CN104455087A - 基于势能转换原理的低功耗车用离合器电动操纵机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于势能转换原理的低功耗车用离合器电动操纵机构，包括操纵电机，蜗杆，蜗轮，拉索，主轴，拉伸助力弹簧，扭转助力弹簧及滚轮，拉索缠绕在滚轮上，蜗轮与滚轮构成蜗轮滚轮组件，操纵电机经蜗杆旋转驱动蜗轮滚轮组件，拉索将蜗轮滚轮组件的转动转化为平动，完成离合器的结合/分离动作，在蜗轮滚轮组件旋转时，离合器膜片弹簧中存储的势能与拉伸助力弹簧以及扭转助力弹簧中存储的势能相互转换。与现有技术相比，本发明简化了结构，降低了完成离合器结合/分离动作所需的电能，进而降低操纵电机的功率等级，减少了生产成本。

Description

基于势能转换原理的低功耗车用离合器电动操纵机构

技术领域

本发明涉及一种车用离合器电动操纵机构，尤其是涉及一种基于势能转换原理的低功耗车用离合器电动操纵机构。

背景技术

在现有车用传动系中，定轴式手动变速箱(MT)以其传动效率高，生产成本低以及可靠性高等诸多优点在我国获得广泛应用。在MT的基础上，若用自动操纵机构代替人力完成离合器结合/分离以及选换档动作，便构成了手自一体机械式自动变速器(AMT)。

为以电动方式，实现离合器结合/分离动作的自动完成，需要专门设置一离合器电动操纵机构。现有的最常见的离合器电动操纵机构通常基于如下原理实现，即：依次通过一减速增扭装置以及一转动/平动转换装置，将具备高旋转速度/低转矩特点的操纵电机输出动力转换为具备低平动速度/高推(拉)力特点的操纵机构末端输出动力，以此作为克服膜片弹簧分离指端负载，通过操纵分离轴承平移实现离合器结合/分离动作的动力。因此，操纵电机的功率等级基本由膜片弹簧分离指端负载决定。

由上述分析可知，降低膜片弹簧分离指端负载是降低操纵电机功率等级，进而降低生产成本的不二之选。为此，有人提出在上述离合器电动操纵机构减速增扭装置的末端增加一扭转助力弹簧，以此降低膜片弹簧分离指端负载的大小，但是这样一种技术路线只能部分降低操纵电机所需的功率等级。原因是，以上两种离合器操纵机构的主要设计思想是一脉相承的，即用操纵电机克服膜片弹簧分离指端的负载，在离合器完成一次结合/分离动作后，膜片弹簧中存储的势能不变，而操纵电机输出的机械能量最终转换为了热能。

中国专利CN2486382Y公开了用于汽车、火车、飞机及各种交通运输工具的制动节能器，它是在齿轮箱上部的传动轴上设有前后传动齿轮和前后离合器，齿轮箱下部设有与前后传动齿轮啮合的盆形齿轮，盆形齿轮中部设有储能发条，后侧设有电磁制动器，前后离合器之间设有拨叉操纵杆，操纵杆可控制储能发条的旋转与放松，在车辆制动时将车辆的动能转变成势能存储在发条中，在制动解除后将发条中存储的势能转变成动能提供给车辆。与本发明相比，该发明同样体现了利用小功率器件控制大量机械能流动方向的思想，但是该发明所利用的小功率器件是一种机械元件(拨叉操纵杆)，实现的是车辆动能与发条势能间的转换。本发明所利用的小功率器件是一种电气元件(小功率操纵电机)，实现的是离合器执行机构拉伸助力弹簧以及扭转助力弹簧势能与离合器膜片弹簧势能的转换。与该发明相比，首先本发明所涉及的领域不同，其次从控制角度分析，本发明具备电控电动***所特有的灵活性，第三从有益实施效果角度分析，该发明突出强调的是节能效果，而本发明突出强调的是结构的小型化，因此与该分明相比，本发明有着本质的区别。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单，生产成本低，且具备低功耗特点的新型车用离合器执行机构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

基于势能转换原理的低功耗车用离合器电动操纵机构，包括操纵电机，蜗杆，蜗轮，拉索，主轴，拉伸助力弹簧，扭转助力弹簧及滚轮，

所述的拉索缠绕在滚轮上，

所述的蜗轮与滚轮构成蜗轮滚轮组件，经主轴旋转支撑在壳体上，

所述的操纵电机经蜗杆旋转驱动蜗轮滚轮组件，拉索将蜗轮滚轮组件的转动转化为平动，完成离合器的结合/分离动作，在蜗轮滚轮组件旋转时，离合器膜片弹簧中存储的势能与拉伸助力弹簧以及扭转助力弹簧中存储的势能相互转换。

