CN100374760C - 应用小功率电磁离合器实现大功率动力通断的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械传动技术领域，特别是汽车、工程机械、机床等需要自动接合与切断动力传递的大功率电控离合方法及装置。利用齿轮分流箱(1)将输入动力分为两路，一路经联接轴(2)直接输入行星齿轮机构(4)，另一路动力通过电磁离合器(5)的接合与断开，将动力通过另一联接轴(3)传递，只有电磁离合器(5)接合，两路动力都输入行星齿轮机构(4)，动力才能经行星齿轮机构(4)汇流后输出。该装置采用小功率的电磁离合器，即可实现大功率的动力接合与切断，并易于实现自动控制。

Description

应用小功率电磁离合器实现大功率动力通断的方法及装置

技术领域

本发明涉及机械传动技术领域，特别是汽车、工程机械、机床等需要自动接合与切断动力传递的大功率电控离合方法及装置。

背景技术

对于动力传递，尤其是大功率动力传递的场合，动力的接合与切断控制是必不可少的，甚至是非常频繁的。当前，市场上普遍使用动力接合与切断控制装置主要有摩擦片式机械离合器和电磁离合器两种。汽车上发动机的动力传递基本上使用普通摩擦片式机械离合器，仅在空调压缩机、散热器风扇等小功率场合使用电磁离合器。但是，机械离合器难以实现自动控制；而电磁离合器由于受到材料、产生压紧力的电磁线圈功率、安装工艺等方面的限制，当前市场上使用的电磁离合器普遍都存在传递功率较小的缺陷。当前电磁离合器主要用于机床、纺织机械等运行工况相对稳定、传递功率较低的场合，其传递功率一般在10kw以下。对电磁离合器，还存在传递扭矩增大时，则许用转速下降，许用转速升高，则传递的扭矩下降的问题。因此，目前市场上可获取的电磁离合器不能满足汽车这种工况变化复杂、传递的扭矩和转速均较高的场合，同时，也未见相关的技术文献报道。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述现有技术的缺陷，提出一种应用小功率的电磁离合器实现大功率的动力接合与切断方法及装置，可用于象汽车等动力传递工况变化复杂、传递的扭矩较大、转速均较高的场合。

本发明应用小功率的电磁离合器实现大功率的动力接合与切断方法的目的是这样实现的：

动力的接合：动力输入齿轮分流箱后，从齿轮分流箱1将输入动力分为两路，一路通过联接轴一2直接输入行星齿轮机构4，另一路通过电磁离合器5的接合，将动力通过联接轴二3输入行星齿轮机构4；输入行星齿轮机构4的两路动力经行星齿轮机构4汇流后输出。

动力的切断：动力输入齿轮分流箱后，从齿轮分流箱1将输入动力分为两路，一路通过联接轴一2输入行星齿轮机构4，另一路经过处于断开状态的电磁离合器5，没有动力经过联接轴二3输出，行星齿轮机构4没有动力输出。整个动力输入与输出之间的动力切断。

对于本发明应用小功率的电磁离合器实现大功率的动力接合与切断的装置来说，上述技术问题是这样解决的：

所述装置包括齿轮分流箱1、行星齿轮机构4和电磁离合器5；所述齿轮分流箱1通过联接轴2与行星齿轮机构4的齿圈相配合；齿轮分流箱1还通过控制动力接合和切断的电磁离合器5和联接轴二3与行星齿轮机构4的太阳轮相配合。

工作原理：

本发明可用小功率的电磁离合器实现大功率的动力接合与切断，其原理在于通过一联接轴分流了大部分动力，因此，通过电磁离合器控制动力接合与断开的连接轴传输的动力仅为输入动力的一小部分。理论依据如下：

