一种基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构

1.本发明属于汽车车身智能化和轻量化技术领域，特别涉及一种基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构。


背景技术：

2.未来十几年，随着世界人口的快速增加和经济水平的提高，人类对汽车的需求快速增长，由此带来的地面交通堵塞问题愈发严重。一种新型的交通工具——飞行汽车应运而生。固定翼式飞行汽车，由于机翼尺寸过大，不仅会影响其他汽车的正常的行驶，而且机翼本身也容易受到道路障碍物的影响。因此，折叠翼现在成为了飞行汽车发展趋势之一。
3.现有机翼折叠机构机械结构复杂，通常使用液压系统和电机驱动，不仅所占空间大，较为笨重，不利于飞行汽车轻量化设计，而且会受到电磁的影响。而飞行汽车对轻量化要求较高，给折叠翼的设计带来了许多挑战。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，其结构简单，无需使用电机驱动，能够有效减轻飞行汽车的重量，且不容易受到电磁的影响。
5.本发明提供的技术方案为：
6.一种基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，包括：
7.壳体；
8.两个滑槽，其对称开设在所述壳体的相对的两个侧壁上，并且所述滑槽沿所述壳体的轴向设置；
9.固定轴，其设置在所述壳体中，所述固定轴两端分别穿过所述两个滑槽，并且能够沿所述滑槽平移；
10.其中，所述固定轴的轴线方向垂直于所述壳体的轴向；
11.转动轴，其设置在所述壳体中，与所述固定轴平行间隔设置；所述转动轴的两端分别穿过所述壳体的两个侧壁，并且可转动的支撑在所述侧壁上；
12.机翼，其一端固定连接所述转动轴上；
13.至少一组转轮机构，其设置在所述壳体内，包括：
14.固定轮，其与所述固定轴同轴连接，并与所述固定轴同步移动；
15.第一转轮，其可旋转地同轴套设在所述固定轴上；
16.第二转轮，其可旋转地同轴套设在所述固定轴上，并且与所述第一转轮连接，与所述第一转轮同步转动；
17.第三转轮，其可旋转地同轴套设在所述转动轴上，并且与所述固定轮的位置相对应；
18.第四转轮，其可旋转地同轴套设在所述转动轴上，并且与所述第三转轮连接，与所述第三转轮同步转动；所述第四转轮与所述第一转轮的位置相对应；
19.第五转轮，其与所述转动轴同轴连接，并且与所述第二转轮的位置相对应；所述转动轴与所述第五转轮同步转动；
20.两个第一记忆合金丝，所述第一记忆合金丝的两端分别与所述固定轮的外缘和所述第三转轮外缘固定连接，并且所述两个第一记忆合金丝分别靠近所述壳体的顶部和底部设置；
21.两个第二记忆合金丝，所述第二记忆合金丝的两端分别与所述第一转轮的外缘和所述第四转轮外缘固定连接，并且所述两个第二记忆合金丝分别靠近所述壳体的顶部和底部设置；
22.两个第三记忆合金丝，所述第三记忆合金丝的两端分别与所述第二转轮的外缘和所述第五转轮外缘固定连接，并且所述两个第三记忆合金丝分别靠近所述壳体的顶部和底部设置；
23.其中，每个所述第一记忆合金丝、所述第二记忆合金丝和所述第三记忆合金丝能够分别通电加热，使记忆合金丝缩短，带动不同的转轮转动，转轮的转动传递至转动轴上，实现所述机翼的折叠或展开。
24.优选的是，所述的基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，还包括：
25.两个滑台，其分别固定连接在所述壳体的两个侧板的外侧；所述固定轴的两端分别与所述两个滑台连接；
26.其中，所述滑台包括：直线导轨和滑块；所述直线导轨沿所述壳体的轴向设置，所述固定轴的端部固定连接在所述滑块上。
27.优选的是，所述滑台上设置有滑块锁定机构，能够将所述滑块锁定在所述直线导轨上。
28.优选的是，所述第一记忆合金丝、所述第二记忆合金丝和所述第三记忆合金丝的直径为0.5mm～1mm。
29.优选的是，所述第一记忆合金丝、所述第二记忆合金丝和所述第三记忆合金丝的最大拉伸率为5％～10％。
30.优选的是，所述固定轮、第一转轮、第二转轮、第三转轮、第四转轮和第五转轮的外圆周上均固定设置有两个连接块，所述两个连接块沿其所对应的固定轮或转轮的径向相对设置；
31.其中，所述记忆合金丝连接在所述连接块中。
32.优选的是，每个所述第一记忆合金丝、所述第二记忆合金丝和所述第三记忆合金丝分别由多个记忆合金丝单体组成；
33.其中，所述多个记忆合金丝单体平行间隔设置。
