本發(fā)明涉及一種無(wú)極變速傳動(dòng)裝置，特別是一種電磁鐵-超聲換能器的宏微的無(wú)極變速傳動(dòng)裝置及方法，屬于變速器領(lǐng)域的無(wú)極變速器。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)及生產(chǎn)力的不斷進(jìn)步，新型變速器的設(shè)計(jì)都要求做到小型化，對(duì)輸出轉(zhuǎn)速的精度要求也越來(lái)越高。這種發(fā)展趨勢(shì)使得現(xiàn)有的減速器的缺陷愈發(fā)明顯，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、傳動(dòng)精度不高、不耐沖擊等。電磁鐵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其磁性有無(wú)可以用通、斷電流控制；磁性的大小可以用電流的強(qiáng)弱或線圈的匝數(shù)多少來(lái)控制；也可通過(guò)改變電阻控制電流大小來(lái)控制磁性大小，在日常生活中有著極其廣泛的應(yīng)用。利用電磁鐵吸力產(chǎn)生摩擦力矩，可以在宏觀上起到摩擦減速的效果，初步將轉(zhuǎn)速控制在所需范圍內(nèi)（即宏觀調(diào)速）；如果在電磁鐵和輸出軸之間設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)速微幅控制機(jī)構(gòu)，就能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速的精確控制（即微觀調(diào)速）。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于電磁鐵-超聲換能器宏微結(jié)合的無(wú)極變速傳動(dòng)裝置及其工作方法，通過(guò)宏觀與微觀控制相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)極減速，減速裝置體積小，易于加工、裝配和使用，速度變化連續(xù)可調(diào)且響應(yīng)時(shí)間快、易控制。

為實(shí)現(xiàn)上述功能。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種電磁鐵-超聲換能器宏微結(jié)合的無(wú)極變速傳動(dòng)裝置，包括箱體、箱體具有前端蓋和后端蓋，還包括安裝于箱體前部的輸入軸組件、安裝于箱體后部的輸出軸組件；上述輸入軸組件包括輸入軸；該輸入軸具有軸肩結(jié)構(gòu)，輸入軸上位于軸肩結(jié)構(gòu)后方依次安裝第一軸承、摩擦盤(pán)和第一鎖緊螺母；上述摩擦盤(pán)通過(guò)鍵安裝于輸入軸上，并通過(guò)第一鎖緊螺母與軸肩結(jié)構(gòu)固定于輸入軸上；第一軸承外圈與箱體配合，并通過(guò)箱體的內(nèi)臺(tái)階結(jié)構(gòu)和前端蓋固定；輸入軸穿過(guò)前端蓋；摩擦盤(pán)與輸出軸組件相對(duì)的盤(pán)面具有摩擦材料層；上述輸出軸組件包括制動(dòng)盤(pán)，制動(dòng)盤(pán)中心空腔內(nèi)安裝有電磁鐵，制動(dòng)盤(pán)后端通過(guò)法蘭固定安裝輸出軸，制動(dòng)盤(pán)盤(pán)面上均勻布置若干組超聲換能器；上述制動(dòng)盤(pán)安裝于第二軸承中，制動(dòng)盤(pán)通過(guò)一端的外臺(tái)階結(jié)構(gòu)和另一端安裝的二鎖緊螺母固定于第二軸承內(nèi)圈；第二軸承外圈與上述箱體內(nèi)壁間隙配合；第二軸承外圈前端面與固定于箱體內(nèi)的碟簧接觸，第二軸承外圈后端面與后端蓋接觸并定位；上述電磁鐵與所述輸入軸的后端面對(duì)應(yīng)，上述超聲換能器前端部與上述摩擦盤(pán)上的摩擦材料層對(duì)應(yīng)。

本發(fā)明利用電磁鐵通電產(chǎn)生的磁場(chǎng)，對(duì)輸入軸產(chǎn)生吸力，超聲換能器對(duì)摩擦盤(pán)施加正壓力，從而產(chǎn)生摩擦力矩，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩從輸入軸到輸出軸之間的傳遞，通過(guò)控制流經(jīng)電磁鐵的電流控制磁場(chǎng)力的大小，進(jìn)而控制輸出軸的速度，使其接近工作所需的速度；初步實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的傳遞后，給超聲換能器施加激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)超聲換能器的的工作電壓、工作頻率或者高頻開(kāi)關(guān)控制，微幅調(diào)節(jié)超聲換能器與摩擦盤(pán)的摩擦力矩，通過(guò)速度傳感器的信號(hào)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)盤(pán)速度的閉環(huán)控制，使得輸出軸的的轉(zhuǎn)速無(wú)限逼近工作所需的速度，達(dá)到轉(zhuǎn)速的精確控制；當(dāng)工作停止時(shí)，停止對(duì)電磁鐵的供電，電磁鐵失去磁性，在碟簧的作用下，制動(dòng)盤(pán)會(huì)整體向后移動(dòng)，使超聲換能器底部與摩擦盤(pán)上表面的摩擦材料層脫離，輸出軸停止旋轉(zhuǎn)。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：整個(gè)減速裝置中沒(méi)有采用齒輪等結(jié)構(gòu)固定減速比，輸出軸的轉(zhuǎn)速可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，達(dá)到無(wú)極變速；在機(jī)構(gòu)中加上速度傳感器，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本傳動(dòng)裝置的閉環(huán)控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：該裝置通過(guò)宏觀與微觀控制相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)極減速，減速裝置體積小，易于加工、裝配和使用，速度變化連續(xù)可調(diào)且響應(yīng)時(shí)間快、易控制。

