CN109681546A - 一种双向可控式超越离合器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型双向可控式超越离合器及其控制方法，所述离合器由双向动力传递机构和动力调控机构组成，其中动力调控机构中设计带有调位SMA弹簧和拉紧SMA丝的掌舵机构，利用SMA受热收缩的特性，控制调位SMA弹簧和拉紧SMA丝通电受热，进而实现动力调控机构控制双向动力传递机构中间轮前后移动，进而控制中间轮与前后轮的啮合或分离，与此同时，双向动力传递机构中设计的两个啮合方向相反的普通单向机械轴承实现动力两条路线中的反向传递。本发明将SMA材料的优点恰当运用到离合器设计中，以实现从原动机到工作机单向或双向的动力传递，并将单向啮合模式与双向啮合等四个模式集成于一体，具有轻量化、节能且功能齐全等特点。

Description

一种双向可控式超越离合器及其控制方法

技术领域

本发明属于智能材料与车辆传动结构相结合的技术领域，具体涉及一种双向可控制超越离合器及其控制方法。

背景技术

形状记忆合金(Shape Material Alloy，简称SMA)是一种加热后能够恢复预定形状的智能材料，它能在温度场的作用下发生可逆的“记忆”形变。即SMA对象在加热到其临界转变温度以上时能够恢复原来的热处理形状，如发生形状的收缩，而SMA对象在冷却到其临界转变温度以下时，其能够回复原来冷温时的状态，如发生形状的伸长，总结为其具有可逆的结晶转变。同时，形状记忆合金有丝线和弹簧两种形式，其中SMA丝线的最高应变可达7％—9％，但可以产生大于500MPa的较高恢复应力；SMA弹簧的收缩应力较小，可以达到几十兆帕，但其收缩应变可达90％左右。若将SMA材料应用于驱动其他设备中，线状的SMA丝线可以输出高应力，弹簧状的SMA弹簧可以输出高应变，并具有可提供静音的驱动环境和高的比功率等优点。

单向超越离合器又称为单向轴承,它是用于原动机和工作机之间或机器内部主动轴与从动轴之间实现动力传递与断开功能的重要部件。单向超越离合器利用主、从动部分的速度变化或旋转方向的变换，来实现离合功能，其依靠的是单向锁止原理，力矩的传递是单方向的。但随着超越离合器使用领域的不断拓展，对其多功能化的需求也越来越高，传统的离合器工作模式较为单一，已无法满足原动机和工作机之间对离合器动力的单向或双向传递等多种工作模式的需要。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种双向可控式超越离合器及其控制方法，将SMA材料的优点恰当运用到离合器设计中，以实现从原动机到工作机单向或双向的动力传递，并将单向啮合模式与双向啮合等四个模式集成于一体，具有轻量化、节能且功能齐全等特点。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

一种双向可控式超越离合器，由双向动力传递机构和动力调控机构组成；

所述双向动力传递机构中，输入轴1、输入轮9和中间轮10依次同轴固定连接，前轮5和后轮14同轴安装在中间轮10前后两侧，且前轮5和后轮14与中间轮10之间分别设有摩擦片，前动力轮2通过普通单向机械轴承Ⅰ4与前轮5同轴连接，后动力轮16通过普通单向机械轴承Ⅱ15与后轮14同轴连接，普通单向机械轴承Ⅰ4与普通单向机械轴承Ⅱ15的啮合方向相反，中间动力轮108同轴固连在前动力轮2与后动力轮16之间，输出轮17与后动力轮16同轴固连；

所述动力调控机构中，三组环状导轨的内圆面分别与前轮5、中间轮10和后轮14的外圆面轴向固定，四组掌舵机构107分别通过工作台均匀分布并安装在三组环状导轨的外圆面上，三组环状导轨的端面之间设有进退复位机构，使得中间环状导轨在两侧的环状导轨之间轴向滑动复位；

所述掌舵机构107中，掌舵杆204位于中间轮10对应的工作台上，并与摇摆导轨206同轴转动连接，掌舵杆204前后侧设置的调位SMA弹簧一端与掌舵杆204顶部固连，另一端与对应一侧环状导轨上的工作台固连，掌舵杆204前后两侧设有斜向上的侧翼，摇摆导轨206前后侧分别与拉紧爪匹配连接，在摇摆导轨206前后侧与对应的拉紧爪之间分别固连有拉紧SMA丝，在拉紧SMA丝的带动下摇摆导轨206与拉紧爪之间相对滑动，在摇摆导轨206前后侧下表面与对应的工作台之间分别设有板簧；

所述调位SMA弹簧与拉紧SMA丝均采用SMA材质，具有受热收缩，冷却复原的特性；

通过所述动力调控机构中的掌舵机构107控制三组环状导轨之间的轴向位移进而控制中间轮10与前轮5或后轮14之间结合或分离。

进一步地，三组环状导轨的内圆面通过若干组沿圆周均匀分布的支撑滑杆机构分别与前轮5、中间轮10和后轮14的外圆面轴向固定；

所述支撑滑杆机构由三根结构的支撑滑杆109组成，三根支撑滑杆109的一端分别通过螺纹副固定在前轮5、中间轮10和后轮14的外圆面上，三根支撑滑杆109的另一端分别嵌置在三组环状导轨内侧的环形滑槽内。

进一步地，若干组所述进退复位机构沿圆周方向分布在三组环状导轨的端面上；

所述进退复位机构由进退导轨103、回位弹簧Ⅰ102和回位弹簧Ⅱ101组成，所述进退导轨103垂直于三组环状导轨的端面设置，进退导轨103贯穿中间的环状导轨，进退导轨103的一端固定在前侧的环状导轨上，另一端固定在后侧的环状导轨上，回位弹簧Ⅰ102套装在前侧环状导轨与中间环状导轨之间的进退导轨103上，回位弹簧Ⅱ101套装在中间环状导轨与后侧环状导轨之间的进退导轨103上，所述回位弹簧Ⅰ102和回位弹簧Ⅱ101的结构完全相同。