34.优选的是，所述固定轴上同轴固定连接有固定轮盘，所述固定轮盘的一侧固定设置有多个第一凸起部，所述第一凸起部为弧形，并且所述多个第一凸起部沿所述固定轮盘的周向阵列；
35.所述固定轮的一侧设置有多个第二凸起部，所述第二凸起部为弧形，并且所述多个第二凸起部沿所述固定轮的周向阵列；
36.其中，所述多个第一凸起部与所述多个第二凸起部啮合，使所述固定轮与所述固定轮盘连接。
37.优选的是，所述第一转轮与所述第二转轮的连接结构和所述第三转轮与所述第四转轮的连接结构均与所述固定轮与所述固定轮盘的连接结构相同。
38.优选的是，所述每个所述记忆合金丝的两端分别连接有导线，并且通过两端的导线分别与电源的正、负极连接。
39.本发明的有益效果是：
40.本发明提供的基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，采用形状记忆合金的形状记忆效应代替电机驱动，能够减小电磁的影响，使驱动更稳定，且简化驱动结构，更有利于实现飞行汽车的轻量化。
41.本发明提供的基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，能够使飞行汽车的机翼实现较快速度、较大角度的折叠，以便飞行汽车在陆地上行驶或者停靠时占地面积小，在需要飞行时机翼展开时间较短，更加便捷。
附图说明
42.图1为本发明所述的飞行汽车机翼主动折叠机构的总体结构示意图。
43.图2为本发明所述的飞行汽车机翼主动折叠机构的主视图。
44.图3为本发明所述的飞行汽车机翼主动折叠机构的俯视图。
45.图4-5为本发明所述的固定轮的结构示意图。
46.图6为本发明所述的固定轴的结构示意图。
47.图7为本发明所述的固定轴(转动轴)与固定轮及各转轮配合结构示意图。
48.图8为本发明所述的滑台的结构示意图。
具体实施方式
49.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
50.如图1-8所示，本发明提供了一种基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，主要包括：壳体110，固定轴120，转动轴130及转轮机构。
51.壳体110为矩形壳体，两个滑槽111对称开设在壳体110的相对的两个侧壁上，并且滑槽111沿壳体110的轴向设置。
52.固定轴120的主体设置在壳体110的内腔中，固定轴120两端分别穿过两个滑槽111，并且能够沿滑槽111平移。其中，固定轴120的轴线方向垂直于壳体110的轴向。
53.转动轴130的主体设置在壳体110的内腔中，转动轴130与固定轴120平行间隔设置；转动轴130的两端分别穿过壳体110的两个侧壁，并且可转动的支撑在所述侧壁上。机翼(图中未示出)的一端固定连接转动轴130上，与转动轴130同步转动。
54.一组或多组转轮机构，其设置在所述壳体内。其中，一组所述转轮机构包括：固定轮141、第一转轮142、第二转轮143、第三转轮144、第四转轮145、第五转轮146、两个第一记忆合金丝151、两个第二记忆合金丝152和两个第三记忆合金丝153。
55.固定轮141与固定轴120同轴连接，并与固定轴120同步移动。第一转轮142同轴套设在固定轴120上，并且能够相对于固定轴120转动。第二转轮143同轴套设在固定轴120上，并且能够相对于固定轴120转动。同时，第二转轮143与第一转轮142连接，并且与第一转轮
142同步转动。第三转轮144可同轴套设在转动轴130上，并且能够相对于转动轴130转动。其中，第三转轮144与固定轮141的位置(在壳体110横向上的位置)相对应，并且第三转轮144的外缘(外圆周)与固定轮141的外缘之间具有间隔。第四转轮145同轴套设在转动轴130上，并且能够相对于转动轴130转动。第四转轮145与第三转轮144连接，并且与第三转轮144同步转动。其中，第四转轮145与第一转轮142的位置(在壳体110横向上的位置)相对应，并且第四转轮145的外缘(外圆周)与第一转轮142的外缘之间具有间隔。第五转轮146与转动轴130同轴连接，第五转轮146与第二转轮143的位置(在壳体110横向上的位置)相对应，并且第五转轮146的外缘(外圆周)与第二转轮143的外缘之间具有间隔。其中，转动轴130与第五转轮146同步转动。
56.第一记忆合金丝151的两端分别与固定轮141的外缘和第三转轮144的外缘固定连接，并且两个第一记忆合金丝151分别靠近壳体110的顶部和底部设置。
