一种可定位超越离合器的制作方法

本发明涉及机械领域，具体涉及一种可定位的超越离合器。

背景技术：

超越离合器是随着机电一体化发展而出现的基础件，它是用于原动机和工作机之间或机器内部主动轴和从动轴之间的起动力传递与分离功能的重要部件，是利用主动、从动装置的速度变化或旋转方向的变换具有自动离合功能的装置。图1为常见的楔块式单向超越离合器示意图，其包括外环11、内环12、楔块13和弹簧14。图2为常见的棘爪式超越离合器示意图，其包括外环21、内环22和棘爪23。

通常超越离合器反应快速，通用性好，但在接合时其外环、内环的相对位置不固定，无法保证内外环间的相对位置固定。当系统对定位有需求时，如系统需要对从动装置上一点进行红外温度测量或图像捕捉时，使用步进电机或伺服电机驱动系统可对主动装置角度位置进行精确控制，以定位从动装置某点的位置。但当离合器超越，再次接合时，主动和从动装置相对角度位置就发生了变化，此时虽然可以对主动装置进行精确定位，但是从动位置已经不确定了。

为解决这一问题，传统方法往往还需要加入辅助定位系统来实现该功能，这不但增加了体积和价格，还额外引入了潜在的故障点。

技术实现要素：

为克服上述不足，本发明提供一种可定位超越离合器，可以使超越离合器的内外环相对位置固定，当系统超越时对性能没有影响，当系统接合时内外环相对位置固定不变。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种可定位超越离合器，包括一外环、一内环以及连接该外环和内环的多个滚珠；沿该外环的内侧壁一周含有一槽道，沿该内环的外侧壁一周含有一对应槽道，所述滚珠位于该两个槽道之间并可沿槽道滚动；该外环的内侧壁与该内环的外侧壁其中一个设有一棘齿，另一个设有一可与该棘齿接合或分离的棘爪。

进一步地，棘齿包括一接合面和一分离面；棘爪包括爪尖部和位于内环上的爪根部，爪尖部可绕爪根部在一角度范围内转动，在棘爪一侧设有一支撑该棘爪的弹簧。

进一步地，棘齿设于外环的内侧壁上，棘爪设于内环的外侧壁上。

进一步地，棘齿设于内环的外侧壁上，棘爪设于外环的内侧壁上。

进一步地，在外环的侧壁上还设有一凸起配重，该凸起配重与外环上的棘齿或棘爪质量相等，关于圆心对称布置。

进一步地，外环上的棘齿或棘爪对应的圆心角角度为5-30度。

进一步地，凸起配重对应的圆心角角度为外环上的棘齿或棘爪对应的圆心角的1.497倍。

进一步地，外环和内环均为一体式。

进一步地，内环为分离式，包括定位内环和滑动内环，棘齿或棘爪位于定位内环上，槽道位于滑动内环上。

进一步地，外环为分离式，包括定位外环和滑动外环，棘齿或棘爪位于定位外环上，槽道位于滑动外环上。

进一步地，内环和外环均为分离式；内环包括定位内环和滑动内环，棘齿或棘爪位于定位内环上，槽道位于滑动内环上；外环包括定位外环和滑动外环，对应地棘爪或棘齿位于定位外环上，槽道位于滑动外环上。

本发明的有益效果是：本发明提供的可定位超越离合器通过采用唯一的棘爪和棘齿，可以使超越离合器的内外环相对位置固定，当系统超越时对性能没有影响，当系统接合时内外环相对位置固定不变。通过进一步采用分离式结构，可对定位内环(或外环)及滑动内环(或外环)分别进行安装，安装更加方便，尺寸可以不同，适用更多的应用及安装环境。本离合器通过计算及修正，给出棘齿和配重的最佳角度范围，以及给出二者便于加工的形状，降低加工成本。