进一步地，所述调位SMA弹簧的外侧设有隔热材料。

进一步地，所述掌舵杆204的下方为转动轴套，在转动轴套的上方竖直设有一根光杆，转动轴套的两侧对称设有斜向上的前侧翼和后侧翼；

所述摇摆导轨206的中间为轴向对称设置的转动连接板，转动连接板的径向两侧对称设有线型的轨道，在两侧轨道中间沿导轨长度方向开有线型凹槽，摇摆导轨206的转动连接板与掌舵杆204的转动轴套通过一个旋转轴同轴转动连接，所述旋转轴的两端通过支架安装在工作台上，所述旋转轴的轴向与环状导轨的轴向相垂直；

所述拉紧爪的一端均设有卡爪，另一端设有与摇摆导轨206两侧轨道相匹配的滑槽，两个拉紧爪分别与摇摆导轨206两侧匹配插接，在拉紧爪的滑槽端沿长度方向开有线型凹槽；

所述拉紧SMA丝一端固定在摇摆导轨206对应侧轨道的线型凹槽底部，另一端固定在对应侧拉紧爪的线型凹槽底部。

进一步地，所述工作台为弧形桥状结构，三组环状导轨分别对应安装三个工作台，工作台与环状导轨的外圆面相匹配，工作台两侧桥板分别通过紧固螺钉固定在环状导轨的两侧端面上。

一种双向可控式超越离合器的控制方法，所述控制方法包括顺时针单向超越、逆时针单向超越、双向超越以及双向契合四种控制模式；

所述顺时针单向超越的控制过程具体如下：

对位于掌舵机构107前侧的调位SMA弹簧先通电，通电升温后的调位SMA弹簧沿长度方向收缩，在调位SMA弹簧的收缩拉动下，掌舵杆204向前摆动，并通过其前侧翼进一步顶压对应侧的摇摆导轨206向前摆动，当摇摆导轨206向前摆动并接近水平方向时，前侧的拉紧爪卡在前侧环状导轨的前端面外侧，此时向位于前侧的拉紧SMA丝通电，通电升温后的拉紧SMA丝将沿长度方向收缩，在拉紧SMA丝的收缩带动下，拉紧爪带动处于中间的环状导轨沿轴向前移，进而带动中间轮10沿轴向前移，中间轮10通过挤压前侧的摩擦片与前轮5相啮合；

普通单向机械轴承Ⅰ4顺时针啮合逆时针脱离，当输入轴1顺时针转动时，动力依次经过输入轮9、中间轮10、摩擦片、前轮5、普通单向机械轴承Ⅰ4内圈、普通单向机械轴承Ⅰ4外圈、前动力轮2、中间动力轮108、后动力轮16和输出轮17，最终从输出轮17以顺时针转动的形式输出；当输入轴1逆时针转动，动力在普通单向机械轴承Ⅰ4内圈与普通单向机械轴承Ⅰ4外圈之间中断，无逆时针动力传递；当输出轮17的顺时针转动转速超越输入轴9的顺时针转动时，此时前轮5相对于前动力轮2逆时针转动，普通单向机械轴承Ⅰ4无动力传递，所述离合器即实现顺时针单向超越；

所述逆时针单向超越的控制过程具体如下：

对位于掌舵机构107后侧的调位SMA弹簧先通电，通电升温后的调位SMA弹簧沿长度方向收缩，在调位SMA弹簧的收缩拉动下，掌舵杆204向后摆动，并通过其后侧翼进一步顶压对应侧的摇摆导轨206向后摆动，当摇摆导轨206向后摆动并接近水平方向时，后侧的拉紧爪卡在后侧环状导轨的后端面外侧，此时向位于后侧的拉紧SMA丝通电，通电升温后的拉紧SMA丝将沿长度方向收缩，在拉紧SMA丝的收缩带动下，拉紧爪带动处于中间的环状导轨沿轴向后移，进而带动中间轮10沿轴向后移，中间轮10通过挤压后侧的摩擦片与后轮14相啮合；

普通单向机械轴承Ⅱ15逆时针啮合顺时针脱离，当输入轴1逆时针转动时，动力依次经过输入轮9、中间轮10、摩擦片、后轮14、普通单向机械轴承Ⅱ15内圈、普通单向机械轴承Ⅱ15外圈、后动力轮16和输出轮17，最终从输出轮17以逆时针转动的形式输出；当输入轴1顺时针转动，动力在普通单向机械轴承Ⅱ15内圈与普通单向机械轴承Ⅱ15外圈之间中断，无顺时针动力传递；当输出轮17的逆时针转动转速超越输入轴9的逆时针转动时，此时后轮14相对于后动力轮16顺时针转动，普通单向机械轴承Ⅱ15无动力传递，所述离合器即实现逆时针单向超越；

所述双向超越的控制过程具体如下：

位于掌舵机构107前后两侧的调位SMA弹簧以及拉紧SMA丝均不通电，此时中间轮10处于中间位置，既不与前轮5啮合，也不与后轮14啮合，输入轮9与输出轮17之间无动力传递，因此，输入轮9顺时针或逆时针转动均不影响输出轮17的转动，所述离合器即实现双向超越。

所述双向契合的控制过程具体如下：

当输入轮9输入顺时针旋转动力时，位于掌舵机构107前侧的调位SMA弹簧先通电，位于前侧的拉紧SMA丝后通电，离合器的具体控制过程与所述顺时针单向超越的控制过程相同；当输入轮9输入逆时针旋转动力时，位于掌舵机构107后侧的调位SMA弹簧先通电，位于后侧的拉紧SMA丝后通电，离合器的具体控制过程与所述逆时针单向超越的控制过程相同；此时离合器既可以传递顺时针旋转动力，又可以传递逆时针旋转动力，所述离合器即实现双向契合。

进一步地，在所述离合器控制啮合过程中，四组掌舵机构107分为两套，间隔设置的两组掌舵机构107为一套，同一套的两组掌舵机构107同步工作，两套掌舵机构107交替工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明所述双向可控式超越离合器的掌舵机构采用调位SMA弹簧和拉紧SMA丝结构，巧妙利用SMA(形状记忆合金)这种智能材料的“记忆”特性，即给调位SMA弹簧和拉紧SMA丝升温时，其发生形变，当条件恢复时，其形变恢复原状，将这一过程中调位SMA弹簧和拉紧SMA丝伸缩产生的线运动作为源动力，该动力方式新颖，且形状记忆合金材料重量极轻，有利于双向可控式超越离合器的轻量化。

