CN101852255A - 通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构，包括伺服电动机、壳体、连轴器、连接体、前端法兰、后端法兰、轴承、铰链销、滚珠丝杠、压力传感器、限位传感器、位移传感器。其中：前端法兰将壳体固定在离合器支架上，电动机固定在壳体上，电动机的输出轴通过联轴器与滚珠丝杠的螺杆相连，丝杠螺杆通过滚珠带动丝杠轴套，推动推杆运动，推杆的另一端与压力传感器相连，最终作用在离合器的拨杆拨动离合器运动。本发明具有结构简单、传动效率高、控制精确等优点，对不同刚度、不同运动行程的离合器具有通用性，实现不同角度监测离合器运动状态，主要用于实验研究的离合器电动执行机构。

Description

通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构

技术领域：

本发明涉及汽车离合器执行机构，特别涉及了通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构。

技术背景：

机械式自动变速器(AMT)离合器的执行机构主要可以分为气动式、液动式和电动式三种形式。其中：气动式执行机构主要是用单作用或双作用气缸推动离合器，实现离合器的分离与接合，其工作介质是空气，具有成本低、用后不污染环境等优点，但是压缩空气的压力较低，空气的可压缩性大，气动式控制的稳定性差精度低，噪音大，而且空气中有水分，影响到各元件的使用寿命，需要过滤设备；液动式执行机构是通过油泵提供动力，泵出的高压液压油经过一系列控制阀的操控进入液压缸推动活塞，使离合器运动，具有体积小、反应灵敏，动态性能好等优点，但是液动式无法避免液压油的泄漏问题，污染周围环境，为防止泄漏，制造精度高，使成本增加，受温度影响较大，压力损大，而且液压设备的故障原因不易查找；电动式是利用电动机作为动力源，通过相应机构将电动机转动转化成离合器执行机构的直线运动，具有结构简单、控制灵活，免去了动力转换带来的能量损失，便于加工，针对干式摩擦离合器具有广阔的应用前景。

目前市场上已经有汽车自动离合器执行器产品，但只适合于某个特定型号的离合器，由于不同车型的离合器膜片弹簧的刚度不同，离合器的分离与接合的所受到作用力不同，而且不同膜片弹簧的尺寸大小不一，执行机构的运动位移量也有区别，所以目前市场上的离合器执行器产品不具备通用性。

具有代表性的变速器离合器电动执行机构如(专利号：200810232885.2)《机械式自动变速器离合器执行机构》，其特点是：离合器电机工作后带动蜗杆进行转动，蜗杆带动蜗轮转动，涡轮通过传动轴与内啮合齿轮相连，内啮合齿轮与齿条啮合传动，齿条固定在离合器顶杆上，顶杆带动主缸活塞前进或后退，活塞推力使液压油进入液压分离轴承，实现离合器分离和接合。虽然也是电动执行机构，但是其结构复杂，零件生产成本高，涡轮蜗杆传动是利用滑动摩擦传递动力，传动效率低，工作时运动阻力大，发热量大，经过涡轮蜗杆、齿轮齿条转换，最终转换成液压传动形式，动力损失严重。执行机构采用的是直流电动机作为动力源，控制精度比较低，而且启动惯性较大。

发明内容：

本发明的目的是提供一种结构简单、传动效率高、控制精确的通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构，通过电机带动滚珠丝杠转动，将丝杠的转动转换成离合器推杆的直线运动，可以平稳地实现离合器分离与接合，而且对不同刚度的离合器膜片弹簧、不同运动行程的离合器具有通用性，实现从压力、位移等不同角度监测运动状态。

通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构，包括电机、壳体、连轴器、连接体、前端法兰、后端法兰、轴承、铰链销，定位螺母、由丝杠、丝杠轴套和滚珠组成的滚珠丝杠构件、起导向作用的高精度中间法兰型直线轴承、编码器、限位传感器、压力传感器、位移传感器；其中电动机的输出轴通过联轴器与滚珠丝杠的丝杠相连，滚珠丝杠的丝杠通过滚珠来带动丝杠轴套，丝杠轴套与推杆的一端相连，推杆的另一端穿过高精度中间法兰型直线轴承与压力传感器相连，压力传感器通过铰链销与变速器离合器的拨杆相连；发动机输出轴与丝杠连接处套有连接体，连接体的一端与发动机相连，另一端连接有后端法兰，后端法兰连接在套于丝杆外的壳体的一端，壳体的另一端与前端法兰相连。丝杠靠近电机的一端有轴肩，丝杠上装有定位螺母，同轴肩一同起轴向定位作用，轴肩与定位螺母之间还装有置于后端法兰内的对螺杆起支撑作用的轴承。电机上装有编码器，壳体内壁上有限位传感器槽，限位传感器槽中装有检测推杆运动位置的限位传感器，执行机构前端法兰上装有位移传感器支架，支架上装有监测整个执行机构位移的位移传感器。

滚珠丝杠的功能是将丝杠的旋转运动转化成丝杠轴套的直线运动，把伺服电动机施加的扭矩转化成丝杠轴套和推杆在轴向方向上反复作用力，滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动等爬行现象，能保证实现精确的微小进给，对离合器运动可以做精确的控制，提高离合器运动的稳定性。

