基于勢能轉換原理的低功耗車用離合器電動操縱機構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于勢能轉換原理的低功耗車用離合器電動操縱機構，包括操縱電機，蝸桿，蝸輪，拉索，主軸，拉伸助力彈簧，扭轉助力彈簧及滾輪，拉索纏繞在滾輪上，蝸輪與滾輪構成蝸輪滾輪組件，操縱電機經蝸桿旋轉驅動蝸輪滾輪組件，拉索將蝸輪滾輪組件的轉動轉化為平動，完成離合器的結合/分離動作，在蝸輪滾輪組件旋轉時，離合器膜片彈簧中存儲的勢能與拉伸助力彈簧以及扭轉助力彈簧中存儲的勢能相互轉換。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明簡化了結構，降低了完成離合器結合/分離動作所需的電能，進而降低操縱電機的功率等級，減少了生產成本。
【專利說明】基于勢能轉換原理的低功耗車用離合器電動操縱機構

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車用離合器電動操縱機構，尤其是涉及一種基于勢能轉換原理的低功耗車用離合器電動操縱機構。

【背景技術】
[0002]在現(xiàn)有車用傳動系中，定軸式手動變速箱(MT)以其傳動效率高，生產成本低以及可靠性高等諸多優(yōu)點在我國獲得廣泛應用。在MT的基礎上，若用自動操縱機構代替人力完成離合器結合/分離以及選換檔動作，便構成了手自一體機械式自動變速器(AMT)。
[0003]為以電動方式，實現(xiàn)離合器結合/分離動作的自動完成，需要專門設置一離合器電動操縱機構?，F(xiàn)有的最常見的離合器電動操縱機構通?；谌缦略韺崿F(xiàn)，即:依次通過一減速增扭裝置以及一轉動/平動轉換裝置，將具備高旋轉速度/低轉矩特點的操縱電機輸出動力轉換為具備低平動速度/高推(拉)力特點的操縱機構末端輸出動力，以此作為克服膜片彈簧分離指端負載，通過操縱分離軸承平移實現(xiàn)離合器結合/分離動作的動力。因此，操縱電機的功率等級基本由膜片彈簧分離指端負載決定。
[0004]由上述分析可知，降低膜片彈簧分離指端負載是降低操縱電機功率等級，進而降低生產成本的不二之選。為此，有人提出在上述離合器電動操縱機構減速增扭裝置的末端增加一扭轉助力彈簧，以此降低膜片彈簧分離指端負載的大小，但是這樣一種技術路線只能部分降低操縱電機所需的功率等級。原因是，以上兩種離合器操縱機構的主要設計思想是一脈相承的，即用操縱電機克服膜片彈簧分離指端的負載，在離合器完成一次結合/分離動作后，膜片彈簧中存儲的勢能不變，而操縱電機輸出的機械能量最終轉換為了熱能。
[0005]中國專利CN2486382Y公開了用于汽車、火車、飛機及各種交通運輸工具的制動節(jié)能器，它是在齒輪箱上部的傳動軸上設有前后傳動齒輪和前后離合器，齒輪箱下部設有與前后傳動齒輪嚙合的盆形齒輪，盆形齒輪中部設有儲能發(fā)條，后側設有電磁制動器，前后離合器之間設有撥叉操縱桿，操縱桿可控制儲能發(fā)條的旋轉與放松，在車輛制動時將車輛的動能轉變成勢能存儲在發(fā)條中，在制動解除后將發(fā)條中存儲的勢能轉變成動能提供給車輛。與本發(fā)明相比，該發(fā)明同樣體現(xiàn)了利用小功率器件控制大量機械能流動方向的思想，但是該發(fā)明所利用的小功率器件是一種機械元件(撥叉操縱桿)，實現(xiàn)的是車輛動能與發(fā)條勢能間的轉換。本發(fā)明所利用的小功率器件是一種電氣元件(小功率操縱電機)，實現(xiàn)的是離合器執(zhí)行機構拉伸助力彈簧以及扭轉助力彈簧勢能與離合器膜片彈簧勢能的轉換。與該發(fā)明相比，首先本發(fā)明所涉及的領域不同，其次從控制角度分析，本發(fā)明具備電控電動系統(tǒng)所特有的靈活性，第三從有益實施效果角度分析，該發(fā)明突出強調的是節(jié)能效果，而本發(fā)明突出強調的是結構的小型化，因此與該分明相比，本發(fā)明有著本質的區(qū)別。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種結構簡單，生產成本低，且具備低功耗特點的新型車用離合器執(zhí)行機構。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0008]基于勢能轉換原理的低功耗車用離合器電動操縱機構，包括操縱電機，蝸桿，蝸輪，拉索，主軸，拉伸助力彈簧，扭轉助力彈簧及滾輪，