2.本发明所述双向可控式超越离合器控制通过调位SMA弹簧和拉紧SMA丝的电流来实现不同动力传递模式的切换，且电流是弱电，只有几安培，产生微弱磁场，对于其他设备或环境的扰动较小，相比较于专利号：CN104595381A提到的双向可控式超越离合器，是利用控制电磁线圈来实现不同动力传递模式的切换，会对环境产生强烈的电磁干扰。

3.本发明所述双向可控式超越离合器利用摩擦面间摩擦啮合过程产热来作用拉紧SMA丝，可自激啮合拉紧，减少了通电致使拉紧SMA丝收缩的电能，具有节能作用。

4.本发明所述双向可控式超越离合器中的双向动力传递机构有两条动力传递路线，每条路线里各有一个普通的单向机械轴承，即可实现顺时针单向超越、逆时针单向超越、双向超越以及双向契合在内的四种工况，具有集成度高，结构新颖的优点。

附图说明

图1为本发明所述双向可控式超越离合器的***分解图；

图2为本发明所述双向可控式超越离合器中，动力调控机构的结构示意图；

图3为本发明所述双向可控式超越离合器的剖视图；

图4为本发明所述双向可控式超越离合器中，掌舵机构的局部放大图；

图5为本发明所述双向可控式超越离合器中，掌舵机构的***分解图；

图6为本发明所述双向可控式超越离合器中，掌舵机构的主视图；

图7为本发明所述双向可控式超越离合器中，掌舵杆的结构示意图；

图8为本发明所述双向可控式超越离合器中，摇摆导轨的结构示意图；

图9为本发明所述双向可控式超越离合器总装配外观示意图。

图中：

1输入轴， 2前动力轮， 3滚柱轴承， 4普通单向机械轴承Ⅰ，

5前轮， 6摩擦片Ⅰ， 7摩擦片Ⅱ， 8紧固螺钉Ⅰ，

9输入轮， 10中间轮， 11动力调控机构， 12摩擦片Ⅲ，

13摩擦片Ⅳ， 14后轮， 15普通单向机械轴承Ⅱ， 16后动力轮，

17输出轮， 18紧固螺钉Ⅱ；

101回位弹簧Ⅱ， 102回位弹簧Ⅰ， 103进退导轨， 104环状导轨Ⅲ，

105环状导轨Ⅱ， 106环状导轨Ⅰ， 107掌舵机构， 108中间动力轮，

109支撑滑杆；

201拉紧爪Ⅰ， 202调位SMA弹簧Ⅰ，203调位SMA弹簧Ⅱ， 204掌舵杆，

205调位SMA弹簧Ⅲ， 206摇摆导轨， 207调位SMA弹簧Ⅳ， 208拉紧爪Ⅱ，

209工作台Ⅲ， 210板簧Ⅱ， 211工作台Ⅱ， 212板簧Ⅰ，

213工作台Ⅰ， 214紧固螺钉Ⅲ；

301拉紧SMA丝Ⅰ， 302拉紧SMA丝Ⅱ。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

如图1和图3所示，本发明提供了一种双向可控式超越离合器，由双向动力传递机构和动力调控机构组成。

所述双向动力传递机构包括输入轴1、输入轮9、中间轮10、摩擦片Ⅰ6、摩擦片Ⅱ7、摩擦片Ⅲ12、摩擦片Ⅳ13、前轮5、后轮14、前动力轮2、中间动力轮108、后动力轮16、输出轮17、普通单向机械轴承Ⅰ4和普通单向机械轴承Ⅱ15组成。

所述输入轴1与输入轮9的轮轴端部通过轴向插接的方式同轴连接，使得二者沿周向限位固定，并沿轴向留有间隙，使得输入轴1与输入轮9在轴向可实现微量进退滑动；输入轮9的轮盘端通过紧固螺钉Ⅰ8与中间轮10同轴固定连接，实现输入轴1、输入轮9和中间轮10同步旋转。

所述前轮5和后轮14分别位于中间轮10的前后两侧(本实施例中，“前”是指离合器的输入端一侧，“后”是指离合器的输出端一侧)，在前轮5与中间轮10以及中间轮10与后轮14之间均设有摩擦材料，其中，摩擦片Ⅰ6覆盖在前轮5的后端面上，摩擦片Ⅱ7覆盖在中间轮10的前端面上，摩擦片Ⅲ12覆盖在中间轮10的后端面上，摩擦片Ⅳ13覆盖在后轮14的前端面上，所述前轮5的后端面与中间轮10前端面之间以及中间轮10的后端面与后轮14的前端面之间的轴向距离仅大于他们之间的对应两片摩擦片的厚度之和，其安装为过盈配合，且过盈量为毫米级。

所述前动力轮2的前后端均设有突缘，前动力轮2通过滚柱轴承3安装在输入轮9前端的轮轴上，滚柱轴承3的内圈与输入轮9的轮轴外圆面配合连接，滚柱轴承3的外圈与前动力轮2前端突缘的内圆面配合连接；所述后轮14的前后端也均设有突缘。

所述普通单向机械轴承Ⅰ4安装在前动力轮2与前轮5之间，普通单向机械轴承Ⅰ4的内圈与前轮5的前端突缘外圆面配合连接，并通过连接件实现周向固定，普通单向机械轴承Ⅰ4的外圈与前动力轮2的内圆面配合连接，并通过连接件实现周向固定；所述普通单向机械轴承Ⅱ15安装在后动力轮16与后轮14之间，普通单向机械轴承Ⅱ15的内圈与后轮14后端突缘的外圆面配合连接，并通过连接件实现周向固定，普通单向机械轴承Ⅱ15的外圈与后动力轮16的内圆面配合连接，并通过连接件实现周向固定；所述普通单向机械轴承Ⅰ4与普通单向机械轴承Ⅱ15的啮合方向相反，在本实施例中，普通单向机械轴承Ⅰ4为顺时针啮合，即当普通单向机械轴承Ⅰ4的内圈在前轮5的带动下顺时针旋转时，普通单向机械轴承Ⅰ4的内圈与外圈相啮合，动力经普通单向机械轴承Ⅰ4传递至前动力轮2，当普通单向机械轴承Ⅰ4的内圈在前轮5的带动下逆时针旋转时，普通单向机械轴承Ⅰ4的内圈与外圈分离，此时普通单向机械轴承Ⅰ4的内外圈相对空转，动力在普通单向机械轴承Ⅰ4中断；普通单向机械轴承Ⅱ15为逆时针啮合，即普通单向机械轴承Ⅱ15的内圈逆时针旋转时传递动力，顺时针旋转时动力中断。

