本實用新型涉及機械領域，具體涉及一種可定位的超越離合器。

背景技術：

超越離合器是隨著機電一體化發(fā)展而出現(xiàn)的基礎件，它是用于原動機和工作機之間或機器內(nèi)部主動軸和從動軸之間的起動力傳遞與分離功能的重要部件，是利用主動、從動裝置的速度變化或旋轉(zhuǎn)方向的變換具有自動離合功能的裝置。圖1為常見的楔塊式單向超越離合器示意圖，其包括外環(huán)11、內(nèi)環(huán)12、楔塊13和彈簧14。圖2為常見的棘爪式超越離合器示意圖，其包括外環(huán)21、內(nèi)環(huán)22和棘爪23。

通常超越離合器反應快速，通用性好，但在接合時其外環(huán)、內(nèi)環(huán)的相對位置不固定，無法保證內(nèi)外環(huán)間的相對位置固定。當系統(tǒng)對定位有需求時，如系統(tǒng)需要對從動裝置上一點進行紅外溫度測量或圖像捕捉時，使用步進電機或伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)可對主動裝置角度位置進行精確控制，以定位從動裝置某點的位置。但當離合器超越，再次接合時，主動和從動裝置相對角度位置就發(fā)生了變化，此時雖然可以對主動裝置進行精確定位，但是從動位置已經(jīng)不確定了。

為解決這一問題，傳統(tǒng)方法往往還需要加入輔助定位系統(tǒng)來實現(xiàn)該功能，這不但增加了體積和價格，還額外引入了潛在的故障點。

技術實現(xiàn)要素：

為克服上述不足，本實用新型提供一種可定位超越離合器，可以使超越離合器的內(nèi)外環(huán)相對位置固定，當系統(tǒng)超越時對性能沒有影響，當系統(tǒng)接合時內(nèi)外環(huán)相對位置固定不變。

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：

一種可定位超越離合器，包括一外環(huán)、一內(nèi)環(huán)以及連接該外環(huán)和內(nèi)環(huán)的多個滾珠；沿該外環(huán)的內(nèi)側(cè)壁一周含有一槽道，沿該內(nèi)環(huán)的外側(cè)壁一周含有一對應槽道，所述滾珠位于該兩個槽道之間并可沿槽道滾動；該外環(huán)的內(nèi)側(cè)壁與該內(nèi)環(huán)的外側(cè)壁其中一個設有一棘齒，另一個設有一可與該棘齒接合或分離的棘爪。

進一步地，棘齒包括一接合面和一分離面；棘爪包括爪尖部和位于內(nèi)環(huán)上的爪根部，爪尖部可繞爪根部在一角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，在棘爪一側(cè)設有一支撐該棘爪的彈簧。

進一步地，棘齒設于外環(huán)的內(nèi)側(cè)壁上，棘爪設于內(nèi)環(huán)的外側(cè)壁上。

進一步地，棘齒設于內(nèi)環(huán)的外側(cè)壁上，棘爪設于外環(huán)的內(nèi)側(cè)壁上。

進一步地，在外環(huán)的側(cè)壁上還設有一凸起配重，該凸起配重與外環(huán)上的棘齒或棘爪質(zhì)量相等，關于圓心對稱布置。

進一步地，外環(huán)上的棘齒或棘爪對應的圓心角角度為5-30度。

進一步地，凸起配重對應的圓心角角度為外環(huán)上的棘齒或棘爪對應的圓心角的1.497倍。

進一步地，外環(huán)和內(nèi)環(huán)均為一體式。

進一步地，內(nèi)環(huán)為分離式，包括定位內(nèi)環(huán)和滑動內(nèi)環(huán)，棘齒或棘爪位于定位內(nèi)環(huán)上，槽道位于滑動內(nèi)環(huán)上。

進一步地，外環(huán)為分離式，包括定位外環(huán)和滑動外環(huán)，棘齒或棘爪位于定位外環(huán)上，槽道位于滑動外環(huán)上。

進一步地，內(nèi)環(huán)和外環(huán)均為分離式；內(nèi)環(huán)包括定位內(nèi)環(huán)和滑動內(nèi)環(huán)，棘齒或棘爪位于定位內(nèi)環(huán)上，槽道位于滑動內(nèi)環(huán)上；外環(huán)包括定位外環(huán)和滑動外環(huán)，對應地棘爪或棘齒位于定位外環(huán)上，槽道位于滑動外環(huán)上。

本實用新型的有益效果是：本實用新型提供的可定位超越離合器通過采用唯一的棘爪和棘齒，可以使超越離合器的內(nèi)外環(huán)相對位置固定，當系統(tǒng)超越時對性能沒有影響，當系統(tǒng)接合時內(nèi)外環(huán)相對位置固定不變。通過進一步采用分離式結構，可對定位內(nèi)環(huán)(或外環(huán))及滑動內(nèi)環(huán)(或外環(huán))分別進行安裝，安裝更加方便，尺寸可以不同，適用更多的應用及安裝環(huán)境。本離合器通過計算及修正，給出棘齒和配重的最佳角度范圍，以及給出二者便于加工的形狀，降低加工成本。

