CN103148190B - 一种磁流变离合、制动、变速控制的传动总成装置 - Google Patents

Abstract

本发明为传动总成装置技术领域，具体是一种磁流变离合、制动、变速控制的传动总成装置，由连轴器、上壳体、下壳体、离合线圈、离合外壳、制动线圈、制动外壳、离合架轴、离合片轴、离合轴承、制动片架、换向轴承、换向齿轮、换向轴和动力齿轮组装构成；车辆启动时，由连轴器输入动力到离合片轴；车辆行走时，向离合线圈输入电流，磁流变材料发生相变，动力由离合片轴经动力齿轮、换向齿轮传递到换向轴；车辆制动时，切断离合线圈及制动线圈输入电流，磁流变材料发生相变，使制动片架和换向轴呈锁定制动状态。本装置解决了产品轻量化、结构简单化、材料减量化、控制智能化等技术难题，为推广新材料、新技术、新工艺和产品的技术升级提供有力支持。

Description

一种磁流变离合、制动、变速控制的传动总成装置

[技术领域]

本发明涉及传动总成装置技术领域，具体的说是一种磁流变离合器、制动器、变速器控制的传动总成装置及其传动方法和应用，适用于中小型电动车辆、工程物流车、农用车辆、起重搬运车辆、船用驱动装置、机械动力装置等必要配套的使用范围。

[背景技术]

磁流变液体是一种新型相变材料 它是一种由高磁导率、低磁滞性的微小(微米甚至纳米级)软磁性颗粒和非导磁体液体混合而成的磁性粒悬浮液。当无磁场时，悬浮的微粒铁颗粒自由地随液体运动；当施加磁场时，这些悬浮的微粒铁颗粒被互相吸引，形成一串串链式结构从磁场一极到另一极，此时磁流变液体就在毫秒级的瞬间由牛顿流体变成塑性体或有一定屈服剪应力的粘弹性体 当改变磁场线圈中的电流从而获得不同强度的磁场，磁流变液的屈服剪应力也发生变化，即在强磁场作用下，抗剪切力很大，呈现出高粘度、低流动性的液体特性；在零磁场条件下呈现出低粘度的特性 其剪切屈服强度与磁场强度(或电流大小)具有稳定的对应关系 正是磁流变液的这种流变可控性使其能够实现阻尼力的连续可变，从而达到对动力的离合或制动的主动控制目的

目前，磁流变液体作为前沿技术的新材料，因其优良的材料特性，越来越受到人们的关注，全球对磁流变材料和控制技术的研究方兴未艾。磁流变液体属于国际研究前沿技术，在车辆、机械、航空航天、舰船、建筑等领域具有广泛的应用前景。被认为是未来最具前途的智能材料之一，由于该材料的推广使用必需涉及多学科交叉技术、全新的的产品种类以及机电一体化的设计要求，有大量的磁流变应用技术问题尚待解决，因此，目前磁流变材料的推广使用和磁流变技术的开发还处在初级阶段，磁流变应用产品尚未形成产业链。

传统的动力传送、负载驱动和机构控制基本采用分列安装的形式来配置相关的机械装置，传送过程所需的离合、制动和变速传动装置的设计分布较为分散，涉及的零部件种类十分繁杂，装置的自动化控制程度很低，因此，相比本发明而言，传统产品的结构件体量大，零部件数量多，生产成本高，而且传统的设计技术很难对分列装置的功能进行优化组合，更难支持对产品进行机电一体化的技术升级。目前，尚未发现将上述分列装置集成设计成一个动力传送总成装置，并应用磁流变控制技术，对动力传递功能过程进行控制管理的先例。

本发明创新地将离合器、制动器、变速器三种功能机构综合设计成一个动力传动总成单元，并率先把磁流变控制技术应用到动力传递领域，解决了以磁流变液为动力传递的核心媒介，通过电子控制手段对动力负载所需的瞬时或延时离合、脉冲或连续制动、倒顺行走、无级变速功能进行实时控制管理，从而最大限度地实现产品轻量化、结构简单化、材料减量化、节约资源、降低成本、改善环境、提高质量、提升价值的应用目的，并为推广新材料、新技术、新工艺和产品的技术升级提供有力支持。

[发明内容]

本发明是设计一种集离合器、制动器、变速器综合功能机构的传动总成装置，采用先进的电子控制和磁流变材料应用技术，实现简化产品结构、提高操控性能、节约材料资源、降低生产成本、提升产品价值的目的。

