一种基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构 |
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| 申请号 | CN201710404561.1 | 申请日 | 2017-06-01 | 公开(公告)号 | CN107140236A | 公开(公告)日 | 2017-09-08 |
| 申请人 | 哈尔滨工业大学; | 发明人 | 王长国; 谭惠丰; 王亚飞; | ||||
| 摘要 | 一种基于形状记忆 聚合物 的缓释阻尼机构，属于空间展开机构技术领域。N个形状记忆聚合物缓释阻尼构件均为中间镂空的形状记忆聚合物 片层 ，每个中间镂空的形状记忆聚合物片层对折，N个对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件等分成两组，两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件 水 平并列设置，两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件中间水平设置有至少一个缓释阻尼 铰链 展开加劲构件，两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件及至少一个缓释阻尼铰链展开加劲构件两端各通过一个缓释阻尼机构铰链夹头夹持固定，每组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件的上下两个外表面各附设有一个加 热层 。本 发明 用于航空航天领域的展开机构中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构，其特征在于：它包括：两个缓释阻尼机构铰链夹头（1）、N个形状记忆聚合物缓释阻尼构件（3）、至少一个缓释阻尼铰链展开加劲构件（4）和四个加热层（5）；其中N为偶数，N≤10，所述的N个形状记忆聚合物缓释阻尼构件（3）均为中间镂空的形状记忆聚合物片层，每个所述的中间镂空的形状记忆聚合物片层对折，N个对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件（3）等分成两组，两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件（3）水平并列设置，两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件（3）中间水平设置有至少一个缓释阻尼铰链展开加劲构件（4），所述的两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件（3）及至少一个缓释阻尼铰链展开加劲构件（4）两端各通过一个缓释阻尼机构铰链夹头（1）夹持固定，每组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件（3）的上下两个外表面各附设有一个加热层（2）。 |
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| 说明书全文 | 一种基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构技术领域背景技术[0002] 随着材料科学的日新月异，一种叫做形状记忆聚合物的新型智能材料，凭借其比刚度高、比强度高、可实现材料智能主动变形的特性逐渐成为国内外研究的亮点。在此背景下，基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构作为一种富有创新性的可展开机构，不仅融合了形状记忆聚合物缓释阻尼结构与缓释阻尼铰链展开加劲结构，而且避免了传统机械式展开机构在展开控制过程不够稳定、可靠性差的问题，同时将可展开结构推向可靠性高、质量轻的新型智能驱动方式。 发明内容[0003] 本发明的目的在于为了解决现有传统的机械式可展开机构在应用中存在着展开控制过程不够稳定、可靠性差的问题，特别是在航空航天应用中需要尽量避免可展开机构的冲击对卫星本体的影响，而提出的一种基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构。 [0004] 实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构，它包括：两个缓释阻尼机构铰链夹头、N个形状记忆聚合物缓释阻尼构件、至少一个缓释阻尼铰链展开加劲构件和四个加热层；其中N为偶数，N≤10，所述的N个形状记忆聚合物缓释阻尼构件均为中间镂空的形状记忆聚合物片层，每个所述的中间镂空的形状记忆聚合物片层对折，N个对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件等分成两组，两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件水平并列设置，两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件中间水平设置有至少一个缓释阻尼铰链展开加劲构件，所述的两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件及至少一个缓释阻尼铰链展开加劲构件两端各通过一个缓释阻尼机构铰链夹头夹持固定，每组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件的上下两个外表面各附设有一个加热层。 [0005] 本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明采用的形状记忆聚合物缓释阻尼构件为中间镂空的形状记忆聚合物片层，每个所述的中间镂空的形状记忆聚合物片层对折，N个对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件等分成两组，在每组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件的上下两个外表面各附设有一个加热层，得到覆盖有加热层的形状记忆聚合物缓释阻尼构件，将两个覆盖有加热层的形状记忆聚合物缓释阻尼构件水平并列设置，并在二者中间水平设置有至少一个缓释阻尼铰链展开加劲构件，之后由缓释阻尼机构铰链夹头夹持形状记忆聚合物缓释阻尼构件和缓释阻尼铰链展开加劲构件，得到基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构。本发明中应用热驱动方式进行加热驱动具有驱动简单的优点，并且本发明还能够克服传统充气式或机械式空间可展开结构存在的机械结构复杂、不稳定、易受冲击损坏等缺陷。 [0006] 本发明的一种基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构展开时，通过热驱动方式进行加热驱动，然后控制加热层升温，将形状记忆聚合物缓释阻尼构件与缓释阻尼铰链展开加劲构件同时向一侧对折弯曲，之后冷却得到固化成弯曲状的形状记忆聚合物的缓释阻尼机构；加热层再次升温后，弯曲状态的形状记忆聚合物缓释阻尼够件逐渐展开恢复至平直状态，从而带动缓释阻尼铰链展开加劲构件逐渐展开恢复至平直状态，完成基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构的展开过程。在展开过程中体现了本发明的运动稳定性和可靠性高的优点，而且具有密度低，质量轻，成本低的优点。形状记忆聚合物复合材料使用材料自身的性质完成其展开功能，只需要设置加热层，不需要其他驱动件与机械机构，结构简单。由于形状记忆聚合物材料性质稳定，展开机理简单，其展开过程可靠性高，依靠材料的变形回复过程进行展开，所以展开过程回复力平稳。由于没有复杂驱动件，在冲击与震荡下只要承载结构不被破坏，机构就能够进行展开与正常工作。附图说明 [0007] 图1为本发明的基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构的主视图；图2为形状记忆聚合物缓释阻尼构件的俯视图； 图3为缓释阻尼机构铰链夹头的主视图； 图4为图3的仰视图； 图5为形状记忆聚合物缓释阻尼构件的俯视图，中间镂空形状为矩形。 [0008] 图中：缓释阻尼机构铰链夹头1、夹头主体1-1、滑动底板1-2、螺母1-3、竖直壁1-4、顶壁1-5、滑块1-6、螺栓1-7、加热层2、形状记忆聚合物缓释阻尼构件3、缓释阻尼铰链展开加劲构件4。 具体实施方式[0009] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0010] 具体实施方式一：如图1-图5所示，本实施方式记载了一种基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构，它包括：两个缓释阻尼机构铰链夹头1、N个形状记忆聚合物缓释阻尼构件3、至少一个缓释阻尼铰链展开加劲构件4和四个加热层2；其中N为偶数，N≤10，所述的N个形状记忆聚合物缓释阻尼构件3均为中间镂空的形状记忆聚合物片层，每个所述的中间镂空的形状记忆聚合物片层对折，N个对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件3等分成两组，两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件3水平并列设置，两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件3中间水平设置有至少一个缓释阻尼铰链展开加劲构件4，所述的两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件3及至少一个缓释阻尼铰链展开加劲构件4两端各通过一个缓释阻尼机构铰链夹头1夹持固定，每组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件3的上下两个外表面各附设有一个加热层2。 [0011] 多个基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构之间可选用并联或串联的连接方式使用。 [0012] 具体实施方式二：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，当N≥4时，每组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件3上下叠放设置。 [0013] 具体实施方式三：如图5所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明所述的形状记忆聚合物片层的中间镂空形状为矩形、椭圆形、圆形或拱形；当形状记忆聚合物片层的中间镂空形状为拱形时，所述的拱形的圆弧角为1o-180o，形状记忆聚合物片层的厚度为0.01-5mm。 [0014] 具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一、二或三作出的进一步说明，所述的形状记忆聚合物片层由纯的聚合物制成，或者由形状记忆聚合物复合材料片层内部包嵌的增强相材料制成，所述的增强相材料为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维、石墨粉、镍粉、或碳纳米管中的一种。 [0015] 具体实施方式五：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的缓释阻尼铰链展开加劲构件4的个数为1个或2 10个，当缓释阻尼铰链展开加劲~构件4的个数为2 10个时，2 10个缓释阻尼铰链展开加劲构件4上下叠放设置。 ~ ~ [0016] 具体实施方式六：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式一或五作出的进一步说明，所述的缓释阻尼铰链展开加劲构件4材料为碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢、镍合金弹簧钢、铜合金弹簧钢、热轧弹簧钢、形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆聚合物复合材料或者弹簧钢中的一种。 [0017] 具体实施方式七：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的缓释阻尼铰链展开加劲构件4的横截面形状为矩形、椭圆形、圆形或拱形；当缓释阻尼铰链展开加劲构件4的横截面形状为拱形时，拱形的圆弧角为1o-180o，缓释阻尼铰链展开加劲构件4的厚度为0.01-5mm。 [0018] 具体实施方式八：如图1、图3及图4所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的两个缓释阻尼机构铰链夹头1为由铁、铝合金或钛合金其中一种材料制成，或者由3D打印技术制成的塑料铰链夹头。 [0019] 具体实施方式九：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的加热层2为电阻丝、导电胶加热涂层或电热膜中的一种。 [0020] 具体实施方式十：如图3、图4所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，每个所述的缓释阻尼机构铰链夹头1均包括夹头主体1-1、滑动底板1-2、两个螺栓1-7及两个螺母1-3；所述的夹头主体1-1一端为放倒的U形连接体，所述的U形连接体的底面为平面，夹头主体1-1另一端设有两个竖直壁1-4和一个顶壁1-5，所述的顶壁1-5和两个竖直壁1-4的顶面固定连接，顶壁1-5和两个竖直壁1-4均垂直固接于U形连接体的底面，所述的两个竖直壁1-4沿两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件3水平并列方向设置，两个竖直壁的相对面上靠近外端处分别设有滑槽，两个所述的滑槽均贯通竖直壁的竖直方向设置，两个滑槽正对设置，所述的滑动底板1-2与两个滑槽相邻端面均设有滑块1-6，滑动底板1-2通过两个所述的滑块1-6与两个滑槽滑动连接，顶壁1-5以及滑动底板1-2上均设有两个通孔，顶壁1-5上的两个通孔与滑动底板1-2上的两个通孔一一对应设置，所述的两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件3及至少一个缓释阻尼铰链展开加劲构件4两端均设置在夹头主体1-1的两个顶壁1-5与滑动底板1-2之间，两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件3的两端与每个所对应的通孔处均设置有过渡孔，每个过渡孔以及与其对应的两个通孔内均穿入螺栓1-7，所述的螺母1-3与螺栓1-7锁紧固定，两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件3及至少一个缓释阻尼铰链展开加劲构件4通过四个螺栓1-7及四个螺母1-3固定在夹头主体1-1的顶壁1-5与滑动底板1-2之间。每个夹头主体1-1的上下侧壁上设有同轴的连接孔，用于与空间可展开机构连接。 [0021] 本发明中采用的缓释阻尼机构铰链夹头1不限于上述一种结构形式，只要能满足将两组对折的形状记忆聚合物缓释阻尼构件3及至少一个缓释阻尼铰链展开加劲构件4两端夹持固定的夹持机构即可采用。 [0022] 本发明的一种基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构的展开方法是：在基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构的展开过程初期，通过加热层2对形状记忆聚合物缓释阻尼构3件进行驱动，外界电源为加热层2供电，加热层2升温（温度达到玻璃化转变温度）使形状记忆聚合物缓释阻尼构件3变软，通过机械方式，将形状记忆聚合物缓释阻尼构件3与缓释阻尼铰链展开加劲构件4同时向一侧对折弯曲，之后加热层2被断电，停止加热，缓释阻尼机构冷却变硬，得到弯曲状态的形状记忆聚合物的缓释阻尼机构；当缓释阻尼机构需要工作时，加热层2再次升温（温度达到玻璃化转变温度）后，弯曲状态的形状记忆聚合物缓释阻尼构件3逐渐展开恢复至平直状态，从而带动缓释阻尼铰链展开加劲构件4逐渐展开恢复至平直状态，完成基于形状记忆聚合物的缓释阻尼机构的展开过程。 [0023] 形状记忆聚合物缓释阻尼构件3的驱动的方式为电驱动、磁驱动、光驱动或溶液驱动（本发明靠电加热驱动）。 |
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