本實(shí)用新型涉及機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種可定位的超越離合器。

背景技術(shù)：

超越離合器是隨著機(jī)電一體化發(fā)展而出現(xiàn)的基礎(chǔ)件，它是用于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間或機(jī)器內(nèi)部主動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間的起動(dòng)力傳遞與分離功能的重要部件，是利用主動(dòng)、從動(dòng)裝置的速度變化或旋轉(zhuǎn)方向的變換具有自動(dòng)離合功能的裝置。圖1為常見(jiàn)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(jiàn)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(yīng)快速，通用性好，但在接合時(shí)其外環(huán)、內(nèi)環(huán)的相對(duì)位置不固定，無(wú)法保證內(nèi)外環(huán)間的相對(duì)位置固定。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)定位有需求時(shí)，如系統(tǒng)需要對(duì)從動(dòng)裝置上一點(diǎn)進(jìn)行紅外溫度測(cè)量或圖像捕捉時(shí)，使用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可對(duì)主動(dòng)裝置角度位置進(jìn)行精確控制，以定位從動(dòng)裝置某點(diǎn)的位置。但當(dāng)離合器超越，再次接合時(shí)，主動(dòng)和從動(dòng)裝置相對(duì)角度位置就發(fā)生了變化，此時(shí)雖然可以對(duì)主動(dòng)裝置進(jìn)行精確定位，但是從動(dòng)位置已經(jīng)不確定了。

為解決這一問(wèn)題，傳統(tǒng)方法往往還需要加入輔助定位系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能，這不但增加了體積和價(jià)格，還額外引入了潛在的故障點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述不足，本實(shí)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(duì)位置固定，當(dāng)系統(tǒng)超越時(shí)對(duì)性能沒(méi)有影響，當(dāng)系統(tǒng)接合時(shí)內(nèi)外環(huán)相對(duì)位置固定不變。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)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(gè)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(duì)應(yīng)槽道，所述滾珠位于該兩個(gè)槽道之間并可沿槽道滾動(dòng)；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(gè)設(shè)有一棘齒，另一個(gè)設(shè)有一可與該棘齒接合或分離的棘爪。

進(jìn)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(dòng)，在棘爪一側(cè)設(shè)有一支撐該棘爪的彈簧。

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

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

進(jìn)一步地，在外環(huán)的側(cè)壁上還設(shè)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(guān)于圓心對(duì)稱布置。

進(jìn)一步地，外環(huán)上的棘齒或棘爪對(duì)應(yīng)的圓心角角度為5-30度。

進(jìn)一步地，凸起配重對(duì)應(yīng)的圓心角角度為外環(huán)上的棘齒或棘爪對(duì)應(yīng)的圓心角的1.497倍。

進(jìn)一步地，外環(huán)和內(nèi)環(huán)均為一體式。

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

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

進(jìn)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(dòng)內(nèi)環(huán)，棘齒或棘爪位于定位內(nèi)環(huán)上，槽道位于滑動(dòng)內(nèi)環(huán)上；外環(huán)包括定位外環(huán)和滑動(dòng)外環(huán)，對(duì)應(yīng)地棘爪或棘齒位于定位外環(huán)上，槽道位于滑動(dòng)外環(huán)上。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型提供的可定位超越離合器通過(guò)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(duì)位置固定，當(dāng)系統(tǒng)超越時(shí)對(duì)性能沒(méi)有影響，當(dāng)系統(tǒng)接合時(shí)內(nèi)外環(huán)相對(duì)位置固定不變。通過(guò)進(jìn)一步采用分離式結(jié)構(gòu)，可對(duì)定位內(nèi)環(huán)(或外環(huán))及滑動(dòng)內(nèi)環(huán)(或外環(huán))分別進(jìn)行安裝，安裝更加方便，尺寸可以不同，適用更多的應(yīng)用及安裝環(huán)境。本離合器通過(guò)計(jì)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(shuō)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(dòng)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(dòng)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(dòng)外環(huán)，62-滾珠，63-滑動(dòng)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(jié)構(gòu)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(jì)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(yīng)用實(shí)例的電機(jī)雙驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖。