所述前动力轮2与后动力轮16同轴设置在中间动力轮108的前后两侧，前动力轮2与后动力轮16的圆周方向均匀分布有定位卡头，与之相匹配地，所述中间动力轮108的前后端面的圆周方向均匀设有定位卡槽，前动力轮2与中间动力轮108之间以及后动力轮16与中间动力轮108之间分别通过定位卡头与定位卡槽结构卡装配合实现同轴固定；所述输出轮17通过紧固螺钉Ⅱ18同轴固定在后动力轮16的后端面上，最终实现前动力轮2、中间动力轮108、后动力轮16和输出轮17同步旋转。

如图2、图3和图4所示，所述动力调控机构11由三组环状导轨、四组工作台组、四组掌舵机构、四组支撑滑杆机构以及四组进退复位机构组成。

所述三组环状导轨同轴并列设置，三组环状导轨从前至后分别与前轮5、中间轮10和后轮14依次对应，分别为环状导轨Ⅰ106、环状导轨Ⅱ105以及环状导轨Ⅲ104，三组环状导轨的结构相同，在环状导轨的圆周内侧开有环形滑槽。

所述四组支撑滑杆机构均匀分布在三组环状导轨的圆周内侧，每组支撑滑杆机构由三根结构相同的支撑滑杆109组成，每组支撑滑杆机构中的三根支撑滑杆109同轴设置，并分别与三组环状导轨相对应，三根支撑滑杆109的一端分别通过螺纹副固定在前轮5、中间轮10和后轮14的外圆面上，三根支撑滑杆109的另一端分别嵌置在环状导轨Ⅰ106、环状导轨Ⅱ105和环状导轨Ⅲ104内侧的环形滑槽内。

所述四组进退复位机构均匀分布在三组环状导轨的圆周端面上，对三组环状导轨起到复位的作用，每组进退复位机构的结构均相同，所述进退复位机构由进退导轨103、回位弹簧Ⅰ102和回位弹簧Ⅱ101组成，所述进退导轨103垂直于环状导轨的端面设置，进退导轨103贯穿环状导轨Ⅱ105，进退导轨103的一端固定在环状导轨Ⅰ106上，进退导轨103的另一端固定在环状导轨Ⅲ104上，回位弹簧Ⅰ102套装在环状导轨Ⅰ106与环状导轨Ⅱ105之间的进退导轨103上，且回位弹簧Ⅰ的两端分别连接在环状导轨Ⅰ106的后端面与环状导轨Ⅱ105的前端面之间，回位弹簧Ⅱ101套装在环状导轨Ⅱ105与环状导轨Ⅲ104之间的进退导轨103上，且回位弹簧Ⅱ101的两端分别连接在环状导轨Ⅱ105的后端面与环状导轨Ⅲ104的前端面上，所述回位弹簧Ⅰ102和回位弹簧Ⅱ101的结构完全相同，当回位弹簧Ⅰ102和回位弹簧Ⅱ101均没有形变，处于原长度时，环状导轨Ⅱ105位于环状导轨Ⅰ106与环状导轨Ⅲ104的轴向正中间位置。

所述四组工作台组均匀分布在三组环状导轨的圆周侧面上，每组工作台组的结构均相同，每组工作台组由三个结构相同的工作台组成，所述工作台为弧形桥状结构，每组工作台组中的三个工作台同轴设置，三个所述工作台分别与三组环状导轨的外圆面相匹配，其中，工作台Ⅰ213配套安装在环状导轨Ⅰ的外圆面上，工作台Ⅱ211配套安装在环状导轨Ⅱ105上，工作台Ⅲ209配套安装在环状导轨Ⅲ104的外圆面上，工作台Ⅰ213、工作台Ⅱ211和工作台Ⅲ209的两侧桥板分别通过一组紧固螺钉Ⅲ214分别固定在环状导轨Ⅰ106、环状导轨Ⅱ105和环状导轨Ⅲ104的两侧端面上。

所述四组掌舵机构均匀分布在三组环状导轨的圆周侧面上，每组工作台组的结构均相同，且四组掌舵机构分别与四组工作台组位置一一对应。

如图4、图5和图6所示，所述掌舵机构107由掌舵杆204、四根调位SMA弹簧、两个拉紧爪、摇摆导轨206、两个板簧以及两根拉紧SMA丝组成；其中，所述四根调位SMA弹簧分别为调位SMA弹簧Ⅰ202、调位SMA弹簧Ⅱ203、调位SMA弹簧Ⅲ205以及调位SMA弹簧Ⅳ207；所述两个拉紧爪分别为拉紧爪Ⅰ201和拉紧爪Ⅱ208；所述两根拉紧SMA丝分别为拉紧SMA丝Ⅰ301和拉紧SMA丝Ⅱ302；所述两个板簧分别为板簧Ⅰ212和板簧Ⅱ210。

如图7所示，所述掌舵杆204的下方为转动轴套，在转动轴套的上方竖直设有一根光杆，转动轴套的两侧对称设有斜向上的前侧翼和后侧翼。

如图4所示，所述掌舵机构107与工作台组对应安装，所述掌舵杆204设置在工作台Ⅱ211上方，调位SMA弹簧Ⅰ202和调位SMA弹簧Ⅱ203位于掌舵杆204的前侧，调位SMA弹簧Ⅰ202和调位SMA弹簧Ⅱ203的一端均固定连接在掌舵杆204的光杆顶端，调位SMA弹簧Ⅰ202和调位SMA弹簧Ⅱ203的另一端分别固定连接在工作台Ⅰ213的两侧；调位SMA弹簧Ⅲ205和调位SMA弹簧Ⅳ207位于掌舵杆204的后侧，调位SMA弹簧Ⅲ205和调位SMA弹簧Ⅳ207的一端均固定连接在掌舵杆204的光杆顶端，调位SMA弹簧Ⅲ205和调位SMA弹簧Ⅳ207的另一端分别固定连接在工作台Ⅲ209的两侧。

