飞轮的自动气动离合机构及使用方法与流程

本发明涉及一种飞轮与轴之间能够自动离合的机械结构，尤其涉及一种使用市场通用的薄型气缸来驱动飞轮与轴之间的离合以及小型电吸盘以不同模式吸附飞轮的自动气动离合机构。

背景技术：

飞轮的作用是增加轴的转动惯量和稳定轴的转速，通常情况下，飞轮都是固定安装在轴上并与轴同转。但是有些场合要求飞轮既可以与轴同转,又可以静止不动让轴空转,还能自动变换飞轮转或不转的状态,这就需要在飞轮与轴之间装有轴承和自动离合机构。目前机械制造行业可用的飞轮自动离合机构只有电磁离合器。然而,电磁离合器无论摩擦式、牙嵌式,价格都太高,结构复杂,使用不方便,自身转动惯量大(如同一个小飞轮),尤其是抗过载能力差,不适应传动飞轮因轴突然停转而产生的强大冲击性旋转动能，因此，电磁离合器用于飞轮自动离合很不理想，但又别无选择。

发明內容

针对现有技术中所存在的问题，本发明提供一种适当加大了牙隙的矩形牙牙嵌式离合器,由薄型气缸通过摆杆驱动离合以及电吸盘以不同模式吸附飞轮的自动气动离合机构及使用方法,无论大小飞轮都能可靠自动离合。也就是说本发明提供一种通过电路控制并利用薄型气缸和电吸盘，使配装在轴和飞轮上均具有大牙隙矩形牙的动牙盘与静牙盘在分离过程中,实现飞轮不转或随轴空转；动牙盘与静牙盘在接合过程中，实现刚开始飞轮不转，接合后飞轮才会随轴旋转的飞轮的自动气动离合机构。

本发明所述飞轮的自动气动离合机构应当同时具有以下功能：一、当轴开始低速转动时，能够使离合器快速分离，并且在分离过程中和分离之后，根据不同的需要，能使飞轮不随轴转动，也能使飞轮随轴空转；二、当轴开始低速转动时,使飞轮在离合器开始接合瞬间不会随轴转动，离合器接合后，飞轮才会随轴旋转。

本发明所述飞轮的自动离合机构，它包括底板、飞轮、轴、具有矩形牙的动牙盘和静牙盘，所述飞轮用轴承配装在轴上，轴承有轴向定位，静牙盘固定装在飞轮的端面上与飞轮形成同心体，所述动牙盘套装在轴上有键连接，所述动牙盘外圆具有环形槽，底板上固定设置有薄型气缸、弹性支架和垂销，所述薄型气缸的活塞杆的扁头段与摆杆一端活动相连，摆杆中段与垂销活动相连，摆杆另一端上配装有能够伸入到动牙盘环形槽内的滚轮，所述弹性支架的一面配装有平行靠近飞轮端面的电吸盘，所述动牙盘和静牙盘相对的端面上均具有矩形牙，所述动牙盘在摆杆作用下能够在轴上作轴向移动并与静牙盘实现接合和分离，通过电路控制能够使动牙盘和静牙盘上的矩形牙在接合和分离过程中实现轴转飞轮不转和飞轮随轴旋转。

进一步地，所述矩形牙的动牙盘和静牙盘接合后的矩形牙牙间间隙为牙盘圆平面弧度4～7°，所述牙间间隙为大牙隙。

本发明所述飞轮的自动离合机构的使用方法，它包括以下内容：

离合器分离：当轴开始低速转动的时，继电器j不吸合，ja、jb两组触点都为常闭状态，ja的常闭触点将电吸盘直接接通直流电源，电吸盘有电流就会产生吸力克服弹性支架的弹力而吸附飞轮，使分离的飞轮不会随轴转动，同时，继电器jb的常闭触点接空使电控换向阀断电，其断电状态的气路使薄型气缸的活塞杆处于退缩状态,拉动摆杆绕垂销的圆心产生杠杆作用,摆杆一端的滚轮将动牙盘拨离静牙盘，使动牙盘和静牙盘分离,从而实现轴转而飞轮不转；此时若切断直流电源，电吸盘就不会吸附飞轮，飞轮将随轴空转，而电控换向阀本来就是断电状态，这是飞轮在离合器分离时不转或转的两种工作状态；