圖中：91-驅(qū)動(dòng)裝置A，92-超越離合器A，93-從動(dòng)盤(pán)，94-超越離合器B，95-驅(qū)動(dòng)裝置B，96-目標(biāo)物，97高速相機(jī)。

圖10A為另一應(yīng)用實(shí)例的自動(dòng)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(dòng)軸，102-內(nèi)盤(pán)，103-外盤(pán)，104-測(cè)試瓶，105-樣品瓶，106-可定位超越離合器，107-電機(jī)。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。

實(shí)施例一

本實(shí)施例提供一種可定位超越離合器，為典型的一體式，結(jié)構(gòu)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(duì)應(yīng)外環(huán)槽道38，內(nèi)環(huán)33和外環(huán)31通過(guò)卡在槽道內(nèi)的滾珠32活動(dòng)連接在一起。在內(nèi)環(huán)33和外環(huán)31上分別設(shè)有唯一棘爪34和唯一棘齒35。

棘爪34包括爪尖部和轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)一側(cè)開(kāi)口的圓柱形槽，開(kāi)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(kāi)口寬度，這樣可使得爪尖部在槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)而不至于從開(kāi)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(shí)現(xiàn)固定卡接。彈簧37的尖部抵靠于棘爪34的爪尖部，以實(shí)現(xiàn)彈性支撐，彈力使得棘爪34向傾倒方向的反方向移動(dòng)，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(zhǎng)且平緩，本文稱之為分離面。當(dāng)內(nèi)環(huán)33按照?qǐng)D3A中箭頭所指方向轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)速大于外環(huán)31在同方向轉(zhuǎn)速時(shí)，棘爪34的爪尖部抵接至棘齒35的接合面，實(shí)現(xiàn)本離合器的接合。另外，當(dāng)外環(huán)31與內(nèi)環(huán)33沿著箭頭的反方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，若內(nèi)環(huán)33小于外環(huán)31速度，也可實(shí)現(xiàn)二者的結(jié)合。本離合器在且只在棘爪34卡在棘齒35的位置時(shí)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(shí)現(xiàn)可定位。當(dāng)沿箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)環(huán)33轉(zhuǎn)速小于外環(huán)31轉(zhuǎn)速時(shí)，或者沿箭頭的反方向轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)環(huán)33速度大于外環(huán)31速度時(shí)，棘爪34的爪尖部與棘齒35的接合面分離，從而使驅(qū)動(dòng)裝置和從動(dòng)裝置之間脫離，實(shí)現(xiàn)超越狀態(tài)。

實(shí)施例二

上述實(shí)施例為一體式結(jié)構(gòu)，但為適應(yīng)更多安裝環(huán)境，本離合器也可以是分離式結(jié)構(gòu)，有三種類(lèi)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(shí)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(jié)構(gòu)與實(shí)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(dòng)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(dòng)內(nèi)環(huán)44上。

實(shí)施例三

本實(shí)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(jié)構(gòu)與實(shí)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(dòng)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(dòng)外環(huán)上51上。

實(shí)施例四

本實(shí)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(jié)構(gòu)與實(shí)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(dòng)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(dòng)內(nèi)環(huán)63上；外環(huán)分為定位外環(huán)64和滑動(dòng)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(dòng)外環(huán)61上。

需指出的是，上述三種分離式結(jié)構(gòu)的離合器，其分開(kāi)的內(nèi)環(huán)或外環(huán)在安裝時(shí)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(kāi)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?cái)U(kuò)展了應(yīng)用的場(chǎng)合和環(huán)境。

本實(shí)用新型提供的各種類(lèi)型的可定位超越離合器由于只能使用一個(gè)棘爪和棘齒，若無(wú)平衡措施，系統(tǒng)質(zhì)量中心就不會(huì)在旋轉(zhuǎn)中心軸上，旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)而導(dǎo)致無(wú)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(duì)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(guò)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(jié)構(gòu)。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(diǎn)對(duì)稱布置且面積相等，據(jù)此下文展開(kāi)計(jì)算。