57.第二记忆合金丝152的两端分别与第一转轮142的外缘和第四转轮145的外缘固定连接，并且两个第二记忆合金152丝分别靠近壳体110的顶部和底部设置。
58.第三记忆合金丝153的两端分别与第二转轮143的外缘和第五转轮146外缘固定连接，并且两个第三记忆合金丝153分别靠近壳体110的顶部和底部设置。
59.其中，每个第一记忆合金丝151、第二记忆合金丝152和第三记忆合金丝153的两端分别连接有导线，并且通过其两端的导线分别与电源的正、负极连接。使每个第一记忆合金丝151、第二记忆合金丝152和第三记忆合金丝153能够分别通电加热，加热的记忆合金丝缩短，带动不同的转轮转动，转轮的转动传递至转动轴130上，实现机翼的折叠或展开。
60.在一种实施例中，固定轮141、第一转轮142、第二转轮143、第三转轮144、第四转轮145和第五转轮146的外圆周上均固定设置有两个连接块140a，两个连接块140a沿其所对应的固定轮或转轮的径向相对设置。其中，所述记忆合金丝连接在连接块140a中。
61.如图4-5所示，以固定轮141为例，固定轮141上的两个连接块140a分别位于固定轮141的外圆周上，并且两个连接块140a沿固定轮141的径向相对设置。固定块141上沿壳体110的轴向开设有通孔，第一记忆合金丝153的端部穿入所述通孔，通过铜箍固定在固定块141上。第一转轮142、第二转轮143、第三转轮144、第四转轮145和第五转轮146的结构、尺寸和与记忆合金丝的连接方式均与固定轮141相同，此处不再赘述。
62.如图4-6所示，在一种实施例中，固定轴120上同轴固定连接有固定轮盘121，固定轮盘121的一侧固定设置有多个第一凸起部121a，第一凸起部121a为弧形，并且多个第一凸起部121a沿固定轮盘121的周向阵列。固定轮141的一侧设置有多个第二凸起部141a，第二凸起部141a为弧形，并且多个第二凸起部141a沿固定轮141的周向阵列。其中，多个第一凸起部121a与多个第二凸起部141a啮合，使固定轮141与固定轮盘121连接在一起，即实现了固定轴120与固定轮141的连接，并同步运动。
63.其中，第一转轮142与第二转轮143的连接结构(方式)和第三转轮144与第四转轮145的连接结构(方式)均与固定轮141与所述固定轮盘121的连接结构(方式)相同。相对应的，转动轴130与第五转轮146的连接结构(方式)与固定轴120和固定轮141的连接结构(方式)相同。即固定轴120与固定轮141、第一转轮142、第二转轮143的配合方式及转动轴130与第三转轴144、第四转轴145和第五转轴146的配合方式均如图7所示。
64.在其它实施例中，固定轮120与固定轮141、第一转轮142与第二转轮143、第三转轮
144与第四转轮145、转动轴130与第五转轮146也可以采用焊接或螺栓连接的方式进行固定连接，只要相连接的两个结构能够同步运动即可。
65.作为一种优选，第一记忆合金丝151、第二记忆合金丝152和第三记忆合金丝153的直径均为0.5mm～1mm。
66.作为进一步的优选，第一记忆合金丝151、第二记忆合金丝152和第三记忆合金丝153的最大拉伸率为5％～10％。
67.在另一种实施例中，每个第一记忆合金丝151、第二记忆合金丝152和第三记忆合金丝153分别由多个记忆合金丝单体组成；其中，所述多个记忆合金丝单体平行间隔设置。这样设置能够增加驱动力，改善散热效果。
68.作为一种优选，第一记忆合金丝151、第二记忆合金丝152和第三记忆合金丝153均采用镍钛基形状记忆合金丝，
69.作为一种优选，所述的基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，还包括预拉伸装置，其包括两个滑台160。两个滑台160分别固定连接在壳体110的两个侧板的外侧，并且位于滑槽111的下侧；固定轴120的两端分别与两个滑台160连接。如图8所示，滑台160中设置有直线导轨161和滑块162，直线导轨161沿壳体110的轴向设置，固定轴120的两端分别通过螺栓固定连接两个滑台的滑块162上。滑台160上设置有滑块锁定机构，能够将滑块162锁定在直线导轨161上的任意位置。
