一種基于形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)的制作方法

本發(fā)明涉及一種緩釋阻尼機(jī)構(gòu)，屬于空間展開機(jī)構(gòu)（鉸鏈驅(qū)動(dòng)裝置）技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著材料科學(xué)的日新月異，一種叫做形狀記憶聚合物的新型智能材料，憑借其比剛度高、比強(qiáng)度高、可實(shí)現(xiàn)材料智能主動(dòng)變形的特性逐漸成為國內(nèi)外研究的亮點(diǎn)。在此背景下，基于形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)作為一種富有創(chuàng)新性的可展開機(jī)構(gòu)，不僅融合了形狀記憶聚合物緩釋阻尼結(jié)構(gòu)與緩釋阻尼鉸鏈展開加勁結(jié)構(gòu)，而且避免了傳統(tǒng)機(jī)械式展開機(jī)構(gòu)在展開控制過程不夠穩(wěn)定、可靠性差的問題，同時(shí)將可展開結(jié)構(gòu)推向可靠性高、質(zhì)量輕的新型智能驅(qū)動(dòng)方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于為了解決現(xiàn)有傳統(tǒng)的機(jī)械式可展開機(jī)構(gòu)在應(yīng)用中存在著展開控制過程不夠穩(wěn)定、可靠性差的問題，特別是在航空航天應(yīng)用中需要盡量避免可展開機(jī)構(gòu)的沖擊對衛(wèi)星本體的影響，而提出的一種基于形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)。

實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)，它包括：兩個(gè)緩釋阻尼機(jī)構(gòu)鉸鏈夾頭、n個(gè)形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件、至少一個(gè)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件和四個(gè)加熱層；其中n為偶數(shù)，n≤10，所述的n個(gè)形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件均為中間鏤空的形狀記憶聚合物片層，每個(gè)所述的中間鏤空的形狀記憶聚合物片層對折，n個(gè)對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件等分成兩組，兩組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件水平并列設(shè)置，兩組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件中間水平設(shè)置有至少一個(gè)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件，所述的兩組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件及至少一個(gè)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件兩端各通過一個(gè)緩釋阻尼機(jī)構(gòu)鉸鏈夾頭夾持固定，每組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件的上下兩個(gè)外表面各附設(shè)有一個(gè)加熱層。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：本發(fā)明采用的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件為中間鏤空的形狀記憶聚合物片層，每個(gè)所述的中間鏤空的形狀記憶聚合物片層對折，n個(gè)對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件等分成兩組，在每組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件的上下兩個(gè)外表面各附設(shè)有一個(gè)加熱層，得到覆蓋有加熱層的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件，將兩個(gè)覆蓋有加熱層的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件水平并列設(shè)置，并在二者中間水平設(shè)置有至少一個(gè)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件，之后由緩釋阻尼機(jī)構(gòu)鉸鏈夾頭夾持形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件和緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件，得到基于形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)。本發(fā)明中應(yīng)用熱驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行加熱驅(qū)動(dòng)具有驅(qū)動(dòng)簡單的優(yōu)點(diǎn)，并且本發(fā)明還能夠克服傳統(tǒng)充氣式或機(jī)械式空間可展開結(jié)構(gòu)存在的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不穩(wěn)定、易受沖擊損壞等缺陷。

本發(fā)明的一種基于形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)展開時(shí)，通過熱驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行加熱驅(qū)動(dòng)，然后控制加熱層升溫，將形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件與緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件同時(shí)向一側(cè)對折彎曲，之后冷卻得到固化成彎曲狀的形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)；加熱層再次升溫后，彎曲狀態(tài)的形狀記憶聚合物緩釋阻尼夠件逐漸展開恢復(fù)至平直狀態(tài)，從而帶動(dòng)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件逐漸展開恢復(fù)至平直狀態(tài)，完成基于形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)的展開過程。在展開過程中體現(xiàn)了本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，而且具有密度低，質(zhì)量輕，成本低的優(yōu)點(diǎn)。形狀記憶聚合物復(fù)合材料使用材料自身的性質(zhì)完成其展開功能，只需要設(shè)置加熱層，不需要其他驅(qū)動(dòng)件與機(jī)械機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單。由于形狀記憶聚合物材料性質(zhì)穩(wěn)定，展開機(jī)理簡單，其展開過程可靠性高，依靠材料的變形回復(fù)過程進(jìn)行展開，所以展開過程回復(fù)力平穩(wěn)。由于沒有復(fù)雜驅(qū)動(dòng)件，在沖擊與震蕩下只要承載結(jié)構(gòu)不被破壞，機(jī)構(gòu)就能夠進(jìn)行展開與正常工作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)的主視圖；

