离合机构 本发明涉及一种离合机构。本发明特别是但不绝对是涉及一种用于与真空吸尘器的刷棒及其驱动装置相连接的离合机构。
立式真空吸尘器的吸尘器头具有方向朝下的脏空气入口，脏空气通过该入口被吸入该真空吸尘器。在绝大多数情况下，刷棒可旋转地装在脏空气入口的开口处，以便当真空吸尘器在地毯上方通过时扰动地毯的纤维，从而使藏在地毯内的污物和灰尘释放出来。刷棒通常由真空吸尘器的电机通过传动皮带驱动其旋转。
立式真空吸尘器通常可转变成用于在地面上方进行清洁的筒式吸尘器。在这种操作模式中，当脏空气通过软管或空心杆被吸入真空吸尘器中时，吸尘器的主要部件(包括吸尘器头)在电机运行期间常常是静止的。如果此时让刷棒继续顶着地毯就会对地毯造成不必要的摩损。许多吸尘器都装有能自动抬高吸尘器头的装置，并且当吸尘器转变成圆筒模式时，刷棒就会离开地毯，但由于吸尘器头的抬起可防止对地毯进行不必要的清刷，所以一般刷棒不停止旋转。有人建议，在吸尘器转变成圆筒操作模式时，用于将驱动刷棒的传动皮带变换到空转轮上，以断开驱动，但这种机构较为笨重，生产成本高并且可靠性差。
立式真空吸尘器的另一个缺陷是：刷棒有时会被卡住。当发生这种情况时，电机很容易过热和/或造成传动皮带损坏。有的机器还装有在电机过热时自动切断电机电源的装置，但是，只告戒用户切断电源常常还是不够的，当电机冷却后，吸尘器的电源再次接通，而问题则依然存在。此外，这种机器总存在着外部物体，如小孩的手指可能会插入脏空气入口处并会被旋转的刷棒严重伤害的危险。
本发明的一个目地是提供一种离合机构，特别是提供一种适用于真空吸尘器的旋转刷棒的离合机构，该机构体积小，并且在用于断开刷棒的驱动时可靠性高。另一个目的是提供一种当施加给刷棒的转矩超过预定值时能减小由于电机过热或机构故障造成的危险性的离合机构。本发明的再一个目的是提供一种离合机构，它能促使真空吸尘器的用户在刷棒被卡住时消除问题的起因。
本发明提供一种如权利要求1所述的离合机构。除了接合和分离位置，采用过负荷控制装置提供了能在接合位置驱动刷棒，并在进行地面上方的清洁时能使刷棒与驱动装置脱开的离合机构，如果转动刷棒所需的转矩超过了预定值，该离合机构还能使电机在不过热或损坏传动皮带的情况下继续运行。因此，装有该离合机构的真空吸尘器要比现有技术的真空吸尘器更能安全运行，并且不易发生需要进行维修或需要更换配件的损坏或故障。所以，该吸尘器运行费用低，对用户更友好。
本发明的较佳特性体现在权利要求4中。所采用的机构中，两条皮带由各自的皮带轮将它们支承在同一轴线的位置，这意味着该离合机构能置于分离的位置上，而不需要笨重的、不可靠的、将一条或多条传动皮带传递到空转轮的装置。该机构不需任何皮带轮进行轴向运动，而该运动会导致有关部件的摩损，同时还能减少可能发生的机械故障。
本发明的其它较佳特性体现在权利要求5中。当发生过负荷时，所采用的可产生过负荷信号的机构吸引了装配了该机构的真空吸尘器用户的注意，这是基于这样的事实：所需的转动刷棒的转矩超过预定值并且需要根除发生问题的原因。当刷棒被卡住或被阻滞并且没有利用电机的工作温度进行控制时，一直不断地发出过负荷信号。所以，促使真空吸尘器的用户在重新开始清洁前排除问题的起因，但对于吸尘器来说情况不总是这样，当刷棒被卡住并且吸尘器的工作温度超过预定值时，应切断电机的电源。在非正常或有损坏的情况下，本发明劝告用户不要继续使用该机器。该机构的另一优点是：当过负荷信号为声音信号时，在有外界物体，如儿童的手指伸入脏空气入口时立即发出声音警报，从而可将事故发现与发生之间的任何延误减至最小。
本发明还提供一种如权利要求13所述的离合机构。本发明的进一步的优点和较佳特性将表述在从属权利要求中。
现在将参照附图描述并全面解释本发明的一个实施例，其中：
图1真空吸尘器的吸尘器头的示意性侧视图，图中表示了电机、刷棒和本发明的离合机构的相对位置；
图2和2A是本发明离合机构的侧视图和前视图，为清楚起见，图中省略了传动皮带；
图3是图2和2A机构的组成部分的等角分解透视图；