附圖說明

圖1為楔塊式單向超越離合器平面示意圖。

圖中：11-外環(huán)，12-內(nèi)環(huán)，13-楔塊，14-彈簧。

圖2為棘爪式超越離合器平面示意圖。

圖中：21-外環(huán)，22-內(nèi)環(huán)，23-棘爪。

圖3A為一體式可定位超越離合器平面示意圖。

圖3B為一體式可定位超越離合器立體示意圖。

圖中：31-外環(huán)，32-滾珠，33-內(nèi)環(huán)，34-棘爪，35-棘齒，36-凸起配重，37-彈簧，38-外環(huán)槽道，39-內(nèi)環(huán)槽道。

圖4為內(nèi)環(huán)分離式可定位超越離合器立體示意圖。

圖中：41-外環(huán)，42-定位內(nèi)環(huán)，43-滾珠，44-滑動內(nèi)環(huán)。

圖5為外環(huán)分離式可定位超越離合器立體示意圖。

圖中：51-滑動外環(huán)，52-滾珠，53-內(nèi)環(huán)，54-定位外環(huán)。

圖6為內(nèi)環(huán)外環(huán)分離式可定位超越離合器立體示意圖。

圖中：61-滑動外環(huán)，62-滾珠，63-滑動內(nèi)環(huán)，64-定位外環(huán)，65-定位內(nèi)環(huán)。

圖7A為可定位超越離合器的外環(huán)結構平面示意圖。

圖中：71-外環(huán)，72-棘齒，73-凸起配重。

圖7B為可定位超越離合器的棘齒及凸起的計算示意圖。

圖中：1-圓切，2-三角形，3-圓切。

圖8為另一種一體式可定位超越離合器立體示意圖。

圖中：81-外環(huán)，82-滾珠，83-內(nèi)環(huán)，84-棘爪，85-棘齒，86-凸起配重，87-彈簧。

圖9為一應用實例的電機雙驅(qū)動系統(tǒng)示意圖。

圖中：91-驅(qū)動裝置A，92-超越離合器A，93-從動盤，94-超越離合器B，95-驅(qū)動裝置B，96-目標物，97高速相機。

圖10A為另一應用實例的自動樣品分離及轉(zhuǎn)移裝置頂視圖。

圖10B為圖10A沿A-A剖視圖。

圖中：101-驅(qū)動軸，102-內(nèi)盤，103-外盤，104-測試瓶，105-樣品瓶，106-可定位超越離合器，107-電機。

具體實施方式

為使本實用新型的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖作詳細說明如下。

實施例一

本實施例提供一種可定位超越離合器，為典型的一體式，結構如圖3A、圖3B所示，包含內(nèi)環(huán)33、外環(huán)31、滾珠32、棘爪34、棘齒35、凸起配重36和彈簧37。內(nèi)環(huán)33的外側(cè)壁上沿圓周一周含有一內(nèi)環(huán)槽道39，外環(huán)31的內(nèi)側(cè)壁上的同樣高度沿圓周一周含有一對應外環(huán)槽道38，內(nèi)環(huán)33和外環(huán)31通過卡在槽道內(nèi)的滾珠32活動連接在一起。在內(nèi)環(huán)33和外環(huán)31上分別設有唯一棘爪34和唯一棘齒35。

棘爪34包括爪尖部和轉(zhuǎn)動連接在內(nèi)環(huán)上的爪根部，內(nèi)環(huán)33上爪根部所在處為一個一側(cè)開口的圓柱形槽，開口寬度小于圓柱形槽的直徑，爪根部為與該圓柱形槽尺寸配合的圓柱體，即直徑略小于槽直徑，但大于開口寬度，這樣可使得爪尖部在槽內(nèi)轉(zhuǎn)動而不至于從開口脫離出。彈簧37在棘爪34傾倒的一側(cè)，彈簧37根部與內(nèi)環(huán)33連接方式相似于棘爪34的爪根部與內(nèi)環(huán)33的連接，即卡接于一圓柱形槽內(nèi)，但不同之處在于彈簧37借助自身彈性實現(xiàn)固定卡接。彈簧37的尖部抵靠于棘爪34的爪尖部，以實現(xiàn)彈性支撐，彈力使得棘爪34向傾倒方向的反方向移動，以確保爪尖部抵靠在外環(huán)31內(nèi)側(cè)壁上。棘齒35的形狀近似于圓切的一半，兩邊的左邊較短且陡峭，指向圓心，本文稱之為接合面；右邊較長且平緩，本文稱之為分離面。當內(nèi)環(huán)33按照圖3A中箭頭所指方向轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)速大于外環(huán)31在同方向轉(zhuǎn)速時，棘爪34的爪尖部抵接至棘齒35的接合面，實現(xiàn)本離合器的接合。另外，當外環(huán)31與內(nèi)環(huán)33沿著箭頭的反方向轉(zhuǎn)動時，若內(nèi)環(huán)33小于外環(huán)31速度，也可實現(xiàn)二者的結合。本離合器在且只在棘爪34卡在棘齒35的位置時才可接合，該位置為唯一的，因此本離合器接合位置是固定的，從而實現(xiàn)可定位。當沿箭頭方向轉(zhuǎn)動內(nèi)環(huán)33轉(zhuǎn)速小于外環(huán)31轉(zhuǎn)速時，或者沿箭頭的反方向轉(zhuǎn)動內(nèi)環(huán)33速度大于外環(huán)31速度時，棘爪34的爪尖部與棘齒35的接合面分離，從而使驅(qū)動裝置和從動裝置之間脫離，實現(xiàn)超越狀態(tài)。