如图8所示，所述摇摆导轨206的中间为轴向对称设置的转动连接板，转动连接板的径向两侧对称设有线型的轨道，在两侧轨道中间沿导轨长度方向开有线型凹槽，如图4和图5所示，所述摇摆导轨206的转动连接板与掌舵杆204的转动轴套通过一个旋转轴同轴转动连接，所述旋转轴的两端通过支架安装在工作台Ⅱ211上，所述旋转轴的轴向与环状导轨的轴向相垂直；所述拉紧爪Ⅰ201和拉紧爪Ⅱ208分别对称设置在摇摆导轨206的前后两侧，拉紧爪Ⅰ201和拉紧爪Ⅱ208的结构相同，在拉紧爪Ⅰ201和拉紧爪Ⅱ208的一端均设有卡爪，拉紧爪Ⅰ201和拉紧爪Ⅱ208的另一端设有与摇摆导轨206两侧轨道相匹配的滑槽，所述拉紧爪Ⅰ201和拉紧爪Ⅱ208分别与摇摆导轨206两侧匹配插接，且在拉紧爪Ⅰ201和拉紧爪Ⅱ208的滑槽端沿拉紧爪Ⅰ201和拉紧爪Ⅱ208的长度方向开有线型凹槽；所述拉紧SMA丝Ⅰ301的一端固定在摇摆导轨206前侧轨道的线型凹槽底部，拉紧SMA丝Ⅰ301的另一端固定在拉紧爪Ⅰ201的线型凹槽底部；所述拉紧SMA丝Ⅱ302的一端固定在摇摆导轨206后侧轨道的线型凹槽底部，拉紧SMA丝Ⅱ302的另一端固定在拉紧爪Ⅱ208的线型凹槽底部。在拉紧SMA丝Ⅰ301和拉紧SMA丝Ⅱ302的伸缩带动下，拉紧爪Ⅰ201和拉紧爪Ⅱ208将分别与摇摆导轨206前后两侧轨道之间产生相对滑动。

如图6所示，所述掌舵杆204处于竖直位置时，掌舵杆204的前侧翼与摇摆导轨206前侧轨道之间竖直方向上的夹角为α，掌舵杆204的后侧翼与摇摆导轨206后侧导轨之间竖直方向上的夹角为α；所述板簧Ⅰ212夹装在摇摆导轨206前侧轨道的下表面与对应一侧的工作台Ⅱ211上表面之间，板簧Ⅱ210夹装在摇摆导轨206后侧轨道的下表面与对应一侧的工作台Ⅱ211上表面之间；所述板簧Ⅰ212与对应一侧的工作台Ⅱ211之间的夹角为β，板簧Ⅱ210对应一侧的工作台Ⅱ211之间的夹角为β。

所述调位SMA弹簧Ⅰ202、调位SMA弹簧Ⅱ203、调位SMA弹簧Ⅲ205以及调位SMA弹簧Ⅳ207为采用SMA材料制成的弹簧状部件，具有受热收缩的性能，且具有较小收缩应力、大收缩位移行程的特点；在调位SMA弹簧Ⅰ202、调位SMA弹簧Ⅱ203、调位SMA弹簧Ⅲ205以及调位SMA弹簧Ⅳ207的外壁设有隔热材料，从而减少其受环境温度的影响；

所述拉紧SMA丝Ⅰ301和拉紧SMA丝Ⅱ302为采用SMA材料制成的丝状部件，具有受热收缩的性能，且具有较小收缩位移行程、大收缩应力的特点；在拉紧SMA丝Ⅰ301和拉紧SMA丝Ⅱ302的外壁无隔热材料，当在拉紧SMA丝Ⅰ301或拉紧SMA丝Ⅱ302的带动下，中间轮10与前轮5或中间轮10与后轮14的摩擦啮合过程中，与相应的摩擦片端面接触摩擦生热，与摩擦生热处相对应的拉紧SMA丝Ⅰ301或拉紧SMA丝Ⅱ302将自激收缩，减小拉紧SMA丝Ⅰ301或拉紧SMA丝Ⅱ302通电收缩的用电量，具有环保、自调节的功能。

根据上述双向可控式超越离合器的具体组成结构，本发明还提供了所述双向可控式超越离合器的控制方法，具体控制过程如下：

本发明所述双向可控式超越离合器的控制过程包括顺时针单向超越、逆时针单向超越、双向超越以及双向契合四种模式。

1、顺时针单向超越：

所述顺时针单向超越，即输入轮9(离合器的输入部分)只能向输出轮17(离合器的输出部分)输入顺时针转动的动力，且输出轮17不影响输入轮9的顺时针转动。

当需要进行顺时针单向超越时，此时，位于掌舵机构107前侧的调位SMA弹簧Ⅰ202和调位SMA弹簧Ⅱ203先通电，通电升温后的调位SMA弹簧Ⅰ202和调位SMA弹簧Ⅱ203将沿长度方向收缩，在调位SMA弹簧Ⅰ202和调位SMA弹簧Ⅱ203的收缩拉动下，掌舵杆204向前摆动，当掌舵杆204向前摆动角度超过α后，掌舵杆204的前侧翼抵靠在摇摆导轨206的前侧轨道的上表面，调位SMA弹簧Ⅰ202和调位SMA弹簧Ⅱ203在持续通电升温过程中继续收缩并带动掌舵杆204顶压着摇摆导轨206的前侧轨道继续向前摆动，进而压缩摇摆导轨206前侧轨道下方的板簧Ⅰ212，当摇摆导轨206的前侧轨道向前摆动并接近水平方向时，拉紧爪Ⅰ201端部的卡爪刚好卡在环状导轨Ⅰ106的前侧端面外侧，此时向位于拉紧爪Ⅰ201一侧的拉紧SMA丝Ⅰ301通电，通电升温后的拉紧SMA丝Ⅰ301将沿长度方向收缩，在拉紧SMA丝Ⅰ301的收缩带动下，拉紧爪Ⅰ201将与摇摆导轨206的前侧轨道之间产生相对滑动，在拉紧爪Ⅰ201的带动下，处于中间位置的环状导轨Ⅱ105沿轴向前移(即向靠近环状导轨Ⅰ的方向移动)，由于支撑滑杆机构中，位于中间位置的支撑滑杆109将环状导轨Ⅱ105和中间轮10沿轴向固定连接，故在环状导轨Ⅱ105的带动下，中间轮10沿轴向向前移动，中间轮10通过挤压前侧的摩擦片Ⅰ6和摩擦片Ⅱ7与前轮5相啮合；

