Пьезокерамическая муфта Советский патент 1983 года по МПК F16D27/01 F16D27/00 

Изобретение относится к приборостроению и может применяться в прецизионных автоматических устройствах. Известна сцепная муфта, содержащая неподвижный корпус, в котором расположен фрикционный диск и смонтированы соосно ведущий и ведомый валы с установленными на них взаимодействующими между собой фрикционными дисками, причем один диск установлен с возможностью осевого перемещения и связан с механизмом управления через подщипники качения 1. Недостатками данной муфты являются то, что она имеет больщие габариты, потребляет много энергии, при этом время срабатывания муфты в режимах пуска и торможения велико. Известны пьезокерамическая муфта, содержащая установленные на соответствующих валах опорный и подпружиненный к нему фрикционные диски, а также взаимодействующее на последней отжимное устройство, выполненное в виде закрепленных на корпусе равномерно по окружности дугообразных выгнутых пьезокерамических элементов, подсоединенных к источнику постоянного тока и прикрепленных своими концами к торцу установленного концентрично опорному диску кольца, взаимодействующего другим торцом с подвижным диском посредством щариков, причем каждый пьезокерамический элемент выполнен в виде сопряженных между собой наружной пластины из электропроводящего металла и внутренней пластины из пьезокерамики, свободная поверхность которой покрыта токопроводящим слоем 2. Недостаток этой муфты состоит в сравнительно малой силе прижатия опорного и ведомого дисков друг к другу, обусловленной низкой механической прочностью разомкнутых пьезокерамических колец, в связи с чем ограничена величина передаваемого крутящего момента. Для увеличения его (Мкр) потребуется больщое количество разомкнутых пьезокерамических колец, что увеличивает потребление энергии. Известна пьезокерамическая муфта, содержащая неподвижный корпус, в котором расположен фрикционный диск и смонтированы соосно ведущий и ведомый валы с установленными на них взаимодействующими между собой фрикционными дисками, один диск установлен с возможностью осевого перемещения и связан с механизмом управления через подщипник качения. Механизм управления выполнен в виде двух установленных соосно пьезокерамических цилиндрических преобразователей с осевой поляризацией, связанных с наружным кольцом подшипника, выполненным разъемным в плоско сти, перпендикулярной оси вращения, при этом на наружной поверхности подвижно установленного диска имеется дорожка каМения, а щарики подщипника расположены в ней 3. Недостатками данной муфты являются то, что радиально-упорный подщипник конструктивно сложен и не может передавать больщой осевой нагрузки, что ограничивает величину крутящего момента, используется большое количество пьезокерамических элементов, что увеличивает габариты и потребление энергии, увеличивает время срабатывания пьезокерамического столба зависящее от резонансной частоты, которйя обратно пропорциональна длине столба. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является пьезокерамическая муфта, содержащая смонтированные соосно в неподвижном корпусе ведущий и ведомый валы и два пьезокерамических элемента, выполненных в виде колец радиальной поляризации, кроме того, муфта содержит два упругих износостойких кольца с внутренними дорожками качения и щариками, расположенные внутри пьезокерамических колец и контактирующие через щарики с выполненными на ведомом валу коническими поверхностями противоположного направления 4. Данная муфта сложна по конструкции и не допускает изменения ее передаточного отношения. Цель изобретения - расщирение ее эксплуатационных возможностей путем обеспечения переменного передаточного отношения. Поставленная цель достигается тем, что в пьезокерамической муфте, содержащей смонтированные соосно в неподвижном корпусе ведущий и ведомые валы и два пьезокерамических элемента, выполненных в виде колец радиальной поляризации, конец ведомого вала выполнен в виде стакана, в котором размещен конец ведущего вала, один из пьезокерамических элементов размещен внутри стакана и закреплен на конце ведущего вала, а другой - между ведомым валом и корпусом и закреплен на последнем. Н-а чертеже показана конструктивная схема муфты. Пьезокерамическая муфта содержит неподвижный корпус 1, в котором соосно выставлены ведущий 2 и ведомый 3 валы. Конец ведомого вала 3 выполнен в виде стакана 4, охватывающего конец ведомого вала 2, на котором закреплен пьезокерамический кольцевой элемент 5, сопряженный с внутренней стороной стакана 4, внещияя сторона которого сопряжена с пьезокерамическим кольцевым элементом 6, жестко прикрепленным к корпусу 1. Внешняя сторона пьезокерамического кольцевого элемента 5, а также внутренняя сторона пьезокерамического кольцевого элемента 6, сопрягаемые соответственно с внутренней и внешней сторонами стакана 4, покрыты износостойким материалом (не показан). Электроды пьезокерамических элементов 5 и 6 подсоединены к блоку управления (не показан). Пьезокерамическая муфта работает следующим образом. При подаче от блока управления высокочастотного напряжения на электроды пьезокерамического элемента 6, он начинает вибрировать с высокой частотой и между ним и внещней стороной стакана 4 ведомого вала 3 создается вибрационная сжатая газовая пленка (ВСГП), т.е. стакан 4 подвешивается на созданной элементом 6 ВСГП. В это же время от блока управления подается положительное постоянное напряжение на электроды пьезокерамического элемента 5, который расширяется в радиальном направлении и жестко соединяет вращающийся ведущий вал 2 со стаканом 4 ведомого вала 3. Муфта включена, т.е. вал 3 вращается с валом 2 с одинаковой УГЛОВОЙ скоростью. Если требуется отключить ведомый вал 3 от ведущего вала 2, то от блока управления с электродов пьезокерамического элемента 5 снимается постоянное положительное напряжение и подается высокочастотное. Пьезокерамический элемент 5 начинает вибрировать с высокой частотой и между ним и внутренней стороной стакана 4 ведомого , вала 3 создается ВСГП, вследствие чего стакан 4, вращаясь проскальживает по поверхности пьезокерамического элемента 5 и угловые скорости ведущего 2 и ведомого 3 валов становятся разными. В этот же момент высокочастотное напряжение снимается с электродов пьезокерамического элемента 6 и на них подается постоянное положительное напряжение, это приводит к тому, что пьезокерамический элемент 6 расширяется в радиальном направлении и неподвижно фиксирует стакан 4 ведомого вала 3. Муфта заторЧюжена, т.е. ведущий вал 2 вращается с прежней угловой скоростью, а ведомый вал 3 не вращается. Управляя параметрами создаваемых ВСГП между пьезокерамическими элементами 5 и 6 и стаканом 4, т.е. одновременным проскальзыванием между элементами 5-4 и 6-4, можно варьировать соотношение угловых скоростей валов 2 и 3 в щироком диапазоне. Предлагаемое изобретение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики муфты путем изменения передаточного отношения, это приводит к тому, что время пуска и остановки уменьшится в 2-2,5 раза с уменьшением энергозатрат. Так как пьезокерамический цилиндрический элемент потребляет меньше энергии, чем Пьезокерамический столб. Кроме этого, значительно упрощена конструкция.

ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКАЯ МУФТА, содержащая смонтированные соосно в неподвижном корпусе ведущий и ведомый валы и два пьезокерамических элемента, выполненных в виде колец радиальной поляризации, отличающаяся тем, что, с цельй длительности расширения эксплуатационных возможностей путем обеспечения переменного передаточного отношения, конец ведомого вала выполнен в виде стакана, в котором размещен конец ведущего вала, один из пьезокерамических элементов размещен внутри стакана и закреплен на конце ведущего вала, а -другой - между ведомым валом и корпусом и закреплен на последнем. (Л 00 N( С5