CN107939859A - 一种新型的超声离合器 - Google Patents

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Abstract

本发明设计的一种新型的超声离合器由超声振动机构、从动组件和输出轴构成。所述从动组件包括从动轴、从动轴套、C型普通平键、直线轴承、预紧弹簧、预紧螺栓、定位套筒、滚动轴承。所述从动轴和从动轴套上均开有键槽，二者通过键连接，工作时键起到导向和传递转矩的作用。所述从动轴、直线轴承、预紧弹簧、预紧螺栓均安装于从动轴套内，预紧弹簧和预紧螺栓为从动轴提供预紧力，使其端面与换能器端面紧密贴合。工作时，给超声振动机构施加高频电压激励，利用压电陶瓷的逆压电效应产生高频纵向振动，两个接合面上产生近场悬浮现象，当辐射压力小于预紧压力时驱动端与从动端差速转动，当辐射压力大于预紧力时驱动端与从动端分离。本发明结构简单，易于加工装配，是一种可小型化、轻型化的新型超声离合装置。

Description

一种新型的超声离合器
技术领域
本发明属于一种新型的超声离合器，尤其涉及利用超声纵向振动产生近场悬浮的新型离合装置。
背景技术
离合器作为机械运动机构中的重要部件，是动力系统和传动系统的纽带，起着运动的分离和接合的作用，在航天、家电、办公机器、工业机器人等领域有着广泛的应用。传统的离合器存在着响应速度慢、结构较为复杂、运行不稳定、体积较大、难以实现自动化等缺陷。
发明内容
为了克服现有技术的不足，满足发展变化的需求，本发明结合超声纵振的高速响应特性、超声波近场悬浮力较大以及超声减摩等特点，发明设计了一种承载能力较强、能量损耗较低、结构简单紧凑、加工容易、小型化、轻型化的新型超声离合器。
本发明的具体技术方案如下：
本发明设计的一种新型的超声离合器由超声振动机构、从动组件和输出轴构成。所述超声振动机构由驱动轴、换能器、换能器夹持装置构成；所述从动组件由从动轴、从动轴套、C型普通平键、直线轴承、预紧弹簧、预紧螺栓、定位套筒、滚动轴承构成；所述超声振动机构与所述从动组件通过轴承支座安装于所述底座上，并且换能器、从动轴、输出轴三者同轴装配。
特别地，在所述从动轴套的轴心线方向开有光孔Ⅰ，光孔Ⅱ，光孔Ⅲ，螺纹孔Ⅰ，光孔Ⅳ。所述光孔Ⅰ内壁开有键槽Ⅰ，在光孔Ⅳ壁上与键槽Ⅰ同一轴面内开螺纹孔Ⅱ且与光孔Ⅳ相贯通。所述从动轴是由轴段Ⅰ、轴段Ⅱ、轴段Ⅲ构成的阶梯轴。该从动轴在轴段Ⅱ上处开有键槽Ⅱ。所述输出轴在垂直于该输出轴轴心线的方向上开有光孔。
所述直线轴承过盈安装于光孔Ⅱ内；所述从动轴与所述从动轴套同轴安装，该从动轴轴段Ⅲ与直线轴承间隙配合，从动轴轴段Ⅱ与从动轴套内光孔Ⅰ间隙配合，所述C型平键安装于从动轴轴段Ⅱ的键槽Ⅱ内并置于从动轴套的键槽Ⅰ内。所述预紧弹簧安装于光孔Ⅲ内，该预紧弹簧一端与所述从动轴轴段Ⅲ端面接触，另一端与所述预紧螺栓接触。所述预紧螺栓安装于螺纹孔Ⅰ内。
本发明设计的有益效果:
本发明设计是一种承载能力较强、能量损耗较低、结构简单紧凑、可实现小型化、轻型化、应用范围广、操作灵活的新型超声离合器。
工作原理：本发明采用的超声纵向振动产生近场悬浮的新型离合器主要有三种工作状态，即接合、半联动和分离。当超声振动机构未施加激励电压时，换能器不产生振动，换能器端面与从动轴端面在预紧弹簧的作用下紧密贴合，两者在摩擦力矩的作用下同步旋转。当超声振动机构施加激励电压较小时，换能器产生的悬浮力不足以克服从动组件的弹簧预紧力，此时换能器端面与从动轴端面瞬时接触、分离，换能器带动从动轴旋转，弹簧预紧力产生的摩擦力矩不足以带动从动轴同步旋转，两者差速转动。当给超声振动机构施加激励电压产生的悬浮力比从动组件的弹簧预紧力大时，由于悬浮高度的增加，弹簧预紧力增加且悬浮力减小而达到平衡状态，换能器端面与从动轴端面处于分离状态。
附图说明
附图1为总体结构装配图。
附图2为从动部分剖视图。
附图3为从动轴套剖视图。
附图4为从动轴轴测图。
附图中序号为：1、驱动轴，2、超声振动机构，2-1、换能器，3、从动轴，4、C型普通平键，5、从动轴套，6、定位套筒，7、直线轴承，8、预紧弹簧，9、预紧螺栓，10、螺栓，11、输出轴，12、滚动轴承，13、轴承支座，14、底座，15、轴承支座。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
下面通过实例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。
实施例
如图1所示，一种新型的超声离合器包括驱动轴（1）、超声振动机构（2）、换能器（2-1）、从动轴（3）、C型普通平键（4）、从动轴套（5）、定位套筒（6）、直线轴承（7）、预紧弹簧（8）、预紧螺栓（9）、滚动轴承（12）、螺栓（10）、输出轴（11）。支撑装置包括轴承支座（13）（15）、底座（14）；所述超声离合器与所述从动组件通过轴承座（15）（13）固定于所述底座（14）上，并且保证换能器（2-1）、从动轴（5）、输出轴（11）三者同轴装配。
为了保证工作时从动轴在预紧力和超声悬浮力的作用下沿从动轴套作轴向运动，所述直线轴承（7）过盈配合安装于光孔Ⅱ内；所述从动轴（3）与所述从动轴套（5）同轴安装，该从动轴轴段Ⅲ与直线轴承（7）间隙配合，从动轴（3）轴段Ⅱ与从动轴套（7）内光孔Ⅰ间隙配合，所述C型平键（4）安装于从动轴（3）轴段Ⅱ的键槽Ⅱ内并置于从动轴套（5）的键槽Ⅰ内；C型平键装配在键槽Ⅱ内，在工作时用于从动轴（3）与从动轴套（5）的导向和转矩传递。
所述预紧弹簧（8）安装于光孔Ⅲ内，该预紧弹簧（8）一端与所述从动轴（3）轴段Ⅲ端面接触，另一端与所述预紧螺（9）栓接触。所述预紧螺栓（9）安装于螺纹孔Ⅰ内，通过改变预紧螺栓（9）在螺纹孔Ⅰ中的位置来调整预紧弹簧（8）的预紧力，使得换能器端面与从动轴端面紧密贴合。
所述输出轴（11）同轴安装于从动轴套（5）光孔Ⅳ内，所述螺栓（10）装配于从动轴套（5）的螺纹孔Ⅱ且前端插装于输出轴（11）的光孔内，从而实现从动轴套与输出轴的定位和转矩输出。
本发明的工作过程为：工作前，预先调节预紧螺栓（9），预紧弹簧（8）产生预紧力使得超声振动子（2-1）的端面与从动轴（3）端面紧密贴合。在不加超声激励工作时，从动端在摩擦力矩的作用下跟随驱动端同步旋转。当超声振动机构（2）施加激励电压的值较小时，换能器（2-1）产生的悬浮力不足以克服从动组件的弹簧预紧力，此时两端面瞬时接触、分离，弹簧预紧力产生的摩擦力矩不足以带动从动端输出端同步旋转，两者差速转动。当给超声振动机构（2）施加激励电压产生的悬浮力比预紧弹簧产生的预紧力大时，由于悬浮高度的增加，弹簧预紧力增加且悬浮力减小而达到平衡状态，换能器端面与从动轴端面处于分离状态。在此过程中，调节激励电压的大小使得换能器（2-1）和从动轴（3）二者端面悬浮高度随电压的变化而变化，以达到离合器接合、半联动和分离的状态，从而实现调速的功能。