所选用的电动机为伺服电动机，可以得到精确控制，伺服电动机的响应特性好，能够在几毫秒内在加速到3000r/min，在控制时，只需要两路信号，一路为开关量信号，控制伺服电动机转动方向，一路作为脉冲量信号，控制伺服电动机的速度。

通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构在壳体内壁的前后两侧有导轨，在丝杠轴套前后方向安装有两个销轴，销轴的端部装有能够沿着壳体的内侧导轨运动的深沟球轴承。

通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构的连接电动机输出轴与丝杠间的联轴器为梅花联轴器可以吸收一部分震动，起到减震的效果，另外在生产、安装过程中难免有误差，梅花联轴器允许一定角度范围内的轴不同心，在连接体上开有便于组装的观察孔，在观察孔上装有观察孔盖，观察孔盖用螺钉固定在连接体上，防止杂物进入。

选用编码器采集伺服电动机的转动角度，选用位移传感器监测推杆运动到不同位置，选用限位传感器识别出离合器运动到零点、端点位置。选用压力传感器监测施加给离合器拨杆的压力。传感器的监测的内容越全面，对其实施控制方法就越多，达到更加满意的控制效果。

所有部件都采用传统机械连接方式联接，如螺钉、螺栓、螺母联接、过盈配合连接。

本发明与现有的执行机构相比，具有明显的优势和有益效果：动力源选用伺服电动机，伺服电机控制精度高、控制精度可调，低频响应特性好，具有一定的过载能力、不会出现“丢步”和“堵转”的现象，启动响应时间短；

采用滚珠丝杠机构作为动力转换机构，能够承受轴向反复作用力，具有高精度、可逆性和高效率的特点，工作过程中采用滚动摩擦，摩擦阻力极小，发热小、可实现高速进给运动，滚珠丝杠传动无侧隙、刚性高。

采用直线轴承对推杆导向作用，摩擦系数极小、并且长期使用保持精度不变，互换性好，安装使用方便，两侧附加油封，能够适应灰尘较多的场合。

本发明解决了现有的离合器执行机构产品只针对于某种特定离合器型号的限制，本发明对于多种型号的离合器具有通用型，尤其适合于干式摩擦离合器，对于离合器研究及自动控制具有很好的实用价值。

附图说明：

图1是本发明提出的通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构的结构示意图；

图2是图1的A-A向剖视图；

图3是本发明提出的通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构的实施例中的铰链销的结构图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，执行机构动力传动顺序是伺服电动机2作为动力源提供动力，伺服电机2的输出轴通过平键25与梅花联轴器24一端连接，梅花联轴器24的中间装有尼龙套23，梅花联轴器24的另一端通过平键22与丝杠20配合连接，这样伺服电机2通过梅花联轴器24连接带动丝杠20转动，动力再由丝杠20经过钢珠18与丝杠轴套19连接，丝杠20的旋转运动就可以转化成丝杠轴套19的在直线方向上的运动，丝杠轴套19通过螺纹连接与推杆17连接在一起，推杆17与压力传感器16是以螺纹连接装配在一起，其螺纹的尺寸是M20×1.5×15，压力传感器16的另一端是以相同的螺纹尺寸与铰链销15连接，这样经过一系列的传动与转化机构，使得伺服电动机2的转动转化成铰链销15的直线运动，铰链销15再推动离合器拨杆运动，实现离合器的分离与接合运动。

伺服电动机2输出轴与丝杠20连接处套有连接体4，在连接体4上开有观察孔，安装和检查梅花联轴器24时，可以观察到实际的位置，易于操作，在观察孔上装有观察孔盖3，观察孔盖3用螺钉固定在连接体4上，防止杂物进入。连接体4的一端与伺服电动机2相连，另一端连接有后端法兰6(以伺服电动机2端为后端，下同)，后端法兰6连接在套于丝杠20外的壳体9的一端，壳体9的另一端与高精度中间法兰型直线轴承10相连，高精度中间法兰型直线轴承10的轴承部分套有前端法兰11；丝杠20靠近伺服电动机2的一端有轴肩，丝杠20上装有同轴肩一同起定位作用的定位螺母21，轴肩与定位螺母21之间还装有置于后端法兰6内的对丝杠起轴向支撑作用的角接触球轴承5和7。

丝杠20的运动导向部分选用中间法兰型直线轴承10，直线轴承10的结构是在其外圈内装有保持器，保持器装有多个钢球，并作无限循环运动，保持器的两端用内弹簧挡圈，在钢球受力的直线方设有缺口窗，在此部分钢球与推杆18接触，这样推杆18在前后的往复运动中，直线轴承10的钢球沿着轨道滚动循环，运动过程中产生滚动摩擦阻力极小，在直线轴承10的两端分别安装有油封，对钢珠起到良好密封润滑作用，并且能够适应多灰尘的环境，使推杆18能够平顺稳定的保持一个恒定直线方向运动，另外，由于推杆18在使用中不可避免受到一定的径向载荷，直线轴承12还允许承受一定径向载荷。