附图说明

图1为楔块式单向超越离合器平面示意图。

图中：11-外环，12-内环，13-楔块，14-弹簧。

图2为棘爪式超越离合器平面示意图。

图中：21-外环，22-内环，23-棘爪。

图3A为一体式可定位超越离合器平面示意图。

图3B为一体式可定位超越离合器立体示意图。

图中：31-外环，32-滚珠，33-内环，34-棘爪，35-棘齿，36-凸起配重，37-弹簧，38-外环槽道，39-内环槽道。

图4为内环分离式可定位超越离合器立体示意图。

图中：41-外环，42-定位内环，43-滚珠，44-滑动内环。

图5为外环分离式可定位超越离合器立体示意图。

图中：51-滑动外环，52-滚珠，53-内环，54-定位外环。

图6为内环外环分离式可定位超越离合器立体示意图。

图中：61-滑动外环，62-滚珠，63-滑动内环，64-定位外环，65-定位内环。

图7A为可定位超越离合器的外环结构平面示意图。

图中：71-外环，72-棘齿，73-凸起配重。

图7B为可定位超越离合器的棘齿及凸起的计算示意图。

图中：1-圆切，2-三角形，3-圆切。

图8为另一种一体式可定位超越离合器立体示意图。

图中：81-外环，82-滚珠，83-内环，84-棘爪，85-棘齿，86-凸起配重，87-弹簧。

图9为一应用实例的电机双驱动系统示意图。

图中：91-驱动装置A，92-超越离合器A，93-从动盘，94-超越离合器B，95-驱动装置B，96-目标物，97高速相机。

图10A为另一应用实例的自动样品分离及转移装置顶视图。

图10B为图10A沿A-A剖视图。

图中：101-驱动轴，102-内盘，103-外盘，104-测试瓶，105-样品瓶，106-可定位超越离合器，107-电机。

具体实施方式

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

实施例一

本实施例提供一种可定位超越离合器，为典型的一体式，结构如图3A、图3B所示，包含内环33、外环31、滚珠32、棘爪34、棘齿35、凸起配重36和弹簧37。内环33的外侧壁上沿圆周一周含有一内环槽道39，外环31的内侧壁上的同样高度沿圆周一周含有一对应外环槽道38，内环33和外环31通过卡在槽道内的滚珠32活动连接在一起。在内环33和外环31上分别设有唯一棘爪34和唯一棘齿35。

棘爪34包括爪尖部和转动连接在内环上的爪根部，内环33上爪根部所在处为一个一侧开口的圆柱形槽，开口宽度小于圆柱形槽的直径，爪根部为与该圆柱形槽尺寸配合的圆柱体，即直径略小于槽直径，但大于开口宽度，这样可使得爪尖部在槽内转动而不至于从开口脱离出。弹簧37在棘爪34倾倒的一侧，弹簧37根部与内环33连接方式相似于棘爪34的爪根部与内环33的连接，即卡接于一圆柱形槽内，但不同之处在于弹簧37借助自身弹性实现固定卡接。弹簧37的尖部抵靠于棘爪34的爪尖部，以实现弹性支撑，弹力使得棘爪34向倾倒方向的反方向移动，以确保爪尖部抵靠在外环31内侧壁上。棘齿35的形状近似于圆切的一半，两边的左边较短且陡峭，指向圆心，本文称之为接合面；右边较长且平缓，本文称之为分离面。当内环33按照图3A中箭头所指方向转动，且转速大于外环31在同方向转速时，棘爪34的爪尖部抵接至棘齿35的接合面，实现本离合器的接合。另外，当外环31与内环33沿着箭头的反方向转动时，若内环33小于外环31速度，也可实现二者的结合。本离合器在且只在棘爪34卡在棘齿35的位置时才可接合，该位置为唯一的，因此本离合器接合位置是固定的，从而实现可定位。当沿箭头方向转动内环33转速小于外环31转速时，或者沿箭头的反方向转动内环33速度大于外环31速度时，棘爪34的爪尖部与棘齿35的接合面分离，从而使驱动装置和从动装置之间脱离，实现超越状态。

实施例二

上述实施例为一体式结构，但为适应更多安装环境，本离合器也可以是分离式结构，有三种类型，包括内环分离式、外环分离式以及内环外环分离式。本实施例提供一种内环分离式的可定位超越离合器，如图4所示，结构与实施例一大体相同，不同之处在于：内环分为定位内环42和滑动内环44两部分，棘爪及弹簧位于定位内环上42，槽道位于滑动内环44上。

实施例三

本实施例提供一种外环分离式的可定位超越离合器，如图5所示，结构与实施例一大体相同，不同之处在于：外环分为定位外环52和滑动外环51两部分，棘齿及凸起配重位于定位外环52上，槽道位于滑动外环上51上。

实施例四

本实施例提供一种内环外环分离式的可定位超越离合器，如图6所示，结构与实施例一大体相同，不同之处在于：内环分为定位内环65和滑动内环63，棘爪及弹簧位于定位内环65上，槽道位于滑动内环63上；外环分为定位外环64和滑动外环61两部分，棘齿及凸起配重位于定位外环64上，槽道位于滑动外环61上。

需指出的是，上述三种分离式结构的离合器，其分开的内环或外环在安装时必须为同心安装，但是可以分别安装即调整固定位置，分开的内环或外环可采用不同的内径或外径，这样极大地扩展了应用的场合和环境。

本发明提供的各种类型的可定位超越离合器由于只能使用一个棘爪和棘齿，若无平衡措施，系统质量中心就不会在旋转中心轴上，旋转时会产生振动而导致无法工作，为此必须在外环内侧加入凸起配重以平衡系统偏离的重心。如图7A所示，在外环71的棘齿72的对侧加入凸起配重73，凸起配重73首先必须可以保证棘爪在不同方向通过且不受阻，其次易于加工，故凸起配重73使用如图所示圆切平面结构。为保证体系的平衡，在二者厚度相同的前提下，必须保证棘齿72和凸起配重73沿中心点对称布置且面积相等，据此下文展开计算。

