縱振夾心式梁板復(fù)合激振增扭調(diào)速離合裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種縱振夾心式梁板復(fù)合激振增扭調(diào)速離合裝置及其控制方法，屬于機(jī)械傳動(dòng)與制動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]離合器主要是用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)力機(jī)械各傳動(dòng)系之間運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力的傳遞與切斷，一般安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間，是動(dòng)力機(jī)械傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相聯(lián)系的總成件；根據(jù)工作原理與實(shí)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(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，開發(fā)具有抗電磁干擾、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單、易于微型化等技術(shù)特點(diǎn)的新型離合器裝置，已成為當(dāng)前機(jī)械傳動(dòng)與制動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題之一，超聲波離合器就是在這樣的技術(shù)背景下應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)離合器相比，因其具有響應(yīng)速度快、無電磁干擾、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好以及結(jié)構(gòu)裝配尺寸小等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，有望廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)與制動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
[0003]中國實(shí)用新型專利《壓電陶瓷摩擦離合制動(dòng)器》，授權(quán)公告號(hào)為CN 2304785Y，授權(quán)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(dòng)器，主要由摩擦傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)兩部分組成，摩擦傳動(dòng)是由主、從動(dòng)件構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)部分是由壓電陶瓷晶片和電極板疊置構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)部分端部裝有力傳遞機(jī)構(gòu)，它為杠桿機(jī)構(gòu)，裝在主動(dòng)件上，摩擦蹄片固定在力傳遞機(jī)構(gòu)上，其圓弧部分與從動(dòng)件的內(nèi)表面構(gòu)成摩擦副，主動(dòng)件與從動(dòng)件之間由軸承聯(lián)接，主動(dòng)件的端部裝有驅(qū)動(dòng)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(quán)公告號(hào)為CN 100343545C，授權(quán)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(qū)動(dòng)元件、從動(dòng)元件、支撐架組、預(yù)力調(diào)節(jié)裝置、固定座以及支座組成，該驅(qū)動(dòng)元件與該從動(dòng)元件均為包括所有壓電元件的裝置，且于該裝置的結(jié)合面相互緊壓、接觸，故在離合應(yīng)用時(shí)的負(fù)載端會(huì)伴隨馬達(dá)軸心而同步轉(zhuǎn)動(dòng)，及在剎車應(yīng)用時(shí)的負(fù)載端會(huì)有制動(dòng)效果，當(dāng)壓電元件加入交流電源時(shí)，則該裝置的結(jié)合面會(huì)因壓電元件受到逆壓電效應(yīng)的作用而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)而相分離，故在離合應(yīng)用時(shí)的負(fù)載端會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，及在剎車應(yīng)用時(shí)的負(fù)載端無法產(chǎn)生制動(dòng)效果；中國發(fā)明專利《基于超聲懸浮力控制的離合器》，授權(quán)公告號(hào)為CN 100424369C，授權(quán)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(dòng)旋轉(zhuǎn)盤、被動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤、壓電陶瓷片、復(fù)位彈簧和高頻電源組成，被動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤扣合在主動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤的圓環(huán)體內(nèi)，主動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤的端面與被動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤的一個(gè)端面相接觸，壓電陶瓷片固定在被動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤的另一個(gè)端面上，高頻電源連接在壓電陶瓷片的接線端上，復(fù)位彈簧設(shè)置在主動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤或被動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤上使主動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤和被動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤保持接觸。