[0009]所述的拉索纏繞在滾輪上，
[0010]所述的蝸輪與滾輪構成蝸輪滾輪組件，經主軸旋轉支撐在殼體上，
[0011]所述的操縱電機經蝸桿旋轉驅動蝸輪滾輪組件，拉索將蝸輪滾輪組件的轉動轉化為平動，完成離合器的結合/分離動作，在蝸輪滾輪組件旋轉時，離合器膜片彈簧中存儲的勢能與拉伸助力彈簧以及扭轉助力彈簧中存儲的勢能相互轉換。
[0012]所述的操縱電機通過改變自身的旋轉方向來對勢能的流動方向進行切換。
[0013]優(yōu)選的，拉伸助力彈簧在蝸輪滾輪組件一定轉角范圍內對其施加助力轉矩，扭轉助力彈簧在蝸輪滾輪組件全部轉角范圍內對其施加助力轉矩。
[0014]作為更加優(yōu)選的實施方式，蝸輪滾輪組件上加工有擋桿槽以及安裝孔，所述拉伸助力彈簧的一端與殼體固結，另一端與擋桿固結，擋桿部分或全部位于擋桿槽中，擋桿槽限制了擋桿沿滾輪的徑向運動，擋塊在一個方向上限制了擋桿沿滾輪的周向運動。這樣，擋桿槽使在蝸輪滾輪組件只能在擋桿槽的轉角范圍內操縱拉伸助力彈簧拉伸或收縮。扭轉助力彈簧的一端與殼體固結，另一端位于安裝孔內，在蝸輪滾輪組件全部轉角范圍內對其施加助力轉矩。
[0015]所述的滾輪具有變化的半徑，優(yōu)選的，滾輪可以是盤形凸輪。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0017](I)提出了一種全新的設計思想，即在離合器分離過程中，利用由兩種不同類型彈簧構成的機械儲能元件組暫時存儲膜片彈簧輸出的勢能，而在離合器結合過程中，上述機械儲能元件組將存儲的勢能歸還給膜片彈簧，這樣一來操縱電機的功能便由克服膜片彈簧分離指端負載，變?yōu)榱藢ι鲜鰟菽苻D換方向的切換，很大程度上降低了上述電能轉換熱能的規(guī)模，以此實現(xiàn)低功耗運行。通過這樣一種方法可降低操縱電機以及相應驅動電路所需的功率等級。
[0018](2)從結構上看本發(fā)明以滾輪拉索代替了常用的齒輪齒條來實現(xiàn)轉動與平動的轉換，簡化了結構，進一步降低了生產成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
[0020]圖2為典型B級轎車用離合器膜片彈簧分離指端的負載特性；
[0021]圖3為本發(fā)明實施例的有益效果圖。
[0022]圖中，I為操縱電機、2為蝸桿、3為拉伸助力彈簧、4為蝸輪、5為擋塊、6為殼體、7為擋桿、8為擋桿槽、9為安裝孔、10為扭轉助力彈簧、11為主軸、12為拉索、13為滾輪。

【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0024]實施例
[0025]一種基于勢能轉換原理的低功耗車用離合器電動操縱機構，其結構如圖1所示，主要包括:操縱電機1，蝸桿2，拉伸助力彈簧3，蝸輪4，殼體6，扭轉助力彈簧10，主軸11，拉索12，以及滾輪13。
[0026]操縱電機I與蝸桿2旋轉驅動連接。蝸輪4與滾輪13固連，構成蝸輪滾輪組件，并且通過主軸11旋轉支撐在殼體6上。當操縱電機I通過驅動蝸桿2旋轉驅動蝸輪滾輪組件時，纏繞在滾輪13上且一端與蝸輪滾輪組件固結的拉索12將上述轉動轉化為平動，進而完成離合器結合/分離動作。
[0027]蝸輪滾輪組件上加工有擋桿槽8以及安裝孔9。拉伸助力彈簧3的一端與殼體6固結，另一端與擋桿7固結，擋桿7部分或全部位于擋桿槽8中，擋桿槽8限制了擋桿7沿滾輪13的徑向運動，而擋塊5在一個方向上限制了擋桿7沿滾輪13的周向運動。這樣，利用擋桿槽8使在蝸輪滾輪組件只能在擋桿槽8的轉角范圍內操縱拉伸助力彈簧3拉伸或收縮。扭轉助力彈簧10的一端與殼體6固結，另一端位于安裝孔9內，在蝸輪滾輪組件全部轉角范圍內都可以對其施加助力轉矩。
[0028]典型B級轎車用離合器膜片彈簧分離指端的負載特性如圖2所示，分離軸承作用力隨著分離軸承向離合器分離方向位移的增加幾乎以線性關系同步增加，在越過A點后，隨著分離軸承位移的進一步增加，分離軸承作用力快速下降，正是在考慮了膜片彈簧離合器的上述特點后，完成了本實施例的設計。
