一種無極減速裝置及其工作方法與流程
2023-07-21 17:31:16 1
本發明屬於無極減速裝置技術領域，具體指代一種旋轉型超聲電機-超聲換能器宏微結合的無極減速裝置及其工作方法。
背景技術：
隨著科學技術的不斷進步，新型減速器的設計都要求做到小型化和高精度。這樣的發展趨勢使得現有減速器的缺陷愈發明顯，如結構複雜、體積龐大、傳動精度不高、不耐衝擊等。超聲電機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應和超聲振動的新型微電機，它具有結構簡單、緊湊、設計靈活多變，低速大力矩輸出，響應快、控制性能好，斷電自鎖等特點，在工業、國防、宇航、機器人、汽車、辦公設備等領域都有了廣泛的應用。利用超聲電機驅動一個鎖緊裝置，可以在宏觀上起到摩擦減速的效果，初步的將轉速控制到所需範圍內（即宏觀調速）；如果在鎖緊裝置中設計一個轉速微幅控制機構，就能夠實現轉速的精確控制（即微觀調速）。
技術實現要素：
針對於上述現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種無極減速裝置及其工作方法，以解決現有技術中減速器結構複雜，體積龐大、傳動精度不高、不耐衝壓等問題，本發明通過宏觀與微觀控制相結合來實現無極減速，減速裝置體積小，易於加工、裝配和使用，無電磁幹擾，速度變化連續可調且響應時間快、易控制。
為達到上述目的，本發明的一種無極減速裝置，包括：外部旋轉軸、軸承端蓋、軸承、摩擦盤、端蓋、超聲換能器、螺釘、制動盤、傳動螺母、第一連接件、旋轉超聲電機、第二連接件、箱體蓋、鍵、摩擦材料、箱體，旋轉超聲電機用第二連接件連接在箱體下部，旋轉超聲電機的輸出軸上端加工有螺紋與傳動螺母螺紋連接在一起；傳動螺母與旋轉超聲電機的輸出軸螺紋配合，通過第一連接件固定在制動盤上，制動盤的兩側設有導向槽，箱體的內壁上設有導向滑軌，通過裝配製動盤在箱體的滑軌上沿其軸向直線無阻礙滑動，超聲換能器沿制動盤周向均勻布置，通過底部螺釘固定在制動盤上；箱體蓋中間裝有軸承，軸承由箱體蓋下端臺階和上端的軸承端蓋固定；外部旋轉軸由上往下插入軸承，由軸肩限位；摩擦盤由下往上穿過外部旋轉軸，通過摩擦盤上端突起臺階與軸承內圈貼合限位，摩擦盤與外部旋轉軸上設有鍵槽，通過鍵傳遞轉矩，摩擦盤下端設有端蓋，通過螺紋完全固定在外部旋轉軸上；摩擦盤下表面設有一圈摩擦材料。
優選地，利用旋轉超聲電機來宏觀控制摩擦盤的轉速。
優選地，利用超聲換能器來微幅調控，進而精確控制摩擦盤的轉速。
優選地，摩擦盤的轉速實現連續可調，達到無極減速。
優選地，上述第一連接件、第二連接件為螺釘或螺栓。
本發明的一種無極減速裝置的工作方法，包括：通過旋轉超聲電機與傳動螺母的螺紋配合，將旋轉超聲電機的旋轉運動轉化為傳動螺母與制動盤的直線運動；減速裝置不工作時，超聲換能器與摩擦盤處於脫離狀態，摩擦盤能夠自由轉動；在需要精確控制摩擦盤以轉速α轉動時，首先，旋轉超聲電機工作使得制動盤向上運動，超聲換能器頭部與摩擦盤上粘接的摩擦材料接觸，產生摩擦力矩，來降低摩擦盤轉速，當摩擦盤轉速接近α時，旋轉超聲電機停止工作，並且利用其斷電自鎖能力將制動盤和超聲換能器鎖緊在當前位置，之後，給超聲換能器施加激勵信號，通過調節超聲換能器的工作電壓、工作頻率或者高頻開關控制，微幅調節超聲換能器與摩擦盤的摩擦力矩，使得摩擦盤轉速無限逼近α，達到轉速的精確控制。
