O型圈(2)安裝在階梯型螺塞(I)的圓環(huán)中，螺塞(I)安裝在放大器圓殼體(6)的右內(nèi)腔(B)中，螺塞(I)通過(guò)螺紋連接鎖緊在放大器圓殼體(6)上；第七O型圈(29)安裝在放大器圓殼體(6)階梯型上內(nèi)腔(C)的下圓環(huán)中，帶有圓盤(pán)(D)的輸出頂桿(31)安裝在放大器圓殼體(6)上內(nèi)腔(C)中，上碟形彈簧(32)和螺母(30)依次由下向上安裝在輸出頂桿(31)的圓盤(pán)(D)上，通過(guò)螺母(30)上的螺紋與放大器圓殼體(6)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是，預(yù)緊螺釘(15)、導(dǎo)向桿(18)、超磁致伸縮棒(19)和致動(dòng)器輸出軸(22)都具有中心通孔，即均采用空心結(jié)構(gòu)，中心通孔的直徑相同或接近，在超磁致伸縮致動(dòng)器(I)內(nèi)部形成一條自左而右的氣流通道(F)，該氣流通道(F)與致動(dòng)器圓殼體(7)右部和致動(dòng)器輸出軸22上的垂直通孔相通，形成完整的內(nèi)外氣流通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是，所述的補(bǔ)償桿(27 )采用高熱膨脹系數(shù)材料，補(bǔ)償桿(27 )的端面制成錐形，其錐面分別與補(bǔ)償活塞(26 )和墊環(huán)(28)上的錐面配合，形成補(bǔ)償腔(H);補(bǔ)償桿(27)的中間開(kāi)有通油孔，輸入端大活塞(4)的右端面中心和墊環(huán)(28)中心上加工有通油孔。
全文摘要
本發(fā)明一種超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置屬于超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置領(lǐng)域，特別涉及一種采用封閉式液壓微位移放大器作為位移放大機(jī)構(gòu)的超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置。超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)裝置由超磁致伸縮致動(dòng)器和封閉式液壓微位移放大器組成。超磁致伸縮致動(dòng)器中的致動(dòng)器圓殼體下端的外螺紋與封閉式液壓微位移放大器中的放大器圓殼體上端的內(nèi)螺紋連接鎖緊。該裝置位移輸出量程大，溫度變化時(shí)能自動(dòng)補(bǔ)償封閉式液壓微位移放大器封閉腔內(nèi)工質(zhì)體積變化，而引起的輸出端附加微位移，精度高。對(duì)超磁致伸縮棒采用簡(jiǎn)便易行的溫控模式，不需要提供獨(dú)立的溫控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為方便。
文檔編號(hào)H02N2/02GK103078553SQ20131000502
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月7日
發(fā)明者朱林劍, 呂輝龍, 包海濤, 徐志祥, 胡延平, 蘇增榮, 楊桐桐, 魏越 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)