图4是图2和2A中的处于正常驱动或接合位置的机构的侧剖视图，该机构包括由皮带轮承载的传动皮带；
图5A除了表示出该机构的静止和旋转的部件外，是与图4相似的剖视图，图中再次表示出接合的位置；
图5B除了表示出机构处于分离位置外，是与图5A相似的剖视图；以及
图5C除了表示出工作中的过负荷控制装置外，是与图5A相似的剖视图。
图1示意地表示出真空吸尘器100的吸尘器头10，吸尘器头10可旋转地安装在位于主体14下端的电机壳体12上，主体内容纳有尘袋形式的灰尘分离装置(图中未示出)、旋风分离器或其它过滤器。在电机壳体上还装有一对轮15，吸尘器头10从该轮处向前延伸。
吸尘器头10具有一个位于其前端并朝向下方的脏空气入口18，这样，在使用时，脏空气入口18靠在要清洁的表面20(通常为地面或地毯)上。利用支承部件(图中未示出)以已知的方式可旋转地安装刷棒22，所以刷棒22大体横向地延伸到脏空气入口18的整个宽度上。刷棒22从脏空气入口18处稍微伸出一点，以扰动要清洁的地毯的纤维，从而可增强清洁作用。
电机24安装在电机壳体12内。电机24通常用来驱动刷棒22，或者是直接驱动或者通过齿轮机构驱动。现有技术的机器包括具有空转轮的离合机构，该离合机构装有一根传动皮带及用于将有关皮带的动力传递给上述空转轮的机构，但这些机构工作不可靠。在图中所示实施例中，本发明的离合机构200位于电机24与刷棒22之间，所设置的传动皮带26，28分别用于将力矩从电机24传递到离合机构200和从离合机构200传递到刷棒22。电机24可以是任何适用于家用真空吸尘器的电机。该电机能接收传动皮带26并因而能承载用于接收该传动皮带26的主动轮30。传动皮带26同样接承载在电机轴上。传动皮带26也能由构成离合机构200(下文中将更全面地描述)一部分的被动轮32承载。离合机构200还有一个主动轮34，它承载传动皮带28，传动皮带28还由刷棒22上的皮带轮36承载。传动皮带26，28最好是高强度皮带，在正常的工作状态下，强化的传动皮带具有10年的预期寿命。这些传动皮带可以是凸棱带或齿形带，但最好是平皮带。皮带轮30，32，34，26的相对直径用于将电机的转速(通常为30-40k rpm)降低到适合于刷棒22的转速。适合的刷棒转速一般为3.5-5krpm。刷棒22可采用任何已知的设计，最好在其边缘具有端部向外扩张的硬毛结构，以便于清洁边角处。刷棒22、吸尘器头10和电机24的精确特性和尺寸对于本发明来说是不重要的，这里不作进一步的描述。
现在将参照图2，2A，3和4详细描述离合机构200的具体特征。首先参见图2和2A，可以看出，离合机构200是一个具有一个壳体202和一个致动器204的整体式装置。致动器204连接在主壳体202上，以便相对于主壳体旋转，下文将进行描述。致动器标牌206在一个圆周位置上从致动器204向外延伸，手动致动器手持部分208在另一个圆周位置上从致动器204向外延伸。这些部件的功能将在下文作全面描述。主壳体202包括一个模铸的凸块210，凸块上有用于接收螺丝或螺栓的通孔，利用这些螺丝或螺栓可将离合机构200固定在真空吸尘器的吸尘器头的适当部位上，或固定在任何适当的操作位置上。主壳体202还包括开口212，214，它们的位置和尺寸应使传动皮带26，28能通过主体202到达皮带轮32，34。
在图3的分解图中示出了离合机构200的各部件。该离合机构200具有一个基本上由一个环形板220a构成的底盖220，环形板220a的外圆周上有一圈环形边220b。在环形板220a的圆周上相隔开地设有三个圆孔环220c，圆孔环上开有通孔，它们用于接收将底盖220固定到主壳体202上的螺丝或螺栓。竖直圆筒壁220d位于底盖220的内圆周上并且该竖直壁220d在其底部周围具有具有向内延伸的边220e。第一滚柱轴承222的尺寸应使其能不松旷地装配到由竖直壁220d形成凹槽内，并且该内向凸边220e起一个止动器的作用，以防止第一滚柱轴承222通过所述凹槽不受限制地沿轴向运动。