所述的操纵电机通过改变自身的旋转方向来对势能的流动方向进行切换。

优选的，拉伸助力弹簧在蜗轮滚轮组件一定转角范围内对其施加助力转矩，扭转助力弹簧在蜗轮滚轮组件全部转角范围内对其施加助力转矩。

作为更加优选的实施方式，蜗轮滚轮组件上加工有挡杆槽以及安装孔，所述拉伸助力弹簧的一端与壳体固结，另一端与挡杆固结，挡杆部分或全部位于挡杆槽中，挡杆槽限制了挡杆沿滚轮的径向运动，挡块在一个方向上限制了挡杆沿滚轮的周向运动。这样，挡杆槽使在蜗轮滚轮组件只能在挡杆槽的转角范围内操纵拉伸助力弹簧拉伸或收缩。扭转助力弹簧的一端与壳体固结，另一端位于安装孔内，在蜗轮滚轮组件全部转角范围内对其施加助力转矩。

所述的滚轮具有变化的半径，优选的，滚轮可以是盘形凸轮。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)提出了一种全新的设计思想，即在离合器分离过程中，利用由两种不同类型弹簧构成的机械储能元件组暂时存储膜片弹簧输出的势能，而在离合器结合过程中，上述机械储能元件组将存储的势能归还给膜片弹簧，这样一来操纵电机的功能便由克服膜片弹簧分离指端负载，变为了对上述势能转换方向的切换，很大程度上降低了上述电能转换热能的规模，以此实现低功耗运行。通过这样一种方法可降低操纵电机以及相应驱动电路所需的功率等级。

(2)从结构上看本发明以滚轮拉索代替了常用的齿轮齿条来实现转动与平动的转换，简化了结构，进一步降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为典型B级轿车用离合器膜片弹簧分离指端的负载特性；

图3为本发明实施例的有益效果图。

图中，1为操纵电机、2为蜗杆、3为拉伸助力弹簧、4为蜗轮、5为挡块、6为壳体、7为挡杆、8为挡杆槽、9为安装孔、10为扭转助力弹簧、11为主轴、12为拉索、13为滚轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种基于势能转换原理的低功耗车用离合器电动操纵机构，其结构如图1所示，主要包括：操纵电机1，蜗杆2，拉伸助力弹簧3，蜗轮4，壳体6，扭转助力弹簧10，主轴11，拉索12，以及滚轮13。

操纵电机1与蜗杆2旋转驱动连接。蜗轮4与滚轮13固连，构成蜗轮滚轮组件，并且通过主轴11旋转支撑在壳体6上。当操纵电机1通过驱动蜗杆2旋转驱动蜗轮滚轮组件时，缠绕在滚轮13上且一端与蜗轮滚轮组件固结的拉索12将上述转动转化为平动，进而完成离合器结合/分离动作。

蜗轮滚轮组件上加工有挡杆槽8以及安装孔9。拉伸助力弹簧3的一端与壳体6固结，另一端与挡杆7固结，挡杆7部分或全部位于挡杆槽8中，挡杆槽8限制了挡杆7沿滚轮13的径向运动，而挡块5在一个方向上限制了挡杆7沿滚轮13的周向运动。这样，利用挡杆槽8使在蜗轮滚轮组件只能在挡杆槽8的转角范围内操纵拉伸助力弹簧3拉伸或收缩。扭转助力弹簧10的一端与壳体6固结，另一端位于安装孔9内，在蜗轮滚轮组件全部转角范围内都可以对其施加助力转矩。

典型B级轿车用离合器膜片弹簧分离指端的负载特性如图2所示，分离轴承作用力随着分离轴承向离合器分离方向位移的增加几乎以线性关系同步增加，在越过A点后，随着分离轴承位移的进一步增加，分离轴承作用力快速下降，正是在考虑了膜片弹簧离合器的上述特点后，完成了本实施例的设计。