本發明的有益效果：
本發明通過宏觀與微觀控制相結合來實現無極減速，減速裝置體積小，易於加工、裝配和使用，無電磁幹擾，速度變化連續可調且響應時間快、易控制。
附圖說明
圖1繪示本發明無極減速裝置的結構示意圖。
圖2示本發明無極減速裝置的制動盤俯視圖。
具體實施方式
為了便於本領域技術人員的理解，下面結合實施例與附圖對本發明作進一步的說明，實施方式提及的內容並非對本發明的限定。
參照圖1、圖2所示，本發明的一種無極減速裝置，包括：外部旋轉軸1、軸承端蓋2、軸承3、摩擦盤4、端蓋5、超聲換能器6、螺釘7、制動盤8、傳動螺母9、第一連接件10、旋轉超聲電機11、第二連接件12、箱體蓋13、鍵14、摩擦材料15、箱體16；旋轉超聲電機11用兩個第二連接件12連接在箱體16下部，旋轉超聲電機11的輸出軸上端加工有螺紋與傳動螺母9螺紋連接在一起，將旋轉超聲電機11的旋轉運動轉化為直線運動；傳動螺母9與旋轉超聲電機11的輸出軸螺紋配合，通過第一連接件10固定在制動盤8上，制動盤8的兩側設有導向槽，箱體16的內壁上設有導向滑軌，通過裝配製動盤8可以在箱體16的滑軌上沿其軸向直線無阻礙滑動，同時防止制動盤8相對箱體16的轉動，4個超聲換能器6沿制動盤8周向均勻布置，通過底部螺釘7固定在制動盤8上；箱體蓋13中間裝有軸承3，軸承3由箱體蓋13下端臺階和上端的軸承端蓋2固定；外部旋轉軸1由上往下插入軸承3，由軸肩限位；摩擦盤4由下往上穿過外部旋轉軸1，通過摩擦盤4上端突起臺階與軸承3內圈貼合限位，摩擦盤4與外部旋轉軸1上設有鍵槽，通過鍵14傳遞轉矩，摩擦盤4下端設有端蓋5，通過螺紋完全固定在外部旋轉軸1上；摩擦盤4下表面用膠粘有一圈摩擦材料15，用於提空更好的摩擦減速效果。
於實施例中，上述第一連接件、第二連接件為螺釘，其他實施例中也可為螺栓等連接部件。
其中，利用旋轉超聲電機來宏觀控制摩擦盤的轉速。
其中，利用超聲換能器來微幅調控，進而精確控制摩擦盤的轉速。
其中，整個減速裝置中沒有採用齒輪等結構固定減速比，摩擦盤的轉速實現連續可調，達到無極減速。
參照圖1所示，本發明的一種無極減速裝置的工作方法，包括：通過旋轉超聲電機11與傳動螺母9的螺紋配合，將旋轉超聲電機11的旋轉運動轉化為傳動螺母9與制動盤8的直線運動；減速裝置不工作時，超聲換能器6與摩擦盤4處於脫離狀態，摩擦盤4能夠自由轉動；在需要精確控制摩擦盤4以轉速α轉動時，首先，旋轉超聲電機11工作使得制動盤8向上運動，超聲換能器6頭部與摩擦盤4上粘接的摩擦材料15接觸，產生摩擦力矩，來降低摩擦盤4轉速，當摩擦盤4轉速接近α時，旋轉超聲電機11停止工作，並且利用其斷電自鎖能力將制動盤8和超聲換能器6鎖緊在當前位置（即宏觀調速），之後，給超聲換能器6施加激勵信號，通過調節超聲換能器6的工作電壓、工作頻率或者高頻開關控制，微幅調節超聲換能器6與摩擦盤4的摩擦力矩，使得摩擦盤4轉速無限逼近α，達到轉速的精確控制（即微觀調速）。
本發明具體應用途徑很多，以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護範圍。