滚针轴承形式的第二滚柱轴承224接收一根主轴226，并可在主轴上自由旋转。主轴226具有一个其内用于接收簧环228的环形槽226a。第二滚柱轴承224的尺寸应使它能与第一滚柱轴承222相配合，并在第一滚柱轴承222的内壁和第二滚柱轴承224外壁之间留有小的环形间隙。
从动轮32包括一个用于接收传动皮带26的大致呈圆柱形的外轮表面32a。加强肋32b沿圆柱形32a的内圆周间隔分布。轴向延伸的环形壁32c的尺寸应能使其不松旷地装配到由第一滚柱轴承222和第二滚柱轴承224之间限定的环形间隙内。因此，从动轮32支承在滚柱轴承222，224之间。
从动轮32上有多个轴向延伸的凸块32d，它们大体为矩形并在远离底盖220的一侧朝离开从动轮32的方向轴向地延伸。在图中所示的实施例中，示出了6个等间隔布置的凸块32d。在由凸块32d限定的圆周内具有多个摩擦片230和与之相同数量的离合片232。在该实施例中示出了两块摩擦片230和两块离合片232，但如果需要，可设置更多的摩擦片和离合片。也可只设置一块摩擦片和一块离合片。离合片232位于摩擦片230之间，以使摩擦片230与离合片232交错布置。各摩擦片230都有多个从其个圆周向外延伸的凸块230a。凸块230a的大小应使其能伸入从动轮32的凸块32d之间的空间。这样，当从动轮32旋转时，摩擦片230也必须随从动轮32一起旋转。各摩擦片230的内圆周都是圆形的。各离合片232都具有一个环形外圆周，其尺寸应能使其位于凸块32d内侧，并且离合片设有多个内凸的凸块232a，这些凸块向内突起并超过摩擦片230的内圆周。摩擦片230和离合片232的厚度应这样确定：当所有摩擦片230和离合片232相互紧靠在一起时，从动轮32的凸块32d应至少延伸到离从动轮32最远的摩擦片230处。
支承件234通常为圆盘形结构。支承件234的底部，即面对底盖220的那侧一般为圆柱形并具有多个向外突起的凸块234a，该凸块232a的结构和尺寸是这样确定的：它应伸入到各离合片232的内圆周围的凸块232a之间的空间内。这样，支承件234可随离合片232一起旋转。环形凸缘234b从支承件234向外凸起，以便将轴向力施加到离底盖220最远的离合片232上。中心孔234c穿过支承件延伸，以使心轴226能穿过该中心孔。支承件234通过压配合安装在心轴226上，以使支承件234与该心轴一同旋转。在支承件234远离凸块234a的一侧有远凸块234d，该凸块与心轴226平行延伸并远离底盖220。如图所示，这些远凸块234d的数量少于凸块234a，尽管其相对尺寸和间隔是不重要的。
在支承件234的盘形内部安装有一个压簧236。压簧236紧推着利用轴承240安装在心轴上的第一制动片238。该第一制动片238具有向外突起的凸块238a，该凸块238a的间隔和尺寸是这样确定的：它应伸入到支承件234的凸块234d之间的空间内。这样，第一制动片238就可随支承件234一起旋转。利用压簧236使第一制动片238相对于支承件234保持一段轴向距离，因而，如果有足够大的力施加到第一制动片238上，则第一制动片238可沿轴向朝支承件234方向运动。
利用一个轴承244将第二制动片242安装在心轴226上。第二制动片242也具有向外突起的凸块242a，但这些凸块不伸入到支承件234的凸块234d之间的空间内。在第一和第二制动片238，242之间夹着一块轴承罩板246。轴承罩板246也安装在心轴226上并可绕心轴226自由旋转。轴承罩板246具有多个通孔246a(在本实施例中示出3个)，有3个滚珠轴承248保持在通孔246a内。各制动片238，242具有多个倾斜槽242b，其形状这样确定：当第一和第二制动片238，242相对旋转时，滚珠轴承248的相对旋转迫使制动片238，242分离，从而使压簧236受到压缩。槽242b还包括凸缘和凹槽，在压簧236的作用下，这些凸缘和凹槽也使制动片制动片238，242压在一起。槽242b的形状可确保滚珠轴承248被较快地挤入凹槽，从而使滚珠轴承248每次落入凹槽内都会发出一声可听见的声响。制动片238，242还具有小台阶状凸起242c，当制动片238，242之间出现相对旋转时，轴承罩板246位于凸起242c上方。这样可确保轴承罩板246相对于滚珠轴承保持在可阻止滚珠轴承滚到通孔246a外面的一定位置上，即与制动片238，242大致等距的某位置上。
