夹心式模态转换增扭调速离合装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种夹心式模态转换增扭调速离合装置及其控制方法，属于机械传动与制动技术领域。
【背景技术】
[0002]离合器主要是用于实现动力机械各传动系之间运动或动力的传递与切断，一般安装在发动机与变速器之间，是动力机械传动系中直接与发动机相联系的总成件；根据工作原理与实现方式的不同，传统离合器主要分为电磁式离合器、磁粉式离合器、摩擦式离合器和液力式离合器四种类型。随着科学技术的飞速发展，开发具有抗电磁干扰、运动稳定性好、结构简单、易于微型化等技术特点的新型离合器装置，已成为当前机械传动与制动技术领域中亟待解决的关键技术问题之一，超声波离合器就是在这样的技术背景下应运而生。与传统离合器相比，因其具有响应速度快、无电磁干扰、运动稳定性好以及结构装配尺寸小等技术优点，有望广泛应用于机械传动与制动技术领域。
[0003]中国实用新型专利《压电陶瓷摩擦离合制动器》，授权公告号为CN 2304785Y，授权公告日为1999年I月20日，公开的一种压电陶瓷摩擦离合制动器，主要由摩擦传动和驱动两部分组成，摩擦传动是由主、从动件构成，驱动部分是由压电陶瓷晶片和电极板叠置构成，驱动部分端部装有力传递机构，它为杠杆机构，装在主动件上，摩擦蹄片固定在力传递机构上，其圆弧部分与从动件的内表面构成摩擦副，主动件与从动件之间由轴承联接，主动件的端部装有驱动部分电源输入件；中国发明专利《一种模组化超声波离合与刹车装置》，授权公告号为CN 100343545C，授权公告日为2007年10月17日，公开的一种模组化超声波离合与刹车装置，主要由控制电源组、驱动元件、从动元件、支撑架组、预力调节装置、固定座以及支座组成，该驱动元件与该从动元件均为包括所有压电元件的装置，且于该装置的结合面相互紧压、接触，故在离合应用时的负载端会伴随马达轴心而同步转动，及在刹车应用时的负载端会有制动效果，当压电元件加入交流电源时，则该装置的结合面会因压电元件受到逆压电效应的作用而产生机械振动而相分离，故在离合应用时的负载端会停止转动，及在刹车应用时的负载端无法产生制动效果；中国发明专利《基于超声悬浮力控制的离合器》，授权公告号为CN 100424369C，授权公告日为2008年10月8日，公开的一种基于超声悬浮力控制的离合器，由主动旋转盘、被动旋转盘、压电陶瓷片、复位弹簧和高频电源组成，被动旋转盘扣合在主动旋转盘的圆环体内，主动旋转盘的端面与被动旋转盘的一个端面相接触，压电陶瓷片固定在被动旋转盘的另一个端面上，高频电源连接在压电陶瓷片的接线端上，复位弹簧设置在主动旋转盘或被动旋转盘上使主动旋转盘和被动旋转盘保持接触。
[0004]上述几种实现方式的超声波离合器装置，虽能实现离合动作的产生与速度扭矩的传递，但其无法对离合器装置所传递的扭矩与速度进行调节与控制，致使上述实现方式的超声波离合器装置存在装置实现功能单一、不可增扭调速等技术问题，限制其在机械传动与制动技术领域的应用与发展。
【发明内容】
[0005]为解决当前超声波离合器存在装置实现功能单一、不可增扭调速等技术问题，本发明公开了一种夹心式模态转换增扭调速离合装置及其控制方法。
[0006]本发明所采用的技术方案是:所述夹心式模态转换增扭调速离合装置包括上箱体、下箱体、输入轴、轴端组件、滑动支撑组件、离合激振组件、预紧组件、输出轴、连接组件和紧固螺栓。
[0007]所述上箱体两侧端部沿圆周方向均匀设置有η个螺纹孔结构，其中η为大于等于I的整数；所述上箱体肋板中部设置有半圆形支撑座结构，所述上箱体与下箱体连接凸缘处沿上箱体周向设置有m个通孔结构，其中m为大于I的整数。所述下箱体两侧端部沿圆周方向均匀设置有η个螺纹孔结构，所述下箱体肋板中部设置有半圆形支撑座结构，所述下箱体与上箱体连接凸缘处沿下箱体周向设置有m个通孔结构，所述下箱体固定底座处沿下箱体周向设置有k个沉头螺纹孔结构，其中k为大于I的整数。