[0029]假設圖1對應離合器完全結合狀態(tài)，拉伸助力彈簧3處于拉伸狀態(tài)，擋桿7壓在擋塊5上(防止二者因振動產生撞擊，進而產生噪聲)，扭轉助力彈簧10處于擰緊狀態(tài)，其試圖將蝸輪滾輪組件逆時針旋轉。若蝸輪滾輪組件在圖1所示位置的基礎上開始逆時針旋轉，一開始只有扭轉助力彈簧10產生的轉矩作用在蝸輪滾輪組件上，對蝸輪滾輪組件逆時針運動產生了輔助作用。隨著蝸輪滾輪組件旋轉角度的增加，當擋桿槽8上方的間隙完全消失后，蝸輪滾輪組件便通過擋桿7迫使拉伸助力彈簧3進一步拉伸，拉伸助力彈簧3所產生轉矩對蝸輪滾輪組件逆時針運動的阻礙作用超越了扭轉助力彈簧10所產生轉矩對蝸輪滾輪組件逆時針運動的輔助作用。上述輔助作用與阻礙作用的轉換與典型車用離合器膜片彈簧分離指端的負載特性相對應，最大程度上降低了離合器膜片彈簧分離指端負載的大小。參見圖3，其中實線表示沒有安裝助力彈簧組，同時滾輪13沒有采用變半徑結構時，離合器膜片彈簧分離指端的負載特性；虛線表示安裝助力彈簧組，但滾輪沒有采用變半徑結構時，助力彈簧組作用在蝸輪滾輪組件上的轉矩隨蝸輪轉角的變化；點線表示安裝助力彈簧組，但滾輪沒有采用變半徑結構時，離合器膜片彈簧分離指端的負載特性；點劃線表示安裝助力彈簧組，同時滾輪采用變半徑結構時，離合器膜片彈簧分離指端的負載特性。由此可知實線與虛線隨蝸輪轉角的變化趨勢是一致的，這直接導致在助力彈簧組的作用下離合器膜片彈簧分離指端的負載特性已變得非常平順。
[0030]在接近B點時，隨著蝸輪轉角的進一步增加，滾輪13的半徑逐步變小，實際構成了一盤形凸輪，使得離合器膜片彈簧分離指端的負載特性變得更為平順。
【權利要求】
1.基于勢能轉換原理的低功耗車用離合器電動操縱機構，其特征在于，該操縱機構包括操縱電機(1)，蝸桿(2)，蝸輪(4)，拉索(12)，主軸(11)，拉伸助力彈簧(3)，扭轉助力彈簧(10)及滾輪(13)， 所述的拉索(12)纏繞在滾輪(13)上， 所述的蝸輪(4)與滾輪(13)構成蝸輪滾輪組件，經主軸(11)旋轉支撐在殼體(6)上， 所述的操縱電機(I)經蝸桿(2)旋轉驅動蝸輪滾輪組件，拉索(12)將蝸輪滾輪組件的轉動轉化為平動，完成離合器的結合/分離動作，在蝸輪滾輪組件旋轉時，離合器膜片彈簧中存儲的勢能與拉伸助力彈簧(3)以及扭轉助力彈簧(10)中存儲的勢能相互轉換。
2.根據權利要求1所述的基于勢能轉換原理的低功耗車用離合器電動操縱機構，其特征在于，所述的操縱電機(I)通過改變自身的旋轉方向來對勢能的流動方向進行切換。
3.根據權利要求1所述的基于勢能轉換原理的低功耗車用離合器電動操縱機構，其特征在于，所述的蝸輪滾輪組件上加工有擋桿槽(8)，所述的擋桿槽(8)使在蝸輪滾輪組件只能在擋桿槽(8)的轉角范圍內操縱拉伸助力彈簧(3)拉伸或收縮。
4.根據權利要求1所述的基于勢能轉換原理的低功耗車用離合器電動操縱機構，其特征在于，所述的扭轉助力彈簧(10)在蝸輪滾輪組件全部轉角范圍內對其施加助力轉矩。
5.根據權利要求3所述的基于勢能轉換原理的低功耗車用離合器電動操縱機構，其特征在于，所述拉伸助力彈簧(3)的一端與殼體(6)固結，另一端與擋桿(7)固結，擋桿(7)部分或全部位于擋桿槽(8)中，擋桿槽(8)限制了擋桿(7)沿滾輪(13)的徑向運動，擋塊(5)在一個方向上限制了擋桿(7)沿滾輪(13)的周向運動。
6.根據權利要求4所述的基于勢能轉換原理的低功耗車用離合器電動操縱機構，其特征在于，所述的蝸輪滾輪組件上加工有安裝孔(9)，所述的扭轉助力彈簧(10)的一端與殼體(6)固結，另一端位于安裝孔(9)內。
7.根據權利要求1所述的基于勢能轉換原理的低功耗車用離合器電動操縱機構，其特征在于，所述的滾輪(13)具有變化的半徑。
8.根據權利要求7所述的基于勢能轉換原理的低功耗車用離合器電動操縱機構，其特征在于，所述的滾輪(13)為盤形凸輪。
【文檔編號】F16D48/06GK104455087SQ201410558787
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權日:2014年10月20日
【發(fā)明者】鐘再敏, 吳?？? 王春現(xiàn), 王鵬, 周鵬飛 申請人:同濟大學