主动轮34在其面对底盖220那侧具有多个凸块34a，这些凸块伸入到第二制动片242的凸块242a之间的空间内。因此，主动轮34可随第二制动片242一起旋转。主动轮24包括一个圆筒表面34b，该表面用于接收连接到刷棒22的传动皮带28。向外延伸凸缘34c将传动皮带28保持在圆筒表面34b上。利用轴承250将主动轮34安装在心轴226上。
第三滚柱轴承252设置在心轴226上靠近主动轮34处。该第三滚柱轴承252通过一个衬套253安装在心轴226上，以支承心轴226，同时还允许第三滚柱轴承与心轴226之间有轴向运动。安装在心轴226上靠近簧环228的地方的第四滚柱轴承254也支承着心轴226，尽管在簧环228与第四滚柱轴承254表面之间的靠近簧环228处有大约1.5mm的小间隙。
主壳体202用于覆盖和封闭离合机构200的内部部件。主202具有一个圆筒形部分202a，确定其形状和尺寸时应使其能封闭从动轮32。3个开有通孔的凸起部202b围绕环形部分202a间隔布置并与底盖220上的凸起220c相配合。因此，用螺丝或螺栓可将主壳体202固定在底盖220上。主壳体202还有一个中心部分202c，确定其尺寸和结构时应能将摩擦片和离合片230，232、支承件234、压簧236、制动片238，242、轴承罩板246、滚珠轴承248及主动轮34封闭在其内。这些部件的布置应使离合机构内，尤其是主动轮34的底部区域保持良好的气密性，这样可防止脏物或灰尘进入机构的易损部件内。主壳体202还具有一个伸入到致动器204内部的端部分202d。确定该端部分202d的尺寸时应使其能接收和容纳第三和第四滚柱轴承252和254及心轴226a远离底盖220的端部。端部分202d具有一个台肩202e，第四滚柱轴承254紧靠在该台肩上，以防止不受限制的轴向运动。端部分202d还具有一个向外延伸的凸缘202f，该凸缘包括一个用于接收扭簧256的一个端部的凹槽。该扭簧256的另一个端部由致动器204保持。
主壳体202和致动器204还包括凸轮表面258。利用这些凸轮表面258，在致动器206绕心轴226旋转时，可改变致动器204相对于壳体202的轴向位置。如前所述，致动器204包括一个致动器接片206及一个致动器把手部分208，以便用手或自动地使真空吸尘器吸尘头相对于主体和/或电机壳体旋转。最后，在致动器204顶部的开口由帽260关闭。
图4表示处于已装配状态下的离合机构200。可理解到，利用螺丝或螺栓可将主壳体202固定地连接到底盖220上。扭簧256的作用是将致动器204压向壳体202。由弹簧236将心轴226压向左边，从而使离合片232稳固地挤靠在摩擦片230上。这种挤压接触意味着摩擦片230的任何旋转都会引起离合片232旋转。此外，滚珠轴承248也被压簧236压入制动片238，242上的凹槽242b内，所以第一制动片238的任何旋转都会引起第二制动片242旋转。
因此，这就是离合机构200的正常位置。当传动皮带26驱动从动轮32旋转时，摩擦片230旋转，并且由于摩擦片230和离合片232之间的压力，使离合片232也旋转。这样就使支承件234旋转并从而使心轴226和第一制动片238也旋转。压簧236的压力作用使滚珠轴承248保持在旋转的第二制动片242的凹槽242b内。这样就会使主动轮34旋转并通过皮带28将转矩传递给刷棒22。图5A表示出离合机构200的正常驱动位置，其中画交叉阴影线的部分是旋转部件。
