CN106208805A - 一种无极减速装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无极减速装置及其工作方法，包括外部旋转轴、轴承端盖、轴承、摩擦盘、端盖、超声换能器、制动盘、传动螺母、旋转超声电机、箱体盖、键、摩擦材料、箱体，旋转超声电机连接在箱体下部，传动螺母与旋转超声电机的输出轴螺纹配合，制动盘的两侧设有导向槽，箱体的内壁上设有导向滑轨，超声换能器沿制动盘周向均匀布置；外部旋转轴由上往下插入轴承，由轴肩限位；通过摩擦盘上端突起台阶与轴承内圈贴合限位，通过键传递转矩，摩擦盘下端设有端盖，通过螺纹完全固定在外部旋转轴上。本发明通过宏观与微观控制相结合来实现无极减速，体积小，易于加工、装配和使用，无电磁干扰，速度变化连续可调且响应时间快、易控制。
Description
技术领域
本发明属于无极减速装置技术领域，具体指代一种旋转型超声电机-超声换能器宏微结合的无极减速装置及其工作方法。
背景技术
随着科学技术的不断进步，新型减速器的设计都要求做到小型化和高精度。这样的发展趋势使得现有减速器的缺陷愈发明显，如结构复杂、体积庞大、传动精度不高、不耐冲击等。超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型微电机，它具有结构简单、紧凑、设计灵活多变，低速大力矩输出，响应快、控制性能好，断电自锁等特点，在工业、国防、宇航、机器人、汽车、办公设备等领域都有了广泛的应用。利用超声电机驱动一个锁紧装置，可以在宏观上起到摩擦减速的效果，初步的将转速控制到所需范围内（即宏观调速）；如果在锁紧装置中设计一个转速微幅控制机构，就能够实现转速的精确控制（即微观调速）。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种无极减速装置及其工作方法，以解决现有技术中减速器结构复杂，体积庞大、传动精度不高、不耐冲压等问题，本发明通过宏观与微观控制相结合来实现无极减速，减速装置体积小，易于加工、装配和使用，无电磁干扰，速度变化连续可调且响应时间快、易控制。
为达到上述目的，本发明的一种无极减速装置，包括：外部旋转轴、轴承端盖、轴承、摩擦盘、端盖、超声换能器、螺钉、制动盘、传动螺母、第一连接件、旋转超声电机、第二连接件、箱体盖、键、摩擦材料、箱体，旋转超声电机用第二连接件连接在箱体下部，旋转超声电机的输出轴上端加工有螺纹与传动螺母螺纹连接在一起；传动螺母与旋转超声电机的输出轴螺纹配合，通过第一连接件固定在制动盘上，制动盘的两侧设有导向槽，箱体的内壁上设有导向滑轨，通过装配制动盘在箱体的滑轨上沿其轴向直线无阻碍滑动，超声换能器沿制动盘周向均匀布置，通过底部螺钉固定在制动盘上；箱体盖中间装有轴承，轴承由箱体盖下端台阶和上端的轴承端盖固定；外部旋转轴由上往下插入轴承，由轴肩限位；摩擦盘由下往上穿过外部旋转轴，通过摩擦盘上端突起台阶与轴承内圈贴合限位，摩擦盘与外部旋转轴上设有键槽，通过键传递转矩，摩擦盘下端设有端盖，通过螺纹完全固定在外部旋转轴上；摩擦盘下表面设有一圈摩擦材料。
优选地，利用旋转超声电机来宏观控制摩擦盘的转速。
优选地，利用超声换能器来微幅调控，进而精确控制摩擦盘的转速。
优选地，摩擦盘的转速实现连续可调，达到无极减速。
优选地，上述第一连接件、第二连接件为螺钉或螺栓。
本发明的一种无极减速装置的工作方法，包括：通过旋转超声电机与传动螺母的螺纹配合，将旋转超声电机的旋转运动转化为传动螺母与制动盘的直线运动；减速装置不工作时，超声换能器与摩擦盘处于脱离状态，摩擦盘能够自由转动；在需要精确控制摩擦盘以转速α转动时，首先，旋转超声电机工作使得制动盘向上运动，超声换能器头部与摩擦盘上粘接的摩擦材料接触，产生摩擦力矩，来降低摩擦盘转速，当摩擦盘转速接近α时，旋转超声电机停止工作，并且利用其断电自锁能力将制动盘和超声换能器锁紧在当前位置，之后，给超声换能器施加激励信号，通过调节超声换能器的工作电压、工作频率或者高频开关控制，微幅调节超声换能器与摩擦盘的摩擦力矩，使得摩擦盘转速无限逼近α，达到转速的精确控制。
本发明的有益效果：
本发明通过宏观与微观控制相结合来实现无极减速，减速装置体积小，易于加工、装配和使用，无电磁干扰，速度变化连续可调且响应时间快、易控制。
附图说明
图1绘示本发明无极减速装置的结构示意图。