离合器接合：当轴开始低速转动时，继电器j吸合，ja、jb两组常开触点都动合，ja的常开触点将大容量电容器接通直流电源，形成了直流电源、大容量电容器、电吸盘的充电回路，使大容量电容器开始充电，其充电电流让电吸盘有了吸力克服弹性支架的弹力而吸附飞轮，同时，继电器jb的常开触点让电控换向阀通电而改变气路，使薄型气缸的活塞杆处于前伸状态,推动摆杆绕垂销的圆心产生杠杆作用,摆杆一端的滚轮将动牙盘推向静牙盘，当动牙盘和静牙盘开始接合时，飞轮因被吸附而不随轴转动，离合器的动牙盘和静牙盘之间形成了初始转速差就能够可靠接合，随即大容量电容器充电完成，电吸盘断电松开飞轮使其没有转动阻力，飞轮就可以随轴加速旋转。这是飞轮在离合器接合时先停后转的工作状态。

本发明的有益效果是：与电磁离合器相比，本发明具有结构简单、使用方便可靠、强度大耐冲击、用途广的特点，能使飞轮具有多种工作状态，还可以一轴安装n个飞轮配n套自动气动离合机构，实现一轴多飞轮的离合。本发明的成本很低，小型的电吸盘和薄型气缸都是市场上的通用器件，其它零件也容易加工，总的成本不到相同轴径电磁离合器的十分之一。本发明与现有技术相比具有以下特点：

1、设计了适用的大牙隙矩形牙牙嵌式离合器，矩形牙可以正反转接合即自锁,而且强度大耐冲击,大牙隙有利于接合且不影响飞轮储能、释能的作用,合理的设计不影响牙的强度。

2、设计应用了薄型气缸及摆杆来驱动离合，使用灵活方便，可靠耐用，具有双向推力和全行程推力均衡,实用性远优于电磁铁等其它驱动方式。

3、设计了不同模式应用小型的电吸盘：电吸盘断电不吸附飞轮，使接合的飞轮没有转动阻力，使分离的飞轮会随轴空转；电吸盘直接接通直流电一直吸附飞轮，避免分离的飞轮跟随轴空转且长时间停不下来；电吸盘串联一个大容量电容器接通直流电，可短暂吸附飞轮产生初始转速差，让离合器可靠接合，紧接着又会自行松开飞轮以免产生转动阻力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为本发明的电路原理图。

在图1中，1、电阻2、三极管3、继电器4、大容量电容器5、电吸盘6、电控换向阀7、矩形牙8、直流电源9、飞轮10、轴承11、弹性支架12、薄型气缸13、底板14、活塞杆15、u形槽16、垂销17、摆杆18、滚轮19、键20、轴21、环形槽22、动牙盘23、静牙盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作详细阐述：

如图1所示，本发明的轴20与飞轮9之间装有轴承10，具有大牙隙矩形牙的牙嵌式离合器的静牙盘23通过螺栓紧固和点焊固定安装在飞轮的端面上形成同心体，离合器的动牙盘22套在轴上并用较长的键19连接，较长的键19还对轴承10的內圈轴向定位。摆杆17的中段套在垂销16上,摆杆17的一端装有的滚轮18位于动牙盘22的环形槽21內，摆杆17另一端的端面开有u形槽15，让薄型气缸12的活塞杆14的扁头段从侧面插在u形槽15之內，由穿过通孔的圆柱销相连接。飞轮9平面外侧的弹性支架11上装有小型的电吸盘5,电吸盘不工作时与飞轮之间保持约1mm的平面间隙，垂销、薄型气缸12和弹性支架11都固定在同一块底板13上。