当真空吸尘器100用于地面上方的清洁时，真空吸尘器的手柄将转变到竖直位置。主体14和吸尘器头10之间的相对运动可用于自动地推动致动器凸块206并使致动器204相对于主壳体202旋转。致动器204相对于离合机构200的主壳体202的旋转造成凸轮表面258之间产生相互作用。凸轮表面258使致动器204相对于主壳体202稍微抬高。这就使离合机构200处于图5B所示的分离位置。正如图中所看到的，由于心轴226紧靠着簧环226，所以致动器204的抬高使得第四滚柱轴承254将心轴226抬起。因此，整个心轴226被抬起不超过1.5mm的距离。心轴226在轴承253内滑动，而第三滚柱轴承252安装在该轴承上。心轴226也在支承主动轮34的轴承250和分别支承第一和第二制动片238，242的轴承240，244内滑动。但是，由于弹簧236的反向作用，使支承件234随心轴226一同被抬起，因而作用在摩擦片230和离合片232之间的压力被释放。所以，离合片232不再压靠在摩擦片230上，从而转矩也不在它们之间传递。
在这个位置上，从动轮32仍由传动皮带26驱动。虽然摩擦片230与从动轮32一起旋转，但离合片232不由摩擦片230驱动。因此，支承件234与心轴226、制动片238，242和主动轮34一起保持静止。在该位置，由传动皮带26传递给从动轮32的转矩不由皮带28传递给主动轮34。图5B示出了该分离位置，并也用交叉阴影线表示旋转部件。
设置致动器手持部分208是为了使真空吸尘器100的使用者能在任何时候将离合机构200推入到分离位置。在许多情况下，该装置是有用的，特别是当真空吸尘器用在无地毯的地面并且不需要使用刷棒时更是如此。
离合机构200还具有第一和第二制动片238，242形式的过负荷控制装置。有时刷棒22被卡住，从而使转动刷棒所需的转矩急刷增大。可以理解到，如果真空吸尘器用在具有特长绒毛的地毯上时，转动刷棒所需的转矩将增大。当转矩增大到超过预定数值时，可能会发生电机24过热或一条传动皮带26，28磨损的严重危险。如果刷棒22被卡住或转动它的转矩过大，则不应当让主动轮34旋转。在这种情况下，在第一和第二制动片238，242之间被迫进行相对旋转。滚珠轴承248设置在制动片238，242内的槽242b周围，同时由轴承罩板246保持在俘获状态，该轴承罩板借助于凸台状凸起242c可防止其相对于制动片发生扭曲。由于第一制动片238以较强的压力顶住压簧236的作用力，所以允许形成这种相对旋转。弹簧236的压缩还增大了通过支承件234施加给摩擦片230和离合片232的力，这样就减小了在过负荷之前或期间在它们之间立即发生滑动的危险。压簧236的作用是在每一可能的情况下将滚珠轴承248压回到制动片238，242内的凹槽内，并且相对的旋转速度应使滚珠轴承248在任何过负荷状态下都产生较大的卡搭声。这种声音信号向真空吸尘器100的用户发出警报：刷棒22被卡住并在恢复真空吸尘器100的正常使用之前需要进行清除，或刷棒大概被地毯较长的绒毛阻滞。离合机构200的这种过负荷操作表示在图5C中，图中的旋转部件用交叉阴影线画出。
对于有本专业的读者来说将会更加清楚上述离合机构的优点。特别是该机构的重量轻、结构紧凑并且不易出现故障等。运动部件都装在一个保护壳体内，在正常工作状态下，由于不需要像现有技术那样使传动皮带从一个皮带轮传送到另一个皮带轮，所以只有很少部件只沿轴向作少量运动。在出现故障的情况下，呵将离合机构作为一个单体部件从真空吸尘器上卸下，然后可进行维修或进行更换。
过负荷信号最好在家庭正常工作环境下是发出的可听见的或令人不舒适的较强声音，以促使用户在继续使用真空吸尘器之前确保已将过负荷原因消除，这只需经常将缠绕在刷棒周围并造成刷棒被卡住的材料去除。这样就使真空吸尘器几乎总是在正常工作状态下运行并可延长吸尘器头的使用寿命。这样由于维修量小并只需要较少的备件，所以还可提高顾客的满意程度，并使运行费用降低。
单纯作为一个实例来说，上述机构可装配在具有600W电机的真空吸尘器的吸尘器头。在正常工作状态下转动刷棒所需的功率大约为15W或更小。如果刷棒被卡住或阻滞以致在必须提供足以能转动刷棒的转矩时所需的功率将增大到大约45W，则过负荷机构就将运行，以使滚珠轴承绕凹槽运转并向用户发生声音信号。驱动过负荷控制装置所需的功率只有15W，所以当所需提供的功率小于15W时，该机构只用来驱动刷棒。该机构的特性可通过改变各部件(特别是压簧)的特性来改变。