圖2為形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件的俯視圖；

圖3為緩釋阻尼機(jī)構(gòu)鉸鏈夾頭的主視圖；

圖4為圖3的仰視圖；

圖5為形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件的俯視圖，中間鏤空形狀為矩形。

圖中：緩釋阻尼機(jī)構(gòu)鉸鏈夾頭1、夾頭主體1-1、滑動(dòng)底板1-2、螺母1-3、豎直壁1-4、頂壁1-5、滑塊1-6、螺栓1-7、加熱層2、形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3、緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

具體實(shí)施方式一：如圖1-圖5所示，本實(shí)施方式記載了一種基于形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)，它包括：兩個(gè)緩釋阻尼機(jī)構(gòu)鉸鏈夾頭1、n個(gè)形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3、至少一個(gè)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4和四個(gè)加熱層2；其中n為偶數(shù)，n≤10，所述的n個(gè)形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3均為中間鏤空的形狀記憶聚合物片層，每個(gè)所述的中間鏤空的形狀記憶聚合物片層對折，n個(gè)對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3等分成兩組，兩組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3水平并列設(shè)置，兩組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3中間水平設(shè)置有至少一個(gè)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4，所述的兩組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3及至少一個(gè)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4兩端各通過一個(gè)緩釋阻尼機(jī)構(gòu)鉸鏈夾頭1夾持固定，每組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3的上下兩個(gè)外表面各附設(shè)有一個(gè)加熱層2。

多個(gè)基于形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)之間可選用并聯(lián)或串聯(lián)的連接方式使用。

具體實(shí)施方式二：如圖1所示，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一作出的進(jìn)一步說明，當(dāng)n≥4時(shí)，每組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3上下疊放設(shè)置。

具體實(shí)施方式三：如圖5所示，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一作出的進(jìn)一步說明所述的形狀記憶聚合物片層的中間鏤空形狀為矩形、橢圓形、圓形或拱形；當(dāng)形狀記憶聚合物片層的中間鏤空形狀為拱形時(shí)，所述的拱形的圓弧角為1^o-180^o，形狀記憶聚合物片層的厚度為0.01-5mm。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一、二或三作出的進(jìn)一步說明，所述的形狀記憶聚合物片層由純的聚合物制成，或者由形狀記憶聚合物復(fù)合材料片層內(nèi)部包嵌的增強(qiáng)相材料制成，所述的增強(qiáng)相材料為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、硼纖維、石墨粉、鎳粉、或碳納米管中的一種。

具體實(shí)施方式五：如圖2所示，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一作出的進(jìn)一步說明，所述的緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4的個(gè)數(shù)為1個(gè)或2~10個(gè)，當(dāng)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4的個(gè)數(shù)為2~10個(gè)時(shí)，2~10個(gè)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4上下疊放設(shè)置。

具體實(shí)施方式六：如圖2所示，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一或五作出的進(jìn)一步說明，所述的緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4材料為碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、不銹彈簧鋼、鎳合金彈簧鋼、銅合金彈簧鋼、熱軋彈簧鋼、形狀記憶合金、形狀記憶聚合物、形狀記憶聚合物復(fù)合材料或者彈簧鋼中的一種。

具體實(shí)施方式七：如圖2所示，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一作出的進(jìn)一步說明，所述的緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4的橫截面形狀為矩形、橢圓形、圓形或拱形；當(dāng)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4的橫截面形狀為拱形時(shí)，拱形的圓弧角為1^o-180^o，緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4的厚度為0.01-5mm。

具體實(shí)施方式八：如圖1、圖3及圖4所示，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一作出的進(jìn)一步說明，所述的兩個(gè)緩釋阻尼機(jī)構(gòu)鉸鏈夾頭1為由鐵、鋁合金或鈦合金其中一種材料制成，或者由3d打印技術(shù)制成的塑料鉸鏈夾頭。