[0004]上述幾種實(shí)現(xiàn)方式的超聲波離合器裝置，雖能實(shí)現(xiàn)離合動(dòng)作的產(chǎn)生與速度扭矩的傳遞，但其無法對(duì)離合器裝置所傳遞的扭矩與速度進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，致使上述實(shí)現(xiàn)方式的超聲波離合器裝置存在裝置實(shí)現(xiàn)功能單一、不可增扭調(diào)速等技術(shù)問題，限制其在機(jī)械傳動(dòng)與制動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決當(dāng)前超聲波離合器裝置存在實(shí)現(xiàn)功能單一、不可增扭調(diào)速等技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種縱振夾心式梁板復(fù)合激振增扭調(diào)速離合裝置及其控制方法。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:所述縱振夾心式梁板復(fù)合激振增扭調(diào)速離合裝置包括上箱體、下箱體、輸入軸、軸端組件、滑動(dòng)支撐組件、離合激振組件、預(yù)緊組件、輸出軸、連接組件和緊固螺栓。
[0007]所述上箱體兩側(cè)端部沿圓周方向均勻設(shè)置有η個(gè)螺紋孔結(jié)構(gòu)，其中η為大于等于I的整數(shù)，所述上箱體肋板中部設(shè)置有半圓形支撐座結(jié)構(gòu)，所述上箱體與下箱體連接凸緣處沿上箱體周向設(shè)置有m個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，其中m為大于I的整數(shù)。所述下箱體兩側(cè)端部沿圓周方向均勻設(shè)置有η個(gè)螺紋孔結(jié)構(gòu)，所述下箱體肋板中部設(shè)置有半圓形支撐座結(jié)構(gòu)，所述下箱體與上箱體連接凸緣處沿下箱體周向設(shè)置有m個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，所述下箱體固定底座處沿下箱體周向設(shè)置有k個(gè)沉頭螺紋孔結(jié)構(gòu)。所述輸入軸為階梯軸結(jié)構(gòu)，所述輸入軸一側(cè)端部設(shè)置有鍵槽結(jié)構(gòu)，所述輸入軸靠近鍵槽結(jié)構(gòu)一側(cè)設(shè)置有集流環(huán)結(jié)構(gòu)，所述輸入軸外圓周表面沿軸線方向設(shè)置有通槽結(jié)構(gòu)，所述輸入軸靠近鍵槽結(jié)構(gòu)一側(cè)設(shè)置有溝槽結(jié)構(gòu)，所述輸入軸靠近另一側(cè)端部的外圓周表面上設(shè)置有導(dǎo)向平鍵槽結(jié)構(gòu)，所述輸入軸靠近導(dǎo)向平鍵槽一側(cè)設(shè)置有外螺紋結(jié)構(gòu)，所述輸入軸靠近外螺紋結(jié)構(gòu)一側(cè)設(shè)置有軸肩結(jié)構(gòu)，所述輸入軸溝槽結(jié)構(gòu)與軸肩結(jié)構(gòu)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。所述軸端組件包括深溝球軸承、軸用彈性擋圈、端蓋、套杯和毛氈；所述端蓋為法蘭結(jié)構(gòu)，所述端蓋沿圓周方向均勻設(shè)置有2m個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，所述端蓋一側(cè)端面設(shè)置有中心通孔結(jié)構(gòu)，所述端蓋中心通孔結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)設(shè)置有梯形截面環(huán)槽結(jié)構(gòu)，所述套杯為一側(cè)端部設(shè)置有法蘭的薄壁圓環(huán)結(jié)構(gòu)，所述套杯沿圓周方向均勻設(shè)置有2m個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，所述套杯另一側(cè)端部設(shè)置有內(nèi)凸緣結(jié)構(gòu)，所述毛氈為梯形截面圓環(huán)結(jié)構(gòu)。所述滑動(dòng)支撐組件包括輸入端滑動(dòng)支撐組件和輸出端滑動(dòng)支撐組件。所述輸入端滑動(dòng)支撐組件由軸瓦、導(dǎo)向平鍵、調(diào)節(jié)螺母和滑套組成；所述軸瓦為薄壁圓環(huán)結(jié)構(gòu)，所述軸瓦兩側(cè)端部設(shè)置有凸緣結(jié)構(gòu)，所述滑套為一側(cè)端部設(shè)有法蘭的空心圓柱體結(jié)構(gòu)，所述滑套法蘭四周沿圓周方向均勻設(shè)置有k個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，其中k為大于等于I的整數(shù)；所述滑套另一側(cè)端部設(shè)置有沉頭孔結(jié)構(gòu)，所述滑套內(nèi)孔設(shè)置有導(dǎo)向平鍵槽結(jié)構(gòu)，所述滑套外圓周表面上設(shè)置有通孔結(jié)構(gòu)，所述輸出端滑動(dòng)支撐組件由軸瓦和花鍵套組成；所述花鍵套為一側(cè)端部設(shè)置有法蘭的中空?qǐng)A柱體結(jié)構(gòu)，所述花鍵套四周沿圓周方向均勻設(shè)置有k個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