夾心式模態(tài)轉換增扭調速離合裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種夾心式模態(tài)轉換增扭調速離合裝置及其控制方法，屬于機械傳動與制動技術領域。
【背景技術】
[0002]離合器主要是用于實現(xiàn)動力機械各傳動系之間運動或動力的傳遞與切斷，一般安裝在發(fā)動機與變速器之間，是動力機械傳動系中直接與發(fā)動機相聯(lián)系的總成件；根據工作原理與實現(xiàn)方式的不同，傳統(tǒng)離合器主要分為電磁式離合器、磁粉式離合器、摩擦式離合器和液力式離合器四種類型。隨著科學技術的飛速發(fā)展，開發(fā)具有抗電磁干擾、運動穩(wěn)定性好、結構簡單、易于微型化等技術特點的新型離合器裝置，已成為當前機械傳動與制動技術領域中亟待解決的關鍵技術問題之一，超聲波離合器就是在這樣的技術背景下應運而生。與傳統(tǒng)離合器相比，因其具有響應速度快、無電磁干擾、運動穩(wěn)定性好以及結構裝配尺寸小等技術優(yōu)點，有望廣泛應用于機械傳動與制動技術領域。
[0003]中國實用新型專利《壓電陶瓷摩擦離合制動器》，授權公告號為CN 2304785Y，授權公告日為1999年I月20日，公開的一種壓電陶瓷摩擦離合制動器，主要由摩擦傳動和驅動兩部分組成，摩擦傳動是由主、從動件構成，驅動部分是由壓電陶瓷晶片和電極板疊置構成，驅動部分端部裝有力傳遞機構，它為杠桿機構，裝在主動件上，摩擦蹄片固定在力傳遞機構上，其圓弧部分與從動件的內表面構成摩擦副，主動件與從動件之間由軸承聯(lián)接，主動件的端部裝有驅動部分電源輸入件；中國發(fā)明專利《一種模組化超聲波離合與剎車裝置》，授權公告號為CN 100343545C，授權公告日為2007年10月17日，公開的一種模組化超聲波離合與剎車裝置，主要由控制電源組、驅動元件、從動元件、支撐架組、預力調節(jié)裝置、固定座以及支座組成，該驅動元件與該從動元件均為包括所有壓電元件的裝置，且于該裝置的結合面相互緊壓、接觸，故在離合應用時的負載端會伴隨馬達軸心而同步轉動，及在剎車應用時的負載端會有制動效果，當壓電元件加入交流電源時，則該裝置的結合面會因壓電元件受到逆壓電效應的作用而產生機械振動而相分離，故在離合應用時的負載端會停止轉動，及在剎車應用時的負載端無法產生制動效果；中國發(fā)明專利《基于超聲懸浮力控制的離合器》，授權公告號為CN 100424369C，授權公告日為2008年10月8日，公開的一種基于超聲懸浮力控制的離合器，由主動旋轉盤、被動旋轉盤、壓電陶瓷片、復位彈簧和高頻電源組成，被動旋轉盤扣合在主動旋轉盤的圓環(huán)體內，主動旋轉盤的端面與被動旋轉盤的一個端面相接觸，壓電陶瓷片固定在被動旋轉盤的另一個端面上，高頻電源連接在壓電陶瓷片的接線端上，復位彈簧設置在主動旋轉盤或被動旋轉盤上使主動旋轉盤和被動旋轉盤保持接觸。
[0004]上述幾種實現(xiàn)方式的超聲波離合器裝置，雖能實現(xiàn)離合動作的產生與速度扭矩的傳遞，但其無法對離合器裝置所傳遞的扭矩與速度進行調節(jié)與控制，致使上述實現(xiàn)方式的超聲波離合器裝置存在裝置實現(xiàn)功能單一、不可增扭調速等技術問題，限制其在機械傳動與制動技術領域的應用與發(fā)展。

【發(fā)明內容】

[0005]為解決當前超聲波離合器存在裝置實現(xiàn)功能單一、不可增扭調速等技術問題，本發(fā)明公開了一種夾心式模態(tài)轉換增扭調速離合裝置及其控制方法。
[0006]本發(fā)明所采用的技術方案是:所述夾心式模態(tài)轉換增扭調速離合裝置包括上箱體、下箱體、輸入軸、軸端組件、滑動支撐組件、離合激振組件、預緊組件、輸出軸、連接組件和緊固螺栓。
[0007]所述上箱體兩側端部沿圓周方向均勻設置有η個螺紋孔結構，其中η為大于等于I的整數(shù)；所述上箱體肋板中部設置有半圓形支撐座結構，所述上箱體與下箱體連接凸緣處沿上箱體周向設置有m個通孔結構，其中m為大于I的整數(shù)。所述下箱體兩側端部沿圓周方向均勻設置有η個螺紋孔結構，所述下箱體肋板中部設置有半圓形支撐座結構，所述下箱體與上箱體連接凸緣處沿下箱體周向設置有m個通孔結構，所述下箱體固定底座處沿下箱體周向設置有k個沉頭螺紋孔結構，其中k為大于I的整數(shù)。