附圖說(shuō)明

圖1是一種基于電磁鐵-超聲換能器宏微結(jié)合的無(wú)極變速傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)號(hào)名稱(chēng)：1.輸出軸，2.法蘭螺釘，3.后端蓋，4.制動(dòng)盤(pán)螺釘，5.制動(dòng)盤(pán)，6.第二軸承，7.碟簧，8.箱體，9.第一軸承，10.前端蓋，11.輸入軸，12.電磁鐵，13.第二鎖緊螺母，14.超聲換能器，15.摩擦材料層，16.摩擦盤(pán)，17.第一鎖緊螺母，18.鍵。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本專(zhuān)利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。

一種基于電磁鐵-超聲換能器宏微結(jié)合的無(wú)極變速傳動(dòng)裝置，其包括輸入軸11、前端蓋10、第一軸承6、第二軸承9、箱體8、碟簧7、制動(dòng)盤(pán)5、后端蓋3、輸出軸1、電磁鐵12、第二鎖緊螺母13、第一鎖緊螺母17、超聲換能器14、摩擦材料層15、摩擦盤(pán)16、鍵18，其中，四個(gè)超聲換能器分別由制動(dòng)盤(pán)螺釘4，上下兩個(gè)彈性體以及壓電陶瓷組成；制動(dòng)盤(pán)5的上端與輸出軸1使用法蘭連接，并通過(guò)法蘭螺釘2固聯(lián)，電磁鐵12通過(guò)膠水固定在制動(dòng)盤(pán)5內(nèi)圈，以防止電磁鐵12在制動(dòng)盤(pán)5內(nèi)晃動(dòng)，電磁鐵12與輸入軸11之間有2mm的間隙，制動(dòng)盤(pán)上另鉆有四個(gè)通孔，與四個(gè)超聲換能器相連，箱體8內(nèi)部設(shè)計(jì)有臺(tái)階孔，臺(tái)階孔與第二軸承6間放置一碟簧7，在電磁鐵未通電時(shí)防止電磁鐵12與輸入軸1接觸，制動(dòng)盤(pán)5通過(guò)第二軸承6與箱體8連接，通過(guò)制動(dòng)盤(pán)5上的臺(tái)階及第二鎖緊螺母13固定；摩擦盤(pán)16上表面粘貼有一圈摩擦材料15，用于提供更好的摩擦減速效果，輸入軸11為臺(tái)階軸，輸入軸11與摩擦盤(pán)16使用鍵18連接，并用第一鎖緊螺母17固定；輸入軸11中部通過(guò)第一軸承9與箱體8連接，并用臺(tái)階與端蓋10進(jìn)行固定。

本發(fā)明的工作原理是：第二軸承6與箱體8間采用間隙配合，當(dāng)電磁鐵12通電時(shí)，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)力可以使制動(dòng)盤(pán)5整體向下運(yùn)動(dòng)，直至超聲換能器的下表面與摩擦盤(pán)16上表面接觸并施加一定的正壓力，產(chǎn)生摩擦力矩，在摩擦力矩的作用下，可以實(shí)現(xiàn)輸入軸和輸出軸之間的轉(zhuǎn)矩傳遞，通過(guò)控制流經(jīng)電磁鐵12的電流可以控制磁場(chǎng)力的大小，進(jìn)而可以控制輸出軸1的速度，使其接近工作所需的速度α（即宏觀調(diào)速）；之后，給超聲換能器施加激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)超聲換能器的的工作電壓、工作頻率或者高頻開(kāi)關(guān)控制，微幅調(diào)節(jié)超聲換能器與摩擦盤(pán)16的摩擦力矩，通過(guò)速度傳感器的信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)盤(pán)速度的閉環(huán)控制，使得輸出軸1的的轉(zhuǎn)速無(wú)限逼近α，達(dá)到轉(zhuǎn)速的精確控制（即微觀調(diào)速）；當(dāng)工作停止時(shí)，可以停止對(duì)電磁12鐵的供電，電磁鐵12失去磁性，在碟簧7的作用下，制動(dòng)盤(pán)5會(huì)整體向上移動(dòng)，使超聲換能器底部與摩擦盤(pán)16上表面的摩擦材料15脫離，輸出軸停止旋轉(zhuǎn)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。