计算示意图如图7B所示，棘齿72由圆切1和三角形2组成，凸起配重73由圆切3组成。棘齿72对应的圆心角为θ₁，凸起配重73对应的圆心角为θ₂，θ₁和θ₂为圆心对称(即θ₁旋转180度后处于θ₂正中)。其中圆切1面积S₁≈R²θ₁³/12，三角形2面积S₂≈R²θ₁³/4，故棘齿72面积＝S₁+S₂≈R²θ₁³/3。配重凸起73面积等于圆切3面积S₃，S₃≈R²θ₂³/12。为使系统平衡，须S₁+S₂＝S₃，故得出R²θ₁³/3≈R²θ₂³/12，θ₂≈1.5874θ₁。

在上述计算的基础上经过大量实验并使用动平衡仪验算修正，得到棘齿72和凸起配重73的设计需满足θ₁在5-30度之间，在误差允许范围内θ₂＝1.497θ₁，即可实现平衡结构，并实现系统平稳运行。

实施例五

在此提供另一种一体式可定位超越离合器，与实施例一的可定位超越离合器大体相同，不同之处在于，棘齿、棘爪及弹簧的安装位置正好相反，如图8所示。具体为棘齿85设于内环83的外侧壁上，棘爪84及弹簧87设于外环81的内侧壁上。当沿图8中顺时针转动外环81转速大于内环83时，或者逆时针转动外环81转速小于内环83时，棘爪84与棘齿85接合，否则二者分离。

实施例六

在此提供另一种内环分离式的可定位超越离合器，与实施例二的可定位超越离合器大体相同，不同之处在于，棘齿、棘爪及弹簧的安装位置正好相反，不再赘述。

实施例七

在此提供另一种外环分离式的可定位超越离合器，与实施例三的可定位超越离合器大体相同，不同之处在于，棘齿、棘爪及弹簧的安装位置正好相反，不再赘述。

实施例八

在此提供另一种内环外环分离式的可定位超越离合器，与实施例四的可定位超越离合器大体相同，不同之处在于，棘齿、棘爪及弹簧的安装位置正好相反，不再赘述。

上述实施例五至八的各个凸起配重仍在外环上，处于外环上的棘爪与弹簧的正对面，质量等于棘爪与棘齿质量之和减去两个圆柱形槽刨掉的质量。其中，两圆柱形槽为棘爪的爪根部和弹簧的根部所在的两个圆柱形槽，两圆柱形槽刨掉的质量是指外环材料刨出该两个槽所刨掉的质量。凸起配重的质量及对应的圆心角度与上述相同，此处不再赘述，但需指出的是，该数据不以为限。

现列举一应用实例，如图9所示。在一个典型的电机双驱动系统中，驱动装置A91和驱动装置B95以800-1500转每分钟的速度驱动从动盘93转动。其中，超越离合器B94为本发明提供的可定位超越离合器，超越离合器A92为普通的超越离合器。从动盘93上右侧有一目标物96，需要在驱动装置B95主驱动时图像检测该点影像。如果没有定位功能，则只能使用高速相机97拍摄整个从动盘93所有位置，并设法慢放录像内容并找到需要监测的点。而如果超越离合器有了定位功能，则可以通过驱动装置B95控制转动相位角，而使高速相机97可以只在目标点经过相机前时曝光，并得到实时连续的单点区域的影像信息。

现提供另一应用实例，样品的萃取、离心分离及提取分离液是有机实验分析中非常常用的一种操作，而该操作的自动化实施手段非常有限，通常为机械臂辅助转移，造价非常昂贵。而如图10A、图10B所示为一个简单便捷的自动样品分离及转移装置，其中可定位超越离合器106在驱动轴101在箭头所指方向转动时接合。样品瓶105和测试瓶104在可定位超越离合器106接合时两个瓶子位置相同，二瓶通道打开，液体可以从样品瓶105流向测试瓶104中。

使用时，电机107首先以4000转每分钟的转速向箭头所指方向的反方向转动，此时可定位超越离合器106处于超越状态，外盘103基本不受到驱动力，基本不旋转。此时内盘102受到驱动轴101的驱动力旋转。样品瓶105中的样品因受离心力而分层。之后电机107停止转动，并按箭头所指方向以1000转每分钟的转速转动。此时可定位超越离合器106很快处于接合状态，内盘102和外盘103同步转动，测试瓶104和样品瓶105处在同一位置，且液体通道打开，样品瓶105中外层液体流向测试瓶104中。当测试瓶104中液体装满后，流动转移停止，则可以按照测试瓶104的容积控制液体转移量并决定收集外层或内层试剂。