實施例二

上述實施例為一體式結構，但為適應更多安裝環(huán)境，本離合器也可以是分離式結構，有三種類型，包括內(nèi)環(huán)分離式、外環(huán)分離式以及內(nèi)環(huán)外環(huán)分離式。本實施例提供一種內(nèi)環(huán)分離式的可定位超越離合器，如圖4所示，結構與實施例一大體相同，不同之處在于：內(nèi)環(huán)分為定位內(nèi)環(huán)42和滑動內(nèi)環(huán)44兩部分，棘爪及彈簧位于定位內(nèi)環(huán)上42，槽道位于滑動內(nèi)環(huán)44上。

實施例三

本實施例提供一種外環(huán)分離式的可定位超越離合器，如圖5所示，結構與實施例一大體相同，不同之處在于：外環(huán)分為定位外環(huán)52和滑動外環(huán)51兩部分，棘齒及凸起配重位于定位外環(huán)52上，槽道位于滑動外環(huán)上51上。

實施例四

本實施例提供一種內(nèi)環(huán)外環(huán)分離式的可定位超越離合器，如圖6所示，結構與實施例一大體相同，不同之處在于：內(nèi)環(huán)分為定位內(nèi)環(huán)65和滑動內(nèi)環(huán)63，棘爪及彈簧位于定位內(nèi)環(huán)65上，槽道位于滑動內(nèi)環(huán)63上；外環(huán)分為定位外環(huán)64和滑動外環(huán)61兩部分，棘齒及凸起配重位于定位外環(huán)64上，槽道位于滑動外環(huán)61上。

需指出的是，上述三種分離式結構的離合器，其分開的內(nèi)環(huán)或外環(huán)在安裝時必須為同心安裝，但是可以分別安裝即調(diào)整固定位置，分開的內(nèi)環(huán)或外環(huán)可采用不同的內(nèi)徑或外徑，這樣極大地擴展了應用的場合和環(huán)境。

本實用新型提供的各種類型的可定位超越離合器由于只能使用一個棘爪和棘齒，若無平衡措施，系統(tǒng)質(zhì)量中心就不會在旋轉(zhuǎn)中心軸上，旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生振動而導致無法工作，為此必須在外環(huán)內(nèi)側(cè)加入凸起配重以平衡系統(tǒng)偏離的重心。如圖7A所示，在外環(huán)71的棘齒72的對側(cè)加入凸起配重73，凸起配重73首先必須可以保證棘爪在不同方向通過且不受阻，其次易于加工，故凸起配重73使用如圖所示圓切平面結構。為保證體系的平衡，在二者厚度相同的前提下，必須保證棘齒72和凸起配重73沿中心點對稱布置且面積相等，據(jù)此下文展開計算。

計算示意圖如圖7B所示，棘齒72由圓切1和三角形2組成，凸起配重73由圓切3組成。棘齒72對應的圓心角為θ₁，凸起配重73對應的圓心角為θ₂，θ₁和θ₂為圓心對稱(即θ₁旋轉(zhuǎn)180度后處于θ₂正中)。其中圓切1面積S₁≈R²θ₁³/12，三角形2面積S₂≈R²θ₁³/4，故棘齒72面積＝S₁+S₂≈R²θ₁³/3。配重凸起73面積等于圓切3面積S₃，S₃≈R²θ₂³/12。為使系統(tǒng)平衡，須S₁+S₂＝S₃，故得出R²θ₁³/3≈R²θ₂³/12，θ₂≈1.5874θ₁。

在上述計算的基礎上經(jīng)過大量實驗并使用動平衡儀驗算修正，得到棘齒72和凸起配重73的設計需滿足θ₁在5-30度之間，在誤差允許范圍內(nèi)θ₂＝1.497θ₁，即可實現(xiàn)平衡結構，并實現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