所述输入轴为阶梯轴结构，所述输入轴一侧端部设置有键槽结构，所述输入轴靠近键槽结构一侧设置有集流环结构，所述输入轴外圆周表面沿轴线方向设置有通槽结构，所述输入轴靠近键槽结构一侧设置有沟槽结构，所述输入轴靠近另一侧端部的外圆周表面上设置有导向平键槽结构，所述输入轴靠近导向平键槽一侧设置有外螺纹结构，所述输入轴靠近外螺纹结构一侧设置有轴肩结构，所述输入轴沟槽结构与轴肩结构之间的外圆周表面与轴端组件中深沟球轴承过盈配合连接。所述轴端组件由深沟球轴承、轴用弹性挡圈、端盖、套杯和毛毡组成；所述端盖为法兰结构，所述端盖沿圆周方向均匀设置有2m个通孔结构，所述端盖一侧端面设置有中心通孔结构，所述端盖中心通孔结构内侧设置有梯形截面环槽结构；所述套杯为一侧端部设置有法兰的薄壁圆环结构，所述套杯沿圆周方向均匀设置有2m个通孔结构，所述套杯另一侧端部设置有内凸缘结构；所述毛毡为梯形截面圆环结构。所述滑动支撑组件包括输入端滑动支撑组件和输出端滑动支撑组件。所述输入端滑动支撑组件由轴瓦、导向平键、调节螺母和滑套组成；所述轴瓦为薄壁圆环结构，所述轴瓦两侧端部设置有凸缘结构，所述轴瓦内圆周表面与花键套或滑套配合连接，所述滑套为一侧端部设有法兰的空心圆柱体结构，所述滑套法兰四周沿圆周方向均匀设置有k个通孔结构，其中k为大于等于I的整数；所述滑套另一侧端部设置有沉头孔结构，所述滑套内孔设置有导向平键槽结构，所述滑套外圆周表面上设置有通孔结构。所述输出端滑动支撑组件由轴瓦和花键套组成；所述花键套为一侧端部设置有法兰的中空圆柱体结构，所述花键套四周沿圆周方向均匀设置有k个通孔结构，所述花键套外圆周表面设置有通孔结构，所述花键套中空圆柱体内侧设置有花键槽结构。所述离合激振组件包括固定盘、激振杆和摩擦板；所述固定盘为圆盘结构，所述固定盘端面沿圆周方向均匀设置有k个通孔结构，所述固定盘端面设置有P个沉头螺纹结构，其中P为大于等于I的整数。所述激振杆由前匹配端、通电电极片、环形压电陶瓷片、后匹配端和绝缘套筒组成；所述前匹配端阶梯状圆轴结构，所述前匹配端一侧端部表面设置有P个螺纹孔结构，所述前匹配端另一侧端部外圆周表面设置有外螺纹结构，所诉前匹配端阶梯圆环面处的外圆周表面用于绝缘套筒的套接安装；所述环形压电陶瓷片为43激振模式的圆环形压电陶瓷片，且其沿厚度方向极化，所述通电电极片为设置有凸耳结构的圆环形铜片，4i片环形压电陶瓷片与4i+l片通电电极片通过绝缘套筒相互间隔套接于前匹配端阶梯圆环面处的外圆周表面上，其中i为大于等于I的整数；所述绝缘套筒为薄壁圆环状结构；所述后匹配端为圆柱体结构，所述后匹配端一侧端部表面设置有P个螺纹孔结构，所述后匹配端另一侧端部表面中心位置设有内螺纹孔结构，所述后匹配端外圆周表面上沿圆周方向均匀设置有模态转换器结构，所述激振杆外圆周表面上的模态转换器结构可为阵列多个矩形槽结构或阵列多个圆孔结构或阵列多个螺旋槽结构；所述摩擦板为圆盘结构，所述摩擦板端部表面靠近中心位置设有P个沉头螺纹孔结构。所述预紧组件由挡板、预紧弹簧和预紧螺母组成；所述挡板为圆盘结构，所述挡板中心位置设有通孔结构；所述预紧螺母旋合连接于输出轴的外螺纹；所述预紧弹簧套接于输出轴的外圆周表面。所述输出轴为阶梯轴结构；所述输出轴一侧端部设置有键槽结构，所述输出轴靠近键槽结构一侧设置有集流环结构，所述输出轴外圆周表面沿轴线方向设置有通槽结构，所述输出轴另一侧端部沿圆周方向设置有花键结构，所述输出轴靠近键槽结构一侧设置有沟槽结构，所述输出轴靠近花键结构一侧设置有外螺纹结构，所述输出轴沟槽结构与外螺纹结构之间设置有轴肩结构，所述输出轴沟槽结构与轴肩结构之间的外圆周表面与轴端组件中的深沟球轴承过盈配合连接。所述连接组件由螺栓和螺母组成。
[0008]所述布置于离合激振组件中一侧激振杆上的环形压电陶瓷片构成激振组Al，所述布置于离合激振组件中另一侧激振杆上的环形压电陶瓷片构成激振组A2，所述激振组Al与激振组A2构成激振组A。
[0009]所述一种用于本发明夹心式模态转换增扭调速离合装置实现离合控制与增扭调速的控制方法具体为:所述激振组Al或所述激振组A2或所述激振组Al与激振组A2通以某一超声频段(一般大于16 kHz)内的交流激励电信号，所述交流激励电信号可为正弦、方波或锯齿波等周期电信号。
[0010]本发明的有益效果是:施加交流激励电信号于激振杆上的环形压电陶瓷片，通过模态转换器结构激发激振杆和摩擦板分别产生扭振和弯曲振动模态，利用振