所述輸入軸為階梯軸結構，所述輸入軸一側端部設置有鍵槽結構，所述輸入軸靠近鍵槽結構一側設置有集流環(huán)結構，所述輸入軸外圓周表面沿軸線方向設置有通槽結構，所述輸入軸靠近鍵槽結構一側設置有溝槽結構，所述輸入軸靠近另一側端部的外圓周表面上設置有導向平鍵槽結構，所述輸入軸靠近導向平鍵槽一側設置有外螺紋結構，所述輸入軸靠近外螺紋結構一側設置有軸肩結構，所述輸入軸溝槽結構與軸肩結構之間的外圓周表面與軸端組件中深溝球軸承過盈配合連接。所述軸端組件由深溝球軸承、軸用彈性擋圈、端蓋、套杯和毛氈組成；所述端蓋為法蘭結構，所述端蓋沿圓周方向均勻設置有2m個通孔結構，所述端蓋一側端面設置有中心通孔結構，所述端蓋中心通孔結構內側設置有梯形截面環(huán)槽結構；所述套杯為一側端部設置有法蘭的薄壁圓環(huán)結構，所述套杯沿圓周方向均勻設置有2m個通孔結構，所述套杯另一側端部設置有內凸緣結構；所述毛氈為梯形截面圓環(huán)結構。所述滑動支撐組件包括輸入端滑動支撐組件和輸出端滑動支撐組件。所述輸入端滑動支撐組件由軸瓦、導向平鍵、調節(jié)螺母和滑套組成；所述軸瓦為薄壁圓環(huán)結構，所述軸瓦兩側端部設置有凸緣結構，所述軸瓦內圓周表面與花鍵套或滑套配合連接，所述滑套為一側端部設有法蘭的空心圓柱體結構，所述滑套法蘭四周沿圓周方向均勻設置有k個通孔結構，其中k為大于等于I的整數(shù)；所述滑套另一側端部設置有沉頭孔結構，所述滑套內孔設置有導向平鍵槽結構，所述滑套外圓周表面上設置有通孔結構。所述輸出端滑動支撐組件由軸瓦和花鍵套組成；所述花鍵套為一側端部設置有法蘭的中空圓柱體結構，所述花鍵套四周沿圓周方向均勻設置有k個通孔結構，所述花鍵套外圓周表面設置有通孔結構，所述花鍵套中空圓柱體內側設置有花鍵槽結構。所述離合激振組件包括固定盤、激振桿和摩擦板；所述固定盤為圓盤結構，所述固定盤端面沿圓周方向均勻設置有k個通孔結構，所述固定盤端面設置有P個沉頭螺紋結構，其中P為大于等于I的整數(shù)。所述激振桿由前匹配端、通電電極片、環(huán)形壓電陶瓷片、后匹配端和絕緣套筒組成；所述前匹配端階梯狀圓軸結構，所述前匹配端一側端部表面設置有P個螺紋孔結構，所述前匹配端另一側端部外圓周表面設置有外螺紋結構，所訴前匹配端階梯圓環(huán)面處的外圓周表面用于絕緣套筒的套接安裝；所述環(huán)形壓電陶瓷片為43激振模式的圓環(huán)形壓電陶瓷片，且其沿厚度方向極化，所述通電電極片為設置有凸耳結構的圓環(huán)形銅片，4i片環(huán)形壓電陶瓷片與4i+l片通電電極片通過絕緣套筒相互間隔套接于前匹配端階梯圓環(huán)面處的外圓周表面上，其中i為大于等于I的整數(shù)；所述絕緣套筒為薄壁圓環(huán)狀結構；所述后匹配端為圓柱體結構，所述后匹配端一側端部表面設置有P個螺紋孔結構，所述后匹配端另一側端部表面中心位置設有內螺紋孔結構，所述后匹配端外圓周表面上沿圓周方向均勻設置有模態(tài)轉換器結構，所述激振桿外圓周表面上的模態(tài)轉換器結構可為陣列多個矩形槽結構或陣列多個圓孔結構或陣列多個螺旋槽結構；所述摩擦板為圓盤結構，所述摩擦板端部表面靠近中心位置設有P個沉頭螺紋孔結構。所述預緊組件由擋板、預緊彈簧和預緊螺母組成；所述擋板為圓盤結構，所述擋板中心位置設有通孔結構；所述預緊螺母旋合連接于輸出軸的外螺紋；所述預緊彈簧套接于輸出軸的外圓周表面。所述輸出軸為階梯軸結構；所述輸出軸一側端部設置有鍵槽結構，所述輸出軸靠近鍵槽結構一側設置有集流環(huán)結構，所述輸出軸外圓周表面沿軸線方向設置有通槽結構，所述輸出軸另一側端部沿圓周方向設置有花鍵結構，所述輸出軸靠近鍵槽結構一側設置有溝槽結構，所述輸出軸靠近花鍵結構一側設置有外螺紋結構，所述輸出軸溝槽結構與外螺紋結構之間設置有軸肩結構，所述輸出軸溝槽結構與軸肩結構之間的外圓周表面與軸端組件中的深溝球軸承過盈配合連接。所述連接組件由螺栓和螺母組成。
[0008]所述布置于離合激振組件中一側激振桿上的環(huán)形壓電陶瓷片構成激振組Al，所述布置于離合激振組件中另一側激振桿上的環(huán)形壓電陶瓷片構成激振組A2，所述激振組Al與激振組A2構成激振組A。
[0009]所述一種用于本發(fā)明夾心式模態(tài)轉換增扭調速離合裝置實現(xiàn)離合控制與增扭調速的控制方法具體為:所述激振組Al或所述激振組A2或所述激振組Al與激振組A2通以某一超聲頻段(一般大于16 kHz)內的交流激勵電信號，所述交流激勵電信號可為正弦、方波或鋸齒波等周期電信號。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:施加交流激勵電信號于激振桿上的環(huán)形壓電陶瓷片，通過模態(tài)轉換器結構激發(fā)激振桿和摩擦板分別產生扭振和彎曲振動模態(tài)，利用振