，所述花鍵套外圓周表面設(shè)置有通孔結(jié)構(gòu)，所述花鍵套為中空?qǐng)A柱體內(nèi)側(cè)設(shè)置有花鍵槽結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)；所述固定盤端面沿圓周方向均勻設(shè)置有k個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，所述固定盤端面設(shè)置有P個(gè)沉頭螺紋孔結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，所述前匹配端一側(cè)端部表面設(shè)置有P個(gè)螺紋孔結(jié)構(gòu)，所述前匹配端另一側(cè)端部外圓周表面設(shè)置有外螺紋結(jié)構(gòu)，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(shè)置有凸耳結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)；所述后匹配端為圓柱體結(jié)構(gòu)，所述后匹配端一側(cè)端部表面設(shè)置有P個(gè)螺紋孔結(jié)構(gòu)，所述后匹配端另一側(cè)端部表面中心位置設(shè)有內(nèi)螺紋孔結(jié)構(gòu)。所述摩擦板為圓盤結(jié)構(gòu)；所述摩擦板端部表面靠近中心位置設(shè)有P個(gè)沉頭螺紋孔結(jié)構(gòu)，所述摩擦板一側(cè)端部表面沿圓周方向均勻粘接有j片矩形壓電陶瓷片，所述矩形壓電陶瓷片為^激振模式的矩形壓電陶瓷片，所述粘接于摩擦板端部表面的矩形壓電陶瓷片的形變方向與摩擦板的軸線方向垂直，其中j為大于等于I的整數(shù)。所述預(yù)緊組件包括擋板、預(yù)緊彈簧和預(yù)緊螺母；所述擋板為圓盤結(jié)構(gòu)，所述擋板中心位置設(shè)有通孔結(jié)構(gòu)，所述預(yù)緊螺母旋合連接于輸出軸的外螺紋，所述預(yù)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(jié)構(gòu)；所述輸出軸一側(cè)端部設(shè)置有鍵槽結(jié)構(gòu)，所述輸出軸靠近鍵槽結(jié)構(gòu)一側(cè)設(shè)置有集流環(huán)結(jié)構(gòu)，所述輸出軸外圓周表面沿軸線方向設(shè)置有通槽結(jié)構(gòu)，所述輸出軸另一側(cè)端部沿圓周方向設(shè)置有花鍵結(jié)構(gòu)，所述輸出軸靠近鍵槽結(jié)構(gòu)一側(cè)設(shè)置有溝槽結(jié)構(gòu)，所述輸出軸靠近花鍵結(jié)構(gòu)一側(cè)設(shè)置有外螺紋結(jié)構(gòu)，所述輸出軸的溝槽結(jié)構(gòu)與外螺紋結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有軸肩結(jié)構(gòu)。
[0008]所述布置于離合激振組件中一側(cè)激振桿上的環(huán)形壓電陶瓷片構(gòu)成激振組Al，所述布置于離合激振組件中另一側(cè)激振桿上的環(huán)形壓電陶瓷片構(gòu)成激振組A2，所述激振組Al與激振組A2構(gòu)成激振組A ;所述布置于離合激振組件中一側(cè)摩擦板上的矩形壓電陶瓷片構(gòu)成激振組BI，所述布置于離合激振組件中另一側(cè)摩擦板上的矩形壓電陶瓷片構(gòu)成激振組B2，所述激振組BI與激振組B2構(gòu)成激振組B。
[0009]所述一種用于本發(fā)明縱振夾心式梁板復(fù)合激振增扭調(diào)速離合裝置實(shí)現(xiàn)離合動(dòng)作的控制方法具體為: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(nèi)的交流激勵(lì)電信號(hào)，所述交流激勵(lì)電信號(hào)可為正弦、方波或鋸齒波等周期電信號(hào)。
[0010]所述另一種用于本發(fā)明縱振夾心式梁板復(fù)合激振增扭調(diào)速離合裝置實(shí)現(xiàn)離合動(dòng)作的控制方法具體為:所述激振組BI或所述激振組B2或所述激振組BI與激振組B2通以某一超聲頻段(一般大于16 kHz)內(nèi)的交流激勵(lì)電信號(hào)，所述交流激勵(lì)電信號(hào)可為正弦、方波或鋸齒波等周期電信號(hào)。
[0011]所述一種用于本發(fā)明縱振夾心式梁板復(fù)合激振增扭調(diào)速離合裝置實(shí)現(xiàn)增扭調(diào)速的控制方法具體為:所述激振組BI通以某一超聲頻率(一般大于16 kHz)內(nèi)的交流激勵(lì)電信號(hào)，所述激振組Al通以同一超聲頻率內(nèi)的交流激勵(lì)電信號(hào)；或所述激振組B2通以某一超聲頻率(一般大于16 kHz )內(nèi)的交流激勵(lì)電信號(hào)，所述激振組A2通以同一超聲頻率內(nèi)的交流激勵(lì)電信號(hào)；或激振組BI與激振組B2通以某一超聲頻率(一般大于16 kHz)內(nèi)的交流激勵(lì)電信號(hào)，所述激振組Al與激振組A2通以同一超聲頻率內(nèi)的交流激勵(lì)電信號(hào)；所述激振組A與激振組B通以交流激勵(lì)電信號(hào)的相位差為90度或270度；所述交流激勵(lì)電信號(hào)可為正弦、方波或鋸齒波等周期電信號(hào)。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:施加交流激勵(lì)電信號(hào)于激振桿與摩擦板上的壓電陶瓷片，激發(fā)激振桿和摩擦板分別產(chǎn)生縱振和彎曲或徑向伸縮振動(dòng)模態(tài)，利用振動(dòng)模態(tài)的疊加耦合，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)行波，形成驅(qū)動(dòng)摩擦力，通過調(diào)節(jié)激勵(lì)電信號(hào)的幅值大小與相位差，可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明離合裝置的離合控制與增扭調(diào)速功