70.所述的基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构的工作过程为：操控滑台160，使滑块162沿直线导轨161移动，带动固定轴120朝向远离转转动轴130的方向移动，将记忆合金丝伸长3％～4％后，通过滑块锁定机构将滑块162锁止，完成记忆合金丝的预拉伸。首先，通电加热固定轮141和第三转轮144间上方的第一记忆合金丝151，该第一记忆合金丝151收缩，带动第三转轮144、第四转轮145一起转动，进而带动第一转轮142、第二转轮143转动，最后使第五转轮146和转动轴130转动，此为第一次加热，最终的转动效果展现在转动轴130上。第二步，通电加热第一转轮142和第四转轮145间下方的第二记忆合金丝152，该第二记忆合金丝152收缩，带动第一转轮142、第二转轮143转动，进而使得第五转轮146和转动轴130转动，此为第二次加热，最终的转动效果亦展现在转动轴130上。第三步，通电加热第二转轮143和第五转轮146间上方的第三记忆合金丝153，该第三记忆合金丝153收缩，使第五转轮146和转动轴130发生转动。从上述过程论述中可以发现，三次加热记忆合金丝所形成的转动效果最终都反映到了转动轴130上，因而实现了转动效果的叠加，转动轴130与机翼连接，因此可以较为轻便地、使用较小的力实现机翼的大角度折叠。当需要反向转动(机翼展开)时，依次加热固定轮141和第三转轮144间下方的第一记忆合金丝151、第一转轮142和第四转轮145间上方的第二记忆合金丝152、第二转轮143和第五转轮146间下方的第三记忆合金丝153即可，分析过程与上述过程相同。
71.在一种实施例中，设置一组转轮机构，将固定轮120与固定轮141、第一转轮142与第二转轮143、第三转轮144与第四转轮145、转动轴130与第五转轮146的半径均设置为20mm，第一记忆合金丝151、第二记忆合金丝152和第三记忆合金丝153的长度设置为262mm到349mm之间。将6根记忆合金丝两端分别通过导线连接在可控恒流恒压电源的正负两极上，利用pid控制器控制加热时间实现记忆合金丝的顺次加热，实现机翼折叠或者展开。每次加热过程，对应记忆合金丝的收缩量约为10.47mm，转动轴130的转动角度为30
°
，三次加
热后，转动轴130转过的角度为90
°
72.在其他实施例中，设置多组转轮机构，多组转轮机构的转动叠加在一起，能够以较短的记忆合金丝实现机翼更大角度的折叠。
73.形状记忆合金作具有形状记忆效应，能够通过控制外界温度进而控制其形变，将热能转化为机械能。本发明将其作为飞行汽车机翼折叠机构的驱动元件，结合机械结构可以实现驱动机翼的折叠与展开。飞行汽车在需要折叠机翼时，通过控制单元控制记忆合金丝以一定顺序，一定电流进行加热，使记忆合金丝收缩，从而拉动折叠机构旋转一定角度，带动机翼旋转一定角度，达到折叠机翼的目的；当飞行汽车需要起飞时，则通过加热另一边的记忆合金丝来达到折叠机构的反方向旋转，在重力的共同作用下，机翼展开并锁死，实现了机翼的展开。这种折叠机构由于结构简单，不需要加入沉重复杂的液压系统或电机，大大减轻了飞行汽车的重量，能够解决目前动力电池的性能局限使得飞行汽车载荷低、航程短的问题，使其更加轻量化，提高飞行汽车的续航能力。
74.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

技术特征：
1.一种基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，其特征在于，包括：壳体；两个滑槽，其对称开设在所述壳体的相对的两个侧壁上，并且所述滑槽沿所述壳体的轴向设置；固定轴，其设置在所述壳体中，所述固定轴两端分别穿过所述两个滑槽，并且能够沿所述滑槽平移；其中，所述固定轴的轴线方向垂直于所述壳体的轴向；转动轴，其设置在所述壳体中，与所述固定轴平行间隔设置；所述转动轴的两端分别穿过所述壳体的两个侧壁，并且可转动的支撑在所述侧壁上；机翼，其一端固定连接所述转动轴上；至少一组转轮机构，其设置在所述壳体内，包括：固定轮，其与所述固定轴同轴连接，并与所述固定轴同步移动；第一转轮，其可旋转地同轴套设在所述固定轴上；第二转轮，其可旋转地同轴套设在所述固定轴上，并且与所述第一转轮连接，与所述第一转轮同步转动；第三转轮，其可旋转地同轴套设在所述转动轴上，并且与所述固定轮的位置相对应；第四转轮，其可旋转地同轴套设在所述转动轴上，并且与所述第三转轮连接，与所述第三转轮同步转动；所述第四转轮与所述第一转轮的位置相对应；第五转轮，其与所述转动轴同轴连接，并且与所述第二转轮的位置相对应；所述转动轴与所述第五转轮同步转动；两个第一记忆合金丝，所述第一记忆合金丝的两端分别与所述固定轮的外缘和所述第三转轮外缘固定连接，并且所述两个第一记忆合金丝分别靠近所述壳体的顶部和底部设置；两个第二记忆合金丝，所述第二记忆合金丝的两端分别与所述第一转轮的外缘和所述第四转轮外缘固定连接，并且所述两个第二记忆合金丝分别靠近所述壳体的顶部和底部设置；两个第三记忆合金丝，所述第三记忆合金丝的两端分别与所述第二转轮的外缘和所述第五转轮外缘固定连接，并且所述两个第三记忆合金丝分别靠近所述壳体的顶部和底部设置；其中，每个所述第一记忆合金丝、所述第二记忆合金丝和所述第三记忆合金丝能够分别通电加热，使记忆合金丝缩短，带动不同的转轮转动，转轮的转动传递至转动轴上，实现所述机翼的折叠或展开。