計(jì)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(duì)應(yīng)的圓心角為θ₁，凸起配重73對(duì)應(yīng)的圓心角為θ₂，θ₁和θ₂為圓心對(duì)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(jì)算的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)并使用動(dòng)平衡儀驗(yàn)算修正，得到棘齒72和凸起配重73的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)平衡結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

實(shí)施例五

在此提供另一種一體式可定位超越離合器，與實(shí)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(shè)于內(nèi)環(huán)83的外側(cè)壁上，棘爪84及彈簧87設(shè)于外環(huán)81的內(nèi)側(cè)壁上。當(dāng)沿圖8中順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)外環(huán)81轉(zhuǎn)速大于內(nèi)環(huán)83時(shí)，或者逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)外環(huán)81轉(zhuǎn)速小于內(nèi)環(huán)83時(shí)，棘爪84與棘齒85接合，否則二者分離。

實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例五至八的各個(gè)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(duì)面，質(zhì)量等于棘爪與棘齒質(zhì)量之和減去兩個(gè)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(gè)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(gè)槽所刨掉的質(zhì)量。凸起配重的質(zhì)量及對(duì)應(yīng)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(yīng)用實(shí)例，如圖9所示。在一個(gè)典型的電機(jī)雙驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)裝置A91和驅(qū)動(dòng)裝置B95以800-1500轉(zhuǎn)每分鐘的速度驅(qū)動(dòng)從動(dòng)盤(pán)93轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，超越離合器B94為本實(shí)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(dòng)盤(pán)93上右側(cè)有一目標(biāo)物96，需要在驅(qū)動(dòng)裝置B95主驅(qū)動(dòng)時(shí)圖像檢測(cè)該點(diǎn)影像。如果沒(méi)有定位功能，則只能使用高速相機(jī)97拍攝整個(gè)從動(dòng)盤(pán)93所有位置，并設(shè)法慢放錄像內(nèi)容并找到需要監(jiān)測(cè)的點(diǎn)。而如果超越離合器有了定位功能，則可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置B95控制轉(zhuǎn)動(dòng)相位角，而使高速相機(jī)97可以只在目標(biāo)點(diǎn)經(jīng)過(guò)相機(jī)前時(shí)曝光，并得到實(shí)時(shí)連續(xù)的單點(diǎn)區(qū)域的影像信息。

現(xiàn)提供另一應(yīng)用實(shí)例，樣品的萃取、離心分離及提取分離液是有機(jī)實(shí)驗(yàn)分析中非常常用的一種操作，而該操作的自動(dòng)化實(shí)施手段非常有限，通常為機(jī)械臂輔助轉(zhuǎn)移，造價(jià)非常昂貴。而如圖10A、圖10B所示為一個(gè)簡(jiǎn)單便捷的自動(dòng)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(dòng)軸101在箭頭所指方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)接合。樣品瓶105和測(cè)試瓶104在可定位超越離合器106接合時(shí)兩個(gè)瓶子位置相同，二瓶通道打開(kāi)，液體可以從樣品瓶105流向測(cè)試瓶104中。

使用時(shí)，電機(jī)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(dòng)，此時(shí)可定位超越離合器106處于超越狀態(tài)，外盤(pán)103基本不受到驅(qū)動(dòng)力，基本不旋轉(zhuǎn)。此時(shí)內(nèi)盤(pán)102受到驅(qū)動(dòng)軸101的驅(qū)動(dòng)力旋轉(zhuǎn)。樣品瓶105中的樣品因受離心力而分層。之后電機(jī)107停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并按箭頭所指方向以1000轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)可定位超越離合器106很快處于接合狀態(tài)，內(nèi)盤(pán)102和外盤(pán)103同步轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)試瓶104和樣品瓶105處在同一位置，且液體通道打開(kāi)，樣品瓶105中外層液體流向測(cè)試瓶104中。當(dāng)測(cè)試瓶104中液體裝滿后，流動(dòng)轉(zhuǎn)移停止，則可以按照測(cè)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。