假设图1对应离合器完全结合状态，拉伸助力弹簧3处于拉伸状态，挡杆7压在挡块5上(防止二者因振动产生撞击，进而产生噪声)，扭转助力弹簧10处于拧紧状态，其试图将蜗轮滚轮组件逆时针旋转。若蜗轮滚轮组件在图1所示位置的基础上开始逆时针旋转，一开始只有扭转助力弹簧10产生的转矩作用在蜗轮滚轮组件上，对蜗轮滚轮组件逆时针运动产生了辅助作用。随着蜗轮滚轮组件旋转角度的增加，当挡杆槽8上方的间隙完全消失后，蜗轮滚轮组件便通过挡杆7迫使拉伸助力弹簧3进一步拉伸，拉伸助力弹簧3所产生转矩对蜗轮滚轮组件逆时针运动的阻碍作用超越了扭转助力弹簧10所产生转矩对蜗轮滚轮组件逆时针运动的辅助作用。上述辅助作用与阻碍作用的转换与典型车用离合器膜片弹簧分离指端的负载特性相对应，最大程度上降低了离合器膜片弹簧分离指端负载的大小。参见图3，其中实线表示没有安装助力弹簧组，同时滚轮13没有采用变半径结构时，离合器膜片弹簧分离指端的负载特性；虚线表示安装助力弹簧组，但滚轮没有采用变半径结构时，助力弹簧组作用在蜗轮滚轮组件上的转矩随蜗轮转角的变化；点线表示安装助力弹簧组，但滚轮没有采用变半径结构时，离合器膜片弹簧分离指端的负载特性；点划线表示安装助力弹簧组，同时滚轮采用变半径结构时，离合器膜片弹簧分离指端的负载特性。由此可知实线与虚线随蜗轮转角的变化趋势是一致的，这直接导致在助力弹簧组的作用下离合器膜片弹簧分离指端的负载特性已变得非常平顺。

在接近B点时，随着蜗轮转角的进一步增加，滚轮13的半径逐步变小，实际构成了一盘形凸轮，使得离合器膜片弹簧分离指端的负载特性变得更为平顺。

Claims (8)

1.基于势能转换原理的低功耗车用离合器电动操纵机构，其特征在于，该操纵机构包括操纵电机(1)，蜗杆(2)，蜗轮(4)，拉索(12)，主轴(11)，拉伸助力弹簧(3)，扭转助力弹簧(10)及滚轮(13)，

所述的拉索(12)缠绕在滚轮(13)上，

所述的蜗轮(4)与滚轮(13)构成蜗轮滚轮组件，经主轴(11)旋转支撑在壳体(6)上，

所述的操纵电机(1)经蜗杆(2)旋转驱动蜗轮滚轮组件，拉索(12)将蜗轮滚轮组件的转动转化为平动，完成离合器的结合/分离动作，在蜗轮滚轮组件旋转时，离合器膜片弹簧中存储的势能与拉伸助力弹簧(3)以及扭转助力弹簧(10)中存储的势能相互转换。

2.根据权利要求1所述的基于势能转换原理的低功耗车用离合器电动操纵机构，其特征在于，所述的操纵电机(1)通过改变自身的旋转方向来对势能的流动方向进行切换。

3.根据权利要求1所述的基于势能转换原理的低功耗车用离合器电动操纵机构，其特征在于，所述的蜗轮滚轮组件上加工有挡杆槽(8)，所述的挡杆槽(8)使在蜗轮滚轮组件只能在挡杆槽(8)的转角范围内操纵拉伸助力弹簧(3)拉伸或收缩。

4.根据权利要求1所述的基于势能转换原理的低功耗车用离合器电动操纵机构，其特征在于，所述的扭转助力弹簧(10)在蜗轮滚轮组件全部转角范围内对其施加助力转矩。

5.根据权利要求3所述的基于势能转换原理的低功耗车用离合器电动操纵机构，其特征在于，所述拉伸助力弹簧(3)的一端与壳体(6)固结，另一端与挡杆(7)固结，挡杆(7)部分或全部位于挡杆槽(8)中，挡杆槽(8)限制了挡杆(7)沿滚轮(13)的径向运动，挡块(5)在一个方向上限制了挡杆(7)沿滚轮(13)的周向运动。

6.根据权利要求4所述的基于势能转换原理的低功耗车用离合器电动操纵机构，其特征在于，所述的蜗轮滚轮组件上加工有安装孔(9)，所述的扭转助力弹簧(10)的一端与壳体(6)固结，另一端位于安装孔(9)内。

7.根据权利要求1所述的基于势能转换原理的低功耗车用离合器电动操纵机构，其特征在于，所述的滚轮(13)具有变化的半径。

8.根据权利要求7所述的基于势能转换原理的低功耗车用离合器电动操纵机构，其特征在于，所述的滚轮(13)为盘形凸轮。