可设：原动力输出功率为P₁，输出转速为n₁，输出扭矩为T₁；

驱动对象连接端的功率为P_j，转速为n_j，扭矩为T_j；

齿轮分流箱1通过联接轴一2将动力直接传送到行星齿轮机构的功率为P_q，转速为n_q，扭矩为T_q；

齿轮分流箱1通过由一电磁离合器5控制其接合和切断的联接轴二3将动力传送到行星齿轮机构4的太阳轮功率为P_t，转速为n_t，扭矩为T_t；

Z₁-与联接轴二3上齿轮啮合的齿轮分流箱中的主动齿轮；

Z₂-与Z₁啮合的联接轴二3上的齿轮；

Z₃-与行星齿轮机构上齿轮啮合的联接轴一2上的齿轮；

Z₄-与Z₃及行星齿轮机构4上齿圈啮合的齿轮；

i₂₁-Z₂与Z₁之间的速比；

i₄₃-Z₄与Z₃之间的速比；

i-Z₄与Z₁之间的速比；

n₁，n₂，n₃，n₄-分别为齿轮Z₁、Z₂、Z₃、Z₄的转速；

n_i、n_q-分别为行星齿轮机构4上太阳轮与齿圈的转速；

k-行星排的特性参数，即齿圈与太阳轮的齿数比；

最优行星排情况下的最优离合器有关参数确定如下；

1、计算电磁离合器5分路的功率与原动力输入功率的比值；

根据前面的参数定义有：

$i_{21}=\frac{n_1}{n_2}---\left(1\right)$

$i_{43}=\frac{n_3}{n_4}---\left(2\right)$

$i=\frac{i_{43}}{i_{21}}---\left(3\right)$

n_t＝i₂₁*n₁                        (4)

n_q＝i₄₃*n₁                        (5)

n_q＝i*n_t                          (6)

根据机械原理中行星机构的扭矩及功率计算公式，有：

$k=\frac{T_q}{T_t},T_1=(1+k)T_t---\left(7\right)$

$\frac{P_t}{P_1}=\frac{1}{1+k*i}---\left(8\right)$

根据公式(8)，电磁离合器5分流回路的功率大小与行星排特性参数k和传动比i有关，其关系为二者的乘积越大，电磁离合器5分流回路的功率比例越小。

2、计算电磁离合器5分路的转速与输出动力转速的比值

由机械原理中行星机构三元件的转速计算公式，有：

n_t+k*n_q＝(1+k)n_j                      (9)

将(6)式代入(9)式，有：

n_t(1+k*i)＝(1+k)n_j                    (10)

根据公式(10)，电磁离合器5分路的转速大小与行星排特性参数k和k与i乘积有关，并且i越大，分流回路的转速越小。一般情况下，i取值大于1。k越大，分流回路的转速越小。

3、计算电磁离合器5分路动力的扭矩与输出动力扭矩的比值关系

电磁离合器5分路的扭矩与输出动力扭矩的比值关系就是k的比值关系问题，由机械原理中行星机构三元件的转速计算公式，有：

T₁＝(1+k)T_t                  (11)

T_j＝(1+k)T_t                  (12)

从上面两个表达式可以看出扭矩关系与k有关，因为T₁或T_j的值相对固定，因此，k越大，电磁离合器5分路传递的扭矩也越小。

上面关于电磁离合器5分路三个动力参数的分析，可知参数K值越大，电磁离合器5分路输出的功率越小、转速越低、传递的扭矩越小。通过取一定的k值，可实现本发明的目的。

本发明的优点：

1、通过小功率的电磁离合器，即可实现大功率的动力接合与切断；

2、由于采用了电磁离合器，所以易于实现自动控制；

3、本发明涉及的齿轮分流箱、联接轴、行星齿轮机构以及电磁离合器的主要零部件，均为市场上可以买到的现成产品，整个装置易于实现。

附图说明

图1是应用小功率电磁离合器实现大功率动力通断的装置的结构示意图。

图2是应用小功率电磁离合器实现大功率动力通断的装置连接方式示意图

具体实施方式

实施例1

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

原动力为大功率的发动机，驱动对象为一台发电机。

应用小功率电磁离合器实现大功率动力通断的装置由行星齿轮机构4、齿轮分流箱1、电磁离合器5构成。所述行星齿轮机构4为2自由度单行星排的行星齿轮机构，齿轮分流箱1为一对定轴齿轮啮合构成，电磁离合器5为单片或者多片式电磁离合器5。齿轮分流箱1通过联接轴一2与行星齿轮机构4的齿圈相配合；齿轮分流箱1还通过控制动力接合和切断的电磁离合器5和联接轴二3与行星齿轮机构4的太阳轮相配合。