由于普通单向机械轴承Ⅰ4为顺时针啮合，当输入轴1顺时针转动时，动力依次经过输入轮9、中间轮10、摩擦片Ⅱ7、摩擦片Ⅰ6、前轮5、普通单向机械轴承Ⅰ4内圈、普通单向机械轴承Ⅰ4外圈、前动力轮2、中间动力轮108、后动力轮16和输出轮17，最终从输出轮17以顺时针转动的形式输出；

当输入轴1逆时针转动，由于普通单向机械轴承Ⅰ4逆时针脱离，其外圈空转并不传递动力，此时，逆时针旋转的动力在普通单向机械轴承Ⅰ4内圈与普通单向机械轴承Ⅰ4外圈之间中断，故此种工作模式只传递顺时针旋转的动力；

当输出轮17的顺时针转动转速超越输入轴9的顺时针转动时，此时前轮5相对于前动力轮2逆时针转动，由于普通单向机械轴承Ⅰ4顺时针啮合而逆时针脱离，此时超速的输出轮17不影响输入轴9的转动，此顺时针转动输出的动力可超越脱离啮合，故所述离合器实现顺时针单向超越功能。

2、逆时针单向超越：

所述逆时针单向超越，即输入轮9(离合器的输出部分)只能向输出轮17(离合器的输出部分)输入逆时针转动的动力，且输出轮17不影响输入轮9的逆时针转动。

当需要进行逆时针单向超越时，此时，位于掌舵机构107后侧的调位SMA弹簧Ⅲ205和调位SMA弹簧Ⅳ207先通电，通电升温后的调位SMA弹簧Ⅲ205和调位SMA弹簧Ⅳ207将沿长度方向收缩，在调位SMA弹簧Ⅲ205和调位SMA弹簧Ⅳ207的收缩拉动下，掌舵杆204向后摆动，当掌舵杆204向后摆动角度超过α后，掌舵杆204的后侧翼抵靠在摇摆导轨206的后侧轨道的上表面，调位SMA弹簧Ⅲ205和调位SMA弹簧Ⅳ207在持续通电升温过程中继续收缩并带动掌舵杆204顶压着摇摆导轨206的后侧轨道继续向后摆动，进而压缩摇摆导轨206后侧轨道下方的板簧Ⅱ210，当摇摆导轨206的后侧轨道向后摆动并接近水平方向时，拉紧爪Ⅱ208端部的卡爪刚好卡在环状导轨Ⅲ104的后侧端面外侧，此时向位于拉紧爪Ⅱ208一侧的拉紧SMA丝Ⅱ302通电，通电升温后的拉紧SMA丝Ⅱ302将沿长度方向收缩，在拉紧SMA丝Ⅱ302的收缩带动下，拉紧爪Ⅱ208将与摇摆导轨206的后侧轨道之间产生相对滑动，在拉紧爪Ⅱ208的带动下，处于中间位置的环状导轨Ⅱ105沿轴向后移(即向靠近环状导轨Ⅲ104的方向移动)，由于支撑滑杆机构中，位于中间位置的支撑滑杆109将环状导轨Ⅱ105和中间轮10沿轴向固定连接，故在环状导轨Ⅱ105的带动下，中间轮10沿轴向向后移动，中间轮10通过挤压后侧的摩擦片Ⅲ12、摩擦片Ⅳ13与后轮14相啮合；

由于普通单向机械轴承Ⅱ15为逆时针啮合，当输入轴1逆时针转动时，动力依次经过输入轮9、中间轮10、摩擦片Ⅲ12、摩擦片Ⅳ13、后轮14、普通单向机械轴承Ⅱ15内圈、普通单向机械轴承Ⅱ15外圈、后动力轮16和输出轮17，最终从输出轮17以逆时针转动的形式输出；

当输入轴1顺时针转动，由于普通单向机械轴承Ⅱ15顺时针脱离，其外圈空转并不传递动力，此时，顺时针旋转的动力在普通单向机械轴承Ⅱ15内圈与普通单向机械轴承Ⅰ4外圈之间中断，故此种工作模式只传递逆时针旋转的动力；

当输出轮17的逆时针转动转速超越输入轴9的逆时针转动时，此时后轮14相对于后动力轮16顺时针转动，由于普通单向机械轴承Ⅱ15逆时针啮合而逆时针脱离，此时超速的输出轮17不影响输入轴9的转动，此逆时针转动输出的动力可超越脱离啮合，故所述离合器实现逆时针单向超越功能。

3、双向超越：

所述双向超越，输入轮9(离合器的输出部分)与输出轮17(离合器的输出部分)无动力连接；

当需要进行双向超越时，此时，位于掌舵机构107前侧的调位SMA弹簧Ⅰ202和调位SMA弹簧Ⅱ203以及位于掌舵机构107后侧的调位SMA弹簧Ⅲ205和调位SMA弹簧Ⅳ207均不通电，且位于拉紧爪Ⅰ201一侧的拉紧SMA丝Ⅰ301和位于拉紧爪Ⅱ208一侧的拉紧SMA丝Ⅱ302亦均不通电，此时中间轮10处于中间位置，既没有与前轮5啮合，也没有与后轮14啮合，因此，输入轮9顺时针或逆时针转动都不影响输出轮17的转动，输入轮9与输出轮17之间无动力连接，即实现所述离合器双向超越功能。