Claims (2)

1.一种新型的超声离合器由超声振动机构、从动组件构成，所述从动组件由从动轴（3）、C型普通平键（4）、从动轴套（5）、定位套筒（6）、直线轴承（7）、预紧弹簧（8）、预紧螺栓（9）、输出轴（11）、滚动轴承（12）构成。
2.如权利要求1所述的新型超声离合器的从动组件，其特征在于所述从动轴套（5）的轴心线方向开有光孔Ⅰ，光孔Ⅱ，光孔Ⅲ，螺纹孔Ⅰ，光孔Ⅳ，所述光孔Ⅰ内壁开有键槽Ⅰ，在光孔Ⅳ壁上与键槽Ⅰ同一轴面内开螺纹孔Ⅱ且与光孔Ⅳ相贯通，所述从动轴（3）是由轴段Ⅰ、轴段Ⅱ、轴段Ⅲ构成的阶梯轴，该轴段Ⅱ上开有键槽Ⅱ，所述输出轴（11）在垂直于该轴轴心线的方向上开有光孔，所述直线轴承（7）过盈安装于光孔Ⅱ内，所述从动轴（3）与所述从动轴套（5）同轴安装，该从动轴（3）轴段Ⅲ与直线轴承（7）间隙配合，从动轴（3）轴段Ⅱ与从动轴套（5）内光孔Ⅰ间隙配合，所述C型普通平键（4）安装于从动轴（3）轴段Ⅱ的键槽Ⅱ内并置于从动轴套（5）的键槽Ⅰ内，所述预紧弹簧（8）安装于光孔Ⅲ内，该预紧弹簧（8）一端与所述从动轴（3）轴段Ⅲ端面接触，另一端与所述预紧螺栓（9）接触，所述预紧螺栓（9）安装于螺纹孔Ⅰ内，所述输出轴（11）同轴安装于从动轴套（5）光孔Ⅳ内，所述螺栓（10）装配于从动轴套（5）的螺纹孔Ⅱ且前端插装于输出轴（11）的光孔内。
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