實施例五

在此提供另一種一體式可定位超越離合器，與實施例一的可定位超越離合器大體相同，不同之處在于，棘齒、棘爪及彈簧的安裝位置正好相反，如圖8所示。具體為棘齒85設于內(nèi)環(huán)83的外側(cè)壁上，棘爪84及彈簧87設于外環(huán)81的內(nèi)側(cè)壁上。當沿圖8中順時針轉(zhuǎn)動外環(huán)81轉(zhuǎn)速大于內(nèi)環(huán)83時，或者逆時針轉(zhuǎn)動外環(huán)81轉(zhuǎn)速小于內(nèi)環(huán)83時，棘爪84與棘齒85接合，否則二者分離。

實施例六

在此提供另一種內(nèi)環(huán)分離式的可定位超越離合器，與實施例二的可定位超越離合器大體相同，不同之處在于，棘齒、棘爪及彈簧的安裝位置正好相反，不再贅述。

實施例七

在此提供另一種外環(huán)分離式的可定位超越離合器，與實施例三的可定位超越離合器大體相同，不同之處在于，棘齒、棘爪及彈簧的安裝位置正好相反，不再贅述。

實施例八

在此提供另一種內(nèi)環(huán)外環(huán)分離式的可定位超越離合器，與實施例四的可定位超越離合器大體相同，不同之處在于，棘齒、棘爪及彈簧的安裝位置正好相反，不再贅述。

上述實施例五至八的各個凸起配重仍在外環(huán)上，處于外環(huán)上的棘爪與彈簧的正對面，質(zhì)量等于棘爪與棘齒質(zhì)量之和減去兩個圓柱形槽刨掉的質(zhì)量。其中，兩圓柱形槽為棘爪的爪根部和彈簧的根部所在的兩個圓柱形槽，兩圓柱形槽刨掉的質(zhì)量是指外環(huán)材料刨出該兩個槽所刨掉的質(zhì)量。凸起配重的質(zhì)量及對應的圓心角度與上述相同，此處不再贅述，但需指出的是，該數(shù)據(jù)不以為限。

現(xiàn)列舉一應用實例，如圖9所示。在一個典型的電機雙驅(qū)動系統(tǒng)中，驅(qū)動裝置A91和驅(qū)動裝置B95以800-1500轉(zhuǎn)每分鐘的速度驅(qū)動從動盤93轉(zhuǎn)動。其中，超越離合器B94為本實用新型提供的可定位超越離合器，超越離合器A92為普通的超越離合器。從動盤93上右側(cè)有一目標物96，需要在驅(qū)動裝置B95主驅(qū)動時圖像檢測該點影像。如果沒有定位功能，則只能使用高速相機97拍攝整個從動盤93所有位置，并設法慢放錄像內(nèi)容并找到需要監(jiān)測的點。而如果超越離合器有了定位功能，則可以通過驅(qū)動裝置B95控制轉(zhuǎn)動相位角，而使高速相機97可以只在目標點經(jīng)過相機前時曝光，并得到實時連續(xù)的單點區(qū)域的影像信息。

現(xiàn)提供另一應用實例，樣品的萃取、離心分離及提取分離液是有機實驗分析中非常常用的一種操作，而該操作的自動化實施手段非常有限，通常為機械臂輔助轉(zhuǎn)移，造價非常昂貴。而如圖10A、圖10B所示為一個簡單便捷的自動樣品分離及轉(zhuǎn)移裝置，其中可定位超越離合器106在驅(qū)動軸101在箭頭所指方向轉(zhuǎn)動時接合。樣品瓶105和測試瓶104在可定位超越離合器106接合時兩個瓶子位置相同，二瓶通道打開，液體可以從樣品瓶105流向測試瓶104中。

使用時，電機107首先以4000轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速向箭頭所指方向的反方向轉(zhuǎn)動，此時可定位超越離合器106處于超越狀態(tài)，外盤103基本不受到驅(qū)動力，基本不旋轉(zhuǎn)。此時內(nèi)盤102受到驅(qū)動軸101的驅(qū)動力旋轉(zhuǎn)。樣品瓶105中的樣品因受離心力而分層。之后電機107停止轉(zhuǎn)動，并按箭頭所指方向以1000轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。此時可定位超越離合器106很快處于接合狀態(tài)，內(nèi)盤102和外盤103同步轉(zhuǎn)動，測試瓶104和樣品瓶105處在同一位置，且液體通道打開，樣品瓶105中外層液體流向測試瓶104中。當測試瓶104中液體裝滿后，流動轉(zhuǎn)移停止，則可以按照測試瓶104的容積控制液體轉(zhuǎn)移量并決定收集外層或內(nèi)層試劑。