图2示本发明无极减速装置的制动盘俯视图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1、图2所示，本发明的一种无极减速装置，包括：外部旋转轴1、轴承端盖2、轴承3、摩擦盘4、端盖5、超声换能器6、螺钉7、制动盘8、传动螺母9、第一连接件10、旋转超声电机11、第二连接件12、箱体盖13、键14、摩擦材料15、箱体16；旋转超声电机11用两个第二连接件12连接在箱体16下部，旋转超声电机11的输出轴上端加工有螺纹与传动螺母9螺纹连接在一起，将旋转超声电机11的旋转运动转化为直线运动；传动螺母9与旋转超声电机11的输出轴螺纹配合，通过第一连接件10固定在制动盘8上，制动盘8的两侧设有导向槽，箱体16的内壁上设有导向滑轨，通过装配制动盘8可以在箱体16的滑轨上沿其轴向直线无阻碍滑动，同时防止制动盘8相对箱体16的转动，4个超声换能器6沿制动盘8周向均匀布置，通过底部螺钉7固定在制动盘8上；箱体盖13中间装有轴承3，轴承3由箱体盖13下端台阶和上端的轴承端盖2固定；外部旋转轴1由上往下插入轴承3，由轴肩限位；摩擦盘4由下往上穿过外部旋转轴1，通过摩擦盘4上端突起台阶与轴承3内圈贴合限位，摩擦盘4与外部旋转轴1上设有键槽，通过键14传递转矩，摩擦盘4下端设有端盖5，通过螺纹完全固定在外部旋转轴1上；摩擦盘4下表面用胶粘有一圈摩擦材料15，用于提空更好的摩擦减速效果。
于实施例中，上述第一连接件、第二连接件为螺钉，其他实施例中也可为螺栓等连接部件。
其中，利用旋转超声电机来宏观控制摩擦盘的转速。
其中，利用超声换能器来微幅调控，进而精确控制摩擦盘的转速。
其中，整个减速装置中没有采用齿轮等结构固定减速比，摩擦盘的转速实现连续可调，达到无极减速。
参照图1所示，本发明的一种无极减速装置的工作方法，包括：通过旋转超声电机11与传动螺母9的螺纹配合，将旋转超声电机11的旋转运动转化为传动螺母9与制动盘8的直线运动；减速装置不工作时，超声换能器6与摩擦盘4处于脱离状态，摩擦盘4能够自由转动；在需要精确控制摩擦盘4以转速α转动时，首先，旋转超声电机11工作使得制动盘8向上运动，超声换能器6头部与摩擦盘4上粘接的摩擦材料15接触，产生摩擦力矩，来降低摩擦盘4转速，当摩擦盘4转速接近α时，旋转超声电机11停止工作，并且利用其断电自锁能力将制动盘8和超声换能器6锁紧在当前位置（即宏观调速），之后，给超声换能器6施加激励信号，通过调节超声换能器6的工作电压、工作频率或者高频开关控制，微幅调节超声换能器6与摩擦盘4的摩擦力矩，使得摩擦盘4转速无限逼近α，达到转速的精确控制（即微观调速）。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种无极减速装置，其特征在于，包括：外部旋转轴、轴承端盖、轴承、摩擦盘、端盖、超声换能器、螺钉、制动盘、传动螺母、第一连接件、旋转超声电机、第二连接件、箱体盖、键、摩擦材料、箱体，旋转超声电机用第二连接件连接在箱体下部，旋转超声电机的输出轴上端加工有螺纹与传动螺母螺纹连接在一起；传动螺母与旋转超声电机的输出轴螺纹配合，通过第一连接件固定在制动盘上，制动盘的两侧设有导向槽，箱体的内壁上设有导向滑轨，通过装配制动盘在箱体的滑轨上沿其轴向直线无阻碍滑动，超声换能器沿制动盘周向均匀布置，通过底部螺钉固定在制动盘上；箱体盖中间装有轴承，轴承由箱体盖下端台阶和上端的轴承端盖固定；外部旋转轴由上往下插入轴承，由轴肩限位；摩擦盘由下往上穿过外部旋转轴，通过摩擦盘上端突起台阶与轴承内圈贴合限位，摩擦盘与外部旋转轴上设有键槽，通过键传递转矩，摩擦盘下端设有端盖，通过螺纹完全固定在外部旋转轴上；摩擦盘下表面设有一圈摩擦材料。
2.根据权利要求1所述的无极减速装置，其特征在于，利用旋转超声电机来宏观控制摩擦盘的转速。
3.根据权利要求1所述的无极减速装置，其特征在于，利用超声换能器来微幅调控，进而精确控制摩擦盘的转速。
4.根据权利要求1或2或3所述的无极减速装置，其特征在于，摩擦盘的转速实现连续可调，达到无极减速。
5.根据权利要求1所述的无极减速装置，其特征在于，上述第一连接件、第二连接件为螺钉或螺栓。
6.一种无极减速装置的工作方法，其特征在于，包括：通过旋转超声电机与传动螺母的螺纹配合，将旋转超声电机的旋转运动转化为传动螺母与制动盘的直线运动；减速装置不工作时，超声换能器与摩擦盘处于脱离状态，摩擦盘能够自由转动；在需要精确控制摩擦盘以转速α转动时，首先，旋转超声电机工作使得制动盘向上运动，超声换能器头部与摩擦盘上粘接的摩擦材料接触，产生摩擦力矩，来降低摩擦盘转速，当摩擦盘转速接近α时，旋转超声电机停止工作，并且利用其断电自锁能力将制动盘和超声换能器锁紧在当前位置，之后，给超声换能器施加激励信号，通过调节超声换能器的工作电压、工作频率或者高频开关控制，微幅调节超声换能器与摩擦盘的摩擦力矩，使得摩擦盘转速无限逼近α，达到转速的精确控制。
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