2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，其特征在于，还包括：两个滑台，其分别固定连接在所述壳体的两个侧板的外侧；所述固定轴的两端分别与所述两个滑台连接；其中，所述滑台包括：直线导轨和滑块；所述直线导轨沿所述壳体的轴向设置，所述固定轴的端部固定连接在所述滑块上。3.根据权利要求2所述的基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，其特征在
于，所述滑台上设置有滑块锁定机构，能够将所述滑块锁定在所述直线导轨上。4.根据权利要求3所述的基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，其特征在于，所述第一记忆合金丝、所述第二记忆合金丝和所述第三记忆合金丝的直径为0.5mm～1mm。5.根据权利要求4所述的基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，其特征在于，所述第一记忆合金丝、所述第二记忆合金丝和所述第三记忆合金丝的最大拉伸率为5％～10％。6.根据权利要求4或5所述的基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，其特征在于，所述固定轮、第一转轮、第二转轮、第三转轮、第四转轮和第五转轮的外圆周上均固定设置有两个连接块，所述两个连接块沿其所对应的固定轮或转轮的径向相对设置；其中，所述记忆合金丝连接在所述连接块中。7.根据权利要求6所述的基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，其特征在于，每个所述第一记忆合金丝、所述第二记忆合金丝和所述第三记忆合金丝分别由多个记忆合金丝单体组成；其中，所述多个记忆合金丝单体平行间隔设置。8.根据权利要求7所述的基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，其特征在于，所述固定轴上同轴固定连接有固定轮盘，所述固定轮盘的一侧固定设置有多个第一凸起部，所述第一凸起部为弧形，并且所述多个第一凸起部沿所述固定轮盘的周向阵列；所述固定轮的一侧设置有多个第二凸起部，所述第二凸起部为弧形，并且所述多个第二凸起部沿所述固定轮的周向阵列；其中，所述多个第一凸起部与所述多个第二凸起部啮合，使所述固定轮与所述固定轮盘连接。9.根据权利要求8所述的基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，其特征在于，所述第一转轮与所述第二转轮的连接结构和所述第三转轮与所述第四转轮的连接结构均与所述固定轮与所述固定轮盘的连接结构相同。10.根据权利要求9所述的基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，其特征在于，所述每个所述记忆合金丝的两端分别连接有导线，并且通过两端的导线分别与电源的正、负极连接。

技术总结
本发明公开了一种基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构，通过多个转轮及多个记忆合金丝的配合，实现飞行汽车机翼的折叠或展开。在飞行汽车在需要折叠机翼时，对记忆合金丝以一定顺序，进行通电加热，使记忆合金丝收缩，从而拉动折叠机构旋转一定角度，带动机翼旋转一定角度，达到折叠机翼的目的；当飞行汽车需要起飞时，则通过加热另一边的记忆合金丝来达到折叠机构的反方向旋转，在重力的共同作用下，机翼展开并锁死，实现了机翼的展开。本发明提供基于形状记忆合金的飞行汽车机翼主动折叠机构的折叠机构由于结构简单，不需要加入沉重复杂的液压系统或电机，大大减轻了飞行汽车的重量，推动了飞行汽车轻量化发展。推动了飞行汽车轻量化发展。推动了飞行汽车轻量化发展。


技术研发人员：沈传亮 战金承 郜耀辉 邓一飞
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/6/26