4、双向契合：

所述双向契合，即输入轮9(离合器的输入部分)能向输出轮17(离合器的输出部分)输入顺时针转动的动力，且输出轮17不影响输入轮9的顺时针转动，且输入轮9(离合器的输出部分)也能向输出轮17(离合器的输出部分)输入逆时针转动的动力，且输出轮17不影响输入轮9的逆时针转动；

当输入轮9输入顺时针旋转动力时，调位SMA弹簧Ⅰ202和调位SMA弹簧Ⅱ203先通电，拉紧SMA丝Ⅰ301后通电，动力从输出轮17顺时针输出，离合器的具体工作过程与前文“顺时针单向超越”工作过程相同；当输入轮9输入逆时针旋转动力时，调位SMA弹簧Ⅲ205和调位SMA弹簧Ⅳ207先通电，拉紧SMA丝Ⅱ302后通电，离合器的具体工作过程与前文“逆时针单向超越”工作过程相同；此种工作模式下的离合器既可以传递顺时针旋转动力，又可以传递逆时针旋转动力，实现双向契合功能。

本发明所述双向可控式超越离合器中共设计有四组掌舵机构107，四组掌舵机构107沿环状导轨的圆周方向均匀分布，当所述离合器工作时，相邻两组的掌舵机构107并不同时进入工作状态，即每次进行啮合工作时仅相对设置(即间隔设置)的两组掌舵机构107同时工作，当进行下一次啮合工作时另外两组相对设置(即间隔设置)的两组掌舵机构107再同时工作，此工作模式的设计是考虑到通电(根本原理也是通电产热)或受热而动作后的SMA材料，在自然冷却作用下，其温度不会立马恢复初状态，需要一定的延迟，所以两组掌舵机构107工作完，另两组掌舵机构107进入工作状态，刚工作完的两组掌舵机构107利用另两组组工作的时间来冷却恢复至初状态。

如图9所示，本发明所述的双向可控式超越离合器的结构设计紧凑，集成度较高，有利于产品的轻量化设计。

Claims (8)

1.一种双向可控式超越离合器，其特征在于：

由双向动力传递机构和动力调控机构组成；

所述双向动力传递机构中，输入轴(1)、输入轮(9)和中间轮(10)依次同轴固定连接，前轮(5)和后轮(14)同轴安装在中间轮(10)前后两侧，且前轮(5)和后轮(14)与中间轮(10)之间分别设有摩擦片，前动力轮(2)通过普通单向机械轴承Ⅰ(4)与前轮(5)同轴连接，后动力轮(16)通过普通单向机械轴承Ⅱ(15)与后轮(14)同轴连接，普通单向机械轴承Ⅰ(4)与普通单向机械轴承Ⅱ(15)的啮合方向相反，中间动力轮(108)同轴固连在前动力轮(2)与后动力轮(16)之间，输出轮(17)与后动力轮(16)同轴固连；

所述动力调控机构中，三组环状导轨的内圆面分别与前轮(5)、中间轮(10)和后轮(14)的外圆面轴向固定，四组掌舵机构(107)分别通过工作台均匀分布并安装在三组环状导轨的外圆面上，三组环状导轨的端面之间设有进退复位机构，使得中间环状导轨在两侧的环状导轨之间轴向滑动复位；

所述掌舵机构(107)中，掌舵杆(204)位于中间轮(10)对应的工作台上，并与摇摆导轨(206)同轴转动连接，掌舵杆(204)前后侧设置的调位SMA弹簧一端与掌舵杆(204)顶部固连，另一端与对应一侧环状导轨上的工作台固连，掌舵杆(204)前后两侧设有斜向上的侧翼，摇摆导轨(206)前后侧分别与拉紧爪匹配连接，在摇摆导轨(206)前后侧与对应的拉紧爪之间分别固连有拉紧SMA丝，在拉紧SMA丝的带动下摇摆导轨(206)与拉紧爪之间相对滑动，在摇摆导轨(206)前后侧下表面与对应的工作台之间分别设有板簧；

所述调位SMA弹簧与拉紧SMA丝均采用SMA材质，具有受热收缩，冷却复原的特性；

通过所述动力调控机构中的掌舵机构(107)控制三组环状导轨之间的轴向位移进而控制中间轮(10)与前轮(5)或后轮(14)之间结合或分离。

2.如权利要求1所述一种双向可控式超越离合器，其特征在于：

三组环状导轨的内圆面通过若干组沿圆周均匀分布的支撑滑杆机构分别与前轮(5)、中间轮(10)和后轮(14)的外圆面轴向固定；

所述支撑滑杆机构由三根结构的支撑滑杆(109)组成，三根支撑滑杆(109)的一端分别通过螺纹副固定在前轮(5)、中间轮(10)和后轮(14)的外圆面上，三根支撑滑杆(109)的另一端分别嵌置在三组环状导轨内侧的环形滑槽内。

3.如权利要求1所述一种双向可控式超越离合器，其特征在于：

若干组所述进退复位机构沿圆周方向分布在三组环状导轨的端面上；

所述进退复位机构由进退导轨(103)、回位弹簧Ⅰ(102)和回位弹簧Ⅱ(101)组成，所述进退导轨(103)垂直于三组环状导轨的端面设置，进退导轨(103)贯穿中间的环状导轨，进退导轨(103)的一端固定在前侧的环状导轨上，另一端固定在后侧的环状导轨上，回位弹簧Ⅰ(102)套装在前侧环状导轨与中间环状导轨之间的进退导轨(103)上，回位弹簧Ⅱ(101)套装在中间环状导轨与后侧环状导轨之间的进退导轨(103)上，所述回位弹簧Ⅰ(102)和回位弹簧Ⅱ(101)的结构完全相同。

4.如权利要求1所述一种双向可控式超越离合器，其特征在于：

所述调位SMA弹簧的外侧设有隔热材料。

5.如权利要求1所述一种双向可控式超越离合器，其特征在于：

所述掌舵杆(204)的下方为转动轴套，在转动轴套的上方竖直设有一根光杆，转动轴套的两侧对称设有斜向上的前侧翼和后侧翼；

所述摇摆导轨(206)的中间为轴向对称设置的转动连接板，转动连接板的径向两侧对称设有线型的轨道，在两侧轨道中间沿导轨长度方向开有线型凹槽，摇摆导轨(206)的转动连接板与掌舵杆(204)的转动轴套通过一个旋转轴同轴转动连接，所述旋转轴的两端通过支架安装在工作台上，所述旋转轴的轴向与环状导轨的轴向相垂直；