根据上面关于电磁离合器5分路三个动力参数的分析，可以看出参数k值越大，电磁离合器5分路传输的功率越小、转速越低、扭矩越小。下面就现实中普遍应用的离合器的情形，通过功率、转速、扭矩三个参数的计算，确定本实施例中电磁离合器5的选择：

1、功率的确定

一般来说，行星机构的特性参数k的取值在2～4较好，取k＝4，根据公式(8)，电磁离合器5分路分流功率比值与齿轮啮合比i的成负相关关系。

由上述分析，取k＝4，i＝2这组参数进行分析，离合器分流功率回路的功率占总传递功率的比值为0.1111，相当于1/9。可见所需的离合器的传递功率不大。设传递的功率为50kw，则电磁离合器55传递的功率仅需要5.556kw。

2、转速的确定

原动力最高转速为2011rpm。

由前述可知，i＝2，k＝4，根据一般情况，可取i₂₁＝1.4，由于一般的电磁离合器5许用转速为1500～2000rpm，所以为了满足使用要求，采用减速增扭来匹配电磁离合器5转速。取i₄₃＝2.8，根据公式(10)，电磁离合器5分路传递功率的过程中，其转速最高为1800rpm。

3、扭矩的确定

已知原动力输出的最大扭矩为280N.m，根据公式(11)，离合器分路传递的扭矩最大值为58N.m。

根据上述计算，要进行50kw、280N.m转速为2011rpm的原动力传递，只需选择功率为10kw、转速为1800rpm、传递扭矩为58N.m的DLD6-60型电磁离合器5，其安全系数为1.37。如果选择DLD6-80的话，安全系数可达2.76。该装置完全可以用于轻型轿车发动机的动力传递。

实施例2

进行100kw、560N.m转速为2011rpm的原动力传递。大功率电控离合装置中齿轮分流箱1和行星齿轮机构4同实施例1。电磁离合器5远择如下：

根据实施例1的分析过程，只需选择功率为15kw、转速为1800rpm、传递扭矩为120N.m的DLD6-120型电磁离合器55，其安全系数为1.35，如果选择DLD6-160的话，安全系数可达1.79，完全可以满足中型轿车发动机动力传递的使用要求。

通过以上分析可知，只选择一个能传递较小功率、较低转速、较小扭矩的电磁离合器，即可满足对大功率、高转速、大扭矩的动力的切断与接合控制，并且易于实现自动控制。

Claims (5)

1.一种应用小功率电磁离合器实现大功率动力通断的方法，其特征在于通过下述方式实现动力的接合：从齿轮分流箱(1)将输入动力分为两路，一路通过联接轴一(2)输入行星齿轮机构(4)；另一路通过电磁离合器(5)接合，将动力通过联接轴二(3)输入行星齿轮机构(4)；输入行星齿轮机构(4)的两路动力经行星齿轮机构(4)汇流后输出；

通过下述方式实现动力的切断：从齿轮分流箱(1)将输入动力分为两路，一路通过联接轴一(2)输入行星齿轮机构(4)；另一路动力不能通过处于断开状态电磁离合器(5)，没有动力经过联接轴二(3)输出，行星齿轮机构(4)不能实现汇流，没有动力输出。

2.一种应用小功率电磁离合器实现大功率动力通断的装置，其特征在于所述装置包括齿轮分流箱(1)、联接轴一(2)、联接轴二(3)、行星齿轮机构(4)和电磁离合器(5)；所述齿轮分流箱(1)通过联接轴一(2)与行星齿轮机构(4)的齿圈相配合；齿轮分流箱(1)还通过控制动力的接合和切断的电磁离合器(5)和联接轴二(3)与行星齿轮机构(4)的太阳轮相配合。

3.根据权利要求2所述的一种应用小功率电磁离合器实现大功率动力通断的装置，其特征在于所述行星齿轮机构(4)为单行星排的行星齿轮机构。

4.根据权利要求2或3所述的一种应用小功率电磁离合器实现大功率动力通断的装置，其特征在于所述行所述分流箱(1)为由一对定轴齿轮啮合构成。

5.根据权利要求4所述的一种应用小功率电磁离合器实现大功率动力通断的装置，其特征在于所述电磁离合器(5)为单片或者多片式常规电磁离合器。

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