本发明所述离合器的动牙盘套在轴上，可随轴转动又可轴向移动，动牙盘移向飞轮可与静牙盘接合，即轴与飞轮接合；动牙盘反向移动则是轴与飞轮分离。在动牙盘环形槽內的摆杆一端装有滚轮，与轴呈平面直角关系的摆杆，中段套在垂销上，使摆杆可绕垂销作水平摆动，摆杆另一头有u形槽，与侧面插入u形槽內的薄型气缸的活塞杆扁头段用圆柱销连接，活塞杆前伸会推动摆杆将动牙盘拨向静牙盘即离合器接合；活塞杆退缩则拉动摆杆将动牙盘拨离静牙盘即离合器分离。所述飞轮端面外侧的弹性支架上装有小型的电吸盘，电吸盘不工作时与飞轮的端面之间有约1mm的平面间隙，平时互不相干，只有电吸盘通电有了吸力之后才能克服弹性支架的弹力吸附飞轮。矩形牙7的牙嵌式离合器可以正反转接合即自锁，且强度大耐冲击,也很容易加工制造,由于普通机械都要求无间隙传动，因此常规的矩形牙牙嵌式离合器要求牙间间隙越小越好，使这种离合器很难接合,仅在不转动或很小转速差的条件下才能手动接合,理论上不能自动接合。在保证牙的强度要求条件下，适当加大牙隙（动牙盘和静牙盘接合后的矩形牙牙间间隙）有利于接合，也不影响离合器正反转自锁和飞轮储能、释能的作用，但转动惯量小的飞轮接合率很不理想，因为飞轮与轴之间装有轴承，轴承內部的摩擦力会导致尚未接合的飞轮始终跟随轴空转，使飞轮与轴之间几乎没有转速差，离合器经过多次打牙仍不接合或者勉强接合，进一步加大牙隙可能有所改善，但又会影响牙的强度或牙的数量，以9牙为例，动、静两个牙盘接合后的牙间间隙为牙盘圆平面弧度4～7°，若选用6°，则单个牙盘的牙自身的弧度将减小3°，即由常规的20°减小为17°，而单个牙盘的牙槽弧度则由常规的20°加大到23°，如果不想让牙的横截面积变小而影响牙的强度，就只能加大牙的径向尺寸，但加大范围有限，因此只在离合器上想办法是行不通的。如果在轴刚开始转动时，采用某种方式令飞轮暂时不转，就能形成初始转速差，再加上大牙隙的作用，使飞轮无论大小都能可靠接合而且是一触即合，接合后又要立刻松开飞轮使其没有转动阻力,为此采用小型的电吸盘以不同的模式吸附飞轮,是满足上述要求最实用、最简单可靠的方案。具体方法：若要离合器分离，可在轴刚开始转动时让薄型气缸的活塞杆处于退缩状态且电吸盘直接接通直流电,分离的飞轮一直被吸附就不会随轴空转，如果有时候需要分离的飞轮随轴空转，则让电吸盘断电即可;若要离合器接合,可在轴刚开始转动时让电吸盘串联一个大容量电容器接通直流电，同时将薄型气缸的活塞杆转换为前伸状态，通电后大容量电容器充电近1秒钟完成，使串联的电吸盘产生近1秒钟的吸力吸附飞轮,此时轴上的动牙盘低速转动而飞轮上的静牙盘不转，彼此有了小的初始转速差(大转速差不利于接合),就能使大牙隙的离合器可靠接合。电容器充电完成后，串联的电吸盘没有电流会自行松开飞轮，在松开之前离合器刚刚接合带着飞轮转动，飞轮和电吸盘之间会有零点几秒钟的相互摩擦,由于当时转速慢、摩擦时间极短、小型电吸盘的吸力小且为平面之间摩擦,因此影响甚微,之后可以加大轴的转速并且带动飞轮同转。

离合器分离：轴20开始低速转动，同时让小型的电吸盘5直接接通直流电、让薄型气缸12的活塞杆14处于退缩状态，拉动摆杆17绕垂销16的圆心产生杠杆作用，摆杆17一端的滚轮18将动牙盘22拨离静牙盘23使其分离。此后轴20可以加速转动，分离的飞轮9一直被电吸盘5吸附而不会转动，如果不被吸附，就会因轴承10內部存在摩擦力而跟随轴20空转，且长时间停不下来而影响后续的工作，这也是要在低速状态分离的主要原因，即尽量缩短飞轮9空转的时间。

离合器接合：轴20开始低速转动,同时让小型的电吸盘5串联一个大容量电容器4接通直流电、让薄型气缸12改变进气方向即活塞杆14变为前伸状态，推动摆杆17绕垂销16的圆心产生杠杆作用，摆杆17一端的滚轮18将动牙盘22推向静牙盘23使其接合。通电后大容量电容器4充电近1秒钟完成（电容器的容量决定了充电时间，可根据实际需要来决定，充电时间范围在0.5～1秒之间）,与之串联的小型的电吸盘5有了电流就会吸附飞轮9使其不转，这种状态也只能维持近1秒钟,形成轴20与飞轮9之间近1秒钟的初始转速差,让离合器可靠接合。电容器4充电完成后，小型的电吸盘5没有电流就会自行松开飞轮9使其没有转动阻力，轴20可以加速转动且带动已接合的飞轮9同转。

如图2所示,活塞杆17的伸、缩状态由外部的电控换向阀6进行控制,小型的电吸盘5、大容量电容器4和继电器3以及电阻1、三极管2、直流电源（dc）8等组成的外部电路进行控制。