如图2所示，为本发明在图1的A-A方向的剖视图，在工作时，在丝杠20用于安放钢珠18的螺纹是选用右旋方式，除了转化为轴向作用力的同时还会在圆周方向产生一定的作用力，为平衡周向作用力，在丝杠轴套19的水平对侧方向上安装两个销轴26和29，在销轴26和29的端部装有两个型号为628/8的深沟球轴承27和28，深沟球轴承27和28的外圈与壳体9的内侧轨道接触并只承受径向作用力。当离合器作分离运动时，从伺服电动机2向丝杠20方向看，伺服电动机2通过梅花联轴器24带动丝杠20作逆时针方向转动，丝杠轴套19受到向前作用力同时还受到逆时针方向的周向作用力，周向作用力由丝杠轴套19传递到左侧销轴27上，由左侧销轴27作用到深沟球轴承26的内圈上，再由深沟球轴承26内圈经过滚动体作用到外圈上并最终作用到壳体9左侧轨道上；当离合器作接合运动时，伺服电动机2通过梅花联轴器24带动丝杠20作顺时针方向转动，丝杠轴套19受到向后作用力同时还受到顺时针方向的周向作用力，周向作用力由丝杠轴套19传递到右侧销轴29上，由右侧销轴29作用到深沟球轴承28的内圈上，再由深沟球轴承28内圈经过滚动体作用到外圈上并最终作用到壳体9右侧轨道上。

如图3所示，铰链销15作为电动执行机构与离合器连接的零件，加工过程是首先要在前端钻Φ8的销孔D，然后在铣床上铣出前端的凹槽E、去掉表面的棱角F、铣去倒角G，其次是钻左侧Φ18的孔H，攻螺纹M20×1.5×15，最后进行热处理。铰链销17前端预留出足够长度的凹槽E，能够满足不同型号离合器拨杆运动所需的空间。

在信号检测部分，编码器1通过螺钉安装在伺服电动机2的后端用于检测伺服电动机2的转速，限位传感器8用螺钉装在在壳体9上面的传感器槽中用来判断端点位置，在前端法兰11上装有传感器支架12，位移传感器13装在传感器支架12上检测电动执行机构的运动位置，传感器能够全面监测电动执行机构，可以对其实施多种控制方法，达到更加满意的控制效果。

在车辆起步和换档时，伺服电动机2通过梅花联轴器24带动丝杠20作逆时针转动，丝杠20通过钢珠18将转动转化成丝杠轴套19的向前直线运动，再经过推杆17、压力传感器16、铰链销15，推动离合器拨杆，完成离合器分离动作，机械式自动变速器开始执行选档和挂档动作，然后伺服电动机2开始顺时针转动，带动丝杠20顺时针转动，转化成丝杠轴套19开始向后直线运动，这样离合器弹簧受到压力逐渐减小，最后实现平稳快速的运动，离合器实现完全接合，完成车辆的起步和换档动作。

Claims (6)

1.通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构，包括伺服电动机、壳体、连接器、连接体、前端法兰、后端法兰、轴承、铰链销，定位螺母；其特征在于：还包括由螺杆、丝杠轴套和滚珠组成的滚珠丝杠构件、编码器、限位传感器、压力传感器、位移传感器；其中电动机的输出轴通过联轴器与滚珠丝杠的螺杆相连，滚珠丝杠的螺杆通过滚珠来带动丝杠轴套，丝杠轴套与推杆的一端相连，推杆的另一端穿过起导向作用的高精度中间法兰型直线轴承与压力传感器相连，压力传感器通过铰链销与变速器离合器的拨杆相连；伺服电动机输出轴与螺杆连接处套有连接体，连接体的一端与伺服电动机相连，另一端连接有后端法兰，后端法兰连接在套于丝杆外的壳体的一端，壳体的另一端与前端盖相连；丝杠靠近伺服电动机的一端有轴肩，丝杠上装有定位螺母，同轴肩一同起轴向定位作用，轴肩与定位螺母之间还装有置于后端法兰内的对螺杆起支撑作用的轴承；伺服电动机上装有编码器，壳体内壁上有限位传感器槽，限位传感器槽中装有检测推杆运动位置的限位传感器，执行机构上还装有监测整个执行机构位移的位移传感器。

2.根据权利要求1所述的通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构，其特征是：所采用的电动机为伺服电动机。

3.根据权利要求1所述的通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构，其特征是：在壳体内壁的前后两侧有导轨，在丝杠轴套前后方向安装有销轴，销轴的端部装有能够沿着壳体的内侧导轨运动的深沟球轴承。

4.根据权利要求1所述的通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构，其特征是：在连接体上开有便于安装与检修的观察孔。

5.根据权利要求1所述的通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构，其特征是：连接电动机输出轴与螺杆间的联轴器为梅花联轴器。

6.根据权利要求1所述的通用型机械式自动变速器离合器电动执行机构，其特征是：执行机构前端盖上装有位移传感器支架，支架上安装监测整个执行机构位移的位移传感器。

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