所述拉紧爪的一端均设有卡爪，另一端设有与摇摆导轨(206)两侧轨道相匹配的滑槽，两个拉紧爪分别与摇摆导轨(206)两侧匹配插接，在拉紧爪的滑槽端沿长度方向开有线型凹槽；

所述拉紧SMA丝一端固定在摇摆导轨(206)对应侧轨道的线型凹槽底部，另一端固定在对应侧拉紧爪的线型凹槽底部。

6.如权利要求1所述一种双向可控式超越离合器，其特征在于：

所述工作台为弧形桥状结构，三组环状导轨分别对应安装三个工作台，工作台与环状导轨的外圆面相匹配，工作台两侧桥板分别通过紧固螺钉固定在环状导轨的两侧端面上。

7.如权利要求1所述一种双向可控式超越离合器的控制方法，其特征在于：

所述控制方法包括顺时针单向超越、逆时针单向超越、双向超越以及双向契合四种控制模式；

所述顺时针单向超越的控制过程具体如下：

对位于掌舵机构(107)前侧的调位SMA弹簧先通电，通电升温后的调位SMA弹簧沿长度方向收缩，在调位SMA弹簧的收缩拉动下，掌舵杆(204)向前摆动，并通过其前侧翼进一步顶压对应侧的摇摆导轨(206)向前摆动，当摇摆导轨(206)向前摆动并接近水平方向时，前侧的拉紧爪卡在前侧环状导轨的前端面外侧，此时向位于前侧的拉紧SMA丝通电，通电升温后的拉紧SMA丝将沿长度方向收缩，在拉紧SMA丝的收缩带动下，拉紧爪带动处于中间的环状导轨沿轴向前移，进而带动中间轮(10)沿轴向前移，中间轮(10)通过挤压前侧的摩擦片与前轮(5)相啮合；

普通单向机械轴承Ⅰ(4)顺时针啮合逆时针脱离，当输入轴(1)顺时针转动时，动力依次经过输入轮(9)、中间轮(10)、摩擦片、前轮(5)、普通单向机械轴承Ⅰ(4)内圈、普通单向机械轴承Ⅰ(4)外圈、前动力轮(2)、中间动力轮(108)、后动力轮(16)和输出轮(17)，最终从输出轮(17)以顺时针转动的形式输出；当输入轴(1)逆时针转动，动力在普通单向机械轴承Ⅰ(4)内圈与普通单向机械轴承Ⅰ(4)外圈之间中断，无逆时针动力传递；当输出轮(17)的顺时针转动转速超越输入轴(9)的顺时针转动时，此时前轮(5)相对于前动力轮(2)逆时针转动，普通单向机械轴承Ⅰ(4)无动力传递，所述离合器即实现顺时针单向超越；

所述逆时针单向超越的控制过程具体如下：

对位于掌舵机构(107)后侧的调位SMA弹簧先通电，通电升温后的调位SMA弹簧沿长度方向收缩，在调位SMA弹簧的收缩拉动下，掌舵杆(204)向后摆动，并通过其后侧翼进一步顶压对应侧的摇摆导轨(206)向后摆动，当摇摆导轨(206)向后摆动并接近水平方向时，后侧的拉紧爪卡在后侧环状导轨的后端面外侧，此时向位于后侧的拉紧SMA丝通电，通电升温后的拉紧SMA丝将沿长度方向收缩，在拉紧SMA丝的收缩带动下，拉紧爪带动处于中间的环状导轨沿轴向后移，进而带动中间轮(10)沿轴向后移，中间轮(10)通过挤压后侧的摩擦片与后轮(14)相啮合；

普通单向机械轴承Ⅱ(15)逆时针啮合顺时针脱离，当输入轴(1)逆时针转动时，动力依次经过输入轮(9)、中间轮(10)、摩擦片、后轮(14)、普通单向机械轴承Ⅱ(15)内圈、普通单向机械轴承Ⅱ(15)外圈、后动力轮(16)和输出轮(17)，最终从输出轮(17)以逆时针转动的形式输出；当输入轴(1)顺时针转动，动力在普通单向机械轴承Ⅱ(15)内圈与普通单向机械轴承Ⅱ(15)外圈之间中断，无顺时针动力传递；当输出轮(17)的逆时针转动转速超越输入轴(9)的逆时针转动时，此时后轮(14)相对于后动力轮(16)顺时针转动，普通单向机械轴承Ⅱ(15)无动力传递，所述离合器即实现逆时针单向超越；

所述双向超越的控制过程具体如下：

位于掌舵机构(107)前后两侧的调位SMA弹簧以及拉紧SMA丝均不通电，此时中间轮(10)处于中间位置，既不与前轮(5)啮合，也不与后轮(14)啮合，输入轮(9)与输出轮(17)之间无动力传递，因此，输入轮(9)顺时针或逆时针转动均不影响输出轮(17)的转动，所述离合器即实现双向超越。

所述双向契合的控制过程具体如下：

当输入轮(9)输入顺时针旋转动力时，位于掌舵机构(107)前侧的调位SMA弹簧先通电，位于前侧的拉紧SMA丝后通电，离合器的具体控制过程与所述顺时针单向超越的控制过程相同；当输入轮(9)输入逆时针旋转动力时，位于掌舵机构(107)后侧的调位SMA弹簧先通电，位于后侧的拉紧SMA丝后通电，离合器的具体控制过程与所述逆时针单向超越的控制过程相同；此时离合器既可以传递顺时针旋转动力，又可以传递逆时针旋转动力，所述离合器即实现双向契合。

8.如权利要求7所述一种双向可控式超越离合器的控制方法，其特征在于：

在所述离合器控制啮合过程中，四组掌舵机构(107)分为两套，间隔设置的两组掌舵机构(107)为一套，同一套的两组掌舵机构(107)同步工作，两套掌舵机构(107)交替工作。