具體實(shí)施方式九：如圖2所示，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一作出的進(jìn)一步說明，所述的加熱層2為電阻絲、導(dǎo)電膠加熱涂層或電熱膜中的一種。

具體實(shí)施方式十：如圖3、圖4所示，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一作出的進(jìn)一步說明，每個(gè)所述的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)鉸鏈夾頭1均包括夾頭主體1-1、滑動(dòng)底板1-2、兩個(gè)螺栓1-7及兩個(gè)螺母1-3；所述的夾頭主體1-1一端為放倒的u形連接體，所述的u形連接體的底面為平面，夾頭主體1-1另一端設(shè)有兩個(gè)豎直壁1-4和一個(gè)頂壁1-5，所述的頂壁1-5和兩個(gè)豎直壁1-4的頂面固定連接，頂壁1-5和兩個(gè)豎直壁1-4均垂直固接于u形連接體的底面，所述的兩個(gè)豎直壁1-4沿兩組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3水平并列方向設(shè)置，兩個(gè)豎直壁的相對面上靠近外端處分別設(shè)有滑槽，兩個(gè)所述的滑槽均貫通豎直壁的豎直方向設(shè)置，兩個(gè)滑槽正對設(shè)置，所述的滑動(dòng)底板1-2與兩個(gè)滑槽相鄰端面均設(shè)有滑塊1-6，滑動(dòng)底板1-2通過兩個(gè)所述的滑塊1-6與兩個(gè)滑槽滑動(dòng)連接，頂壁1-5以及滑動(dòng)底板1-2上均設(shè)有兩個(gè)通孔，頂壁1-5上的兩個(gè)通孔與滑動(dòng)底板1-2上的兩個(gè)通孔一一對應(yīng)設(shè)置，所述的兩組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3及至少一個(gè)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4兩端均設(shè)置在夾頭主體1-1的兩個(gè)頂壁1-5與滑動(dòng)底板1-2之間，兩組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3的兩端與每個(gè)所對應(yīng)的通孔處均設(shè)置有過渡孔，每個(gè)過渡孔以及與其對應(yīng)的兩個(gè)通孔內(nèi)均穿入螺栓1-7，所述的螺母1-3與螺栓1-7鎖緊固定，兩組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3及至少一個(gè)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4通過四個(gè)螺栓1-7及四個(gè)螺母1-3固定在夾頭主體1-1的頂壁1-5與滑動(dòng)底板1-2之間。每個(gè)夾頭主體1-1的上下側(cè)壁上設(shè)有同軸的連接孔，用于與空間可展開機(jī)構(gòu)連接。

本發(fā)明中采用的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)鉸鏈夾頭1不限于上述一種結(jié)構(gòu)形式，只要能滿足將兩組對折的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3及至少一個(gè)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4兩端夾持固定的夾持機(jī)構(gòu)即可采用。

本發(fā)明的一種基于形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)的展開方法是：在基于形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)的展開過程初期，通過加熱層2對形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)3件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，外界電源為加熱層2供電，加熱層2升溫（溫度達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）使形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3變軟，通過機(jī)械方式，將形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3與緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4同時(shí)向一側(cè)對折彎曲，之后加熱層2被斷電，停止加熱，緩釋阻尼機(jī)構(gòu)冷卻變硬，得到彎曲狀態(tài)的形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)；當(dāng)緩釋阻尼機(jī)構(gòu)需要工作時(shí)，加熱層2再次升溫（溫度達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）后，彎曲狀態(tài)的形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3逐漸展開恢復(fù)至平直狀態(tài)，從而帶動(dòng)緩釋阻尼鉸鏈展開加勁構(gòu)件4逐漸展開恢復(fù)至平直狀態(tài)，完成基于形狀記憶聚合物的緩釋阻尼機(jī)構(gòu)的展開過程。

形狀記憶聚合物緩釋阻尼構(gòu)件3的驅(qū)動(dòng)的方式為電驅(qū)動(dòng)、磁驅(qū)動(dòng)、光驅(qū)動(dòng)或溶液驅(qū)動(dòng)（本發(fā)明靠電加熱驅(qū)動(dòng)）。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。