为实现上述目的，采用以下技术方案：

设计一种磁流变离合、制动、变速控制的传动总成装置，包括连轴器、上壳体、下壳体、离合线圈、离合外壳、制动线圈、制动外壳、离合架轴、离合片轴、离合轴承、制动片架、换向轴承、换向齿轮、换向轴和动力齿轮，其特征在于所述的连轴器一端连接离合片轴一端，离合片轴另一端连接离合架轴一端，离合架轴另一端连接离合轴承一端，离合轴承另一端连接动力齿轮，动力齿轮与换向齿轮相啮合，换向齿轮连接换向轴，换向轴两端连接换向轴承，所述的连轴器、离合片轴、离合架轴、离合轴承、动力齿轮、换向齿轮、换向轴、换向轴承组成变速换向器组件，离合片轴上设有离合片，离合片上缠绕有离合线圈，离合线圈内设有磁流变液，离合线圈外设有离合外壳，所述的离合线圈、离合外壳、离合架轴、离合片轴、磁流变液组成磁流变离合器组件，第一换向轴承和第二换向轴承分别连接第一磁流变制动器组件和第二磁流变制动器组件，所述的磁流变制动器组件由制动线圈、制动外壳、制动片架、磁流变液组成，制动片架上设有制动片，制动片外侧缠绕有制动线圈，制动线圈内设有磁流变液。

所述的变速换向器组件、磁流变离合器组件和磁流变制动器组件安装在上壳体和下壳体，上下壳体与支承结构件为一体式结构，构成传动总成装置。

所述的磁流变离合器组件采用磁流变液作为动力传递的媒介材料，通过连接电子控制单元对车辆行走实施动力离合和变速的操作、控制和管理。

所述的磁流变制动器组件采用磁流变液作为制动阻尼材料，通过连接电子控制单元对车辆行走实施制动的操作、控制和管理。

所述的磁流变离合器和制动器组件采用磁流变液作为动力传递的媒介材料，以磁流变液为动力传递的核心媒介，通过电子控制手段对动力负载所需的瞬时或延时离合、脉冲或连续制动、倒顺行走、无级变速进行实时控制管理。

上述磁流变离合、制动、变速控制的传动总成装置的传动方法的步骤如下：

a. 车辆启动时，由连轴器输入动力到离合片轴；

b. 车辆行走时，向离合线圈输入电流，离合器内磁流变材料发生相变，由液体转变成类固态即产生阻尼力，随着电流功率增大，线圈磁场从零强度向高强度变化，电流强度与磁场强度成正比、而磁场强度与离合器的磁流变液阻尼强度成正比，这时动力由离合片轴经过动力换向齿轮、传递到换向轴；

c. 车辆制动时，切断离合线圈电流，离合器磁流变材料消磁，磁流变液由类固态还原为液态，这时离合片轴空转，车辆失去驱动力,同时向制动线圈输入电流，制动器内磁流变材料发生相变，磁流变液由液体转变成类固态即产生阻尼力，随着电流功率增大，线圈磁场从零强度向高强度变化，电流强度与磁场强度成正比、而磁场强度与制动器的磁流变液阻尼强度成正比，这时制动片架和换向轴处于锁定制动状态。

上述磁流变离合、制动、变速控制的传动总成装置可应用于中小型的电动车辆、工程物流车、农用车辆、起重搬运车辆、船用驱动装置、机械动力装置等使用范围。

与现有驱动箱总成装置相比，具有以下有益效果：

(1)本发明将离合器、制动器、变速器机构集成设计成一个传动总成部件，一次性安装，有效地解决了传统辆采用功能件分例安装导致零部件空间占用大，配件品种数量多，产品安装结构复杂、生产效率差等问题。

(2)本发明应用磁流变液制作的离合器和制动器具有出力大、体积小、响应快、结构简单、阻尼力连续可调、易于实现智能化控制等优点。通过对控制系统的程序设定，自动调整离合器线圈或制动器线圈的电流电压参数，对离合片或制动片的运动阻尼强度进行柔性实时控制，使车辆启动行走或停止刹车处于最佳状态，有效地解决传统中小型车辆难以实现的自动化功能。

(3)本发明采用非接触式的磁流变离合器和制动器，有效地解决了传统小型车辆离合器、制动器使用中的机械摩擦损耗和故障缺陷。

(4)本发明传动总成装置作为中小型车辆核心标准部件，可集中在工厂实施流水线生产，进行有效的质量监督和标准化管理，彻底解决因传统产品零配件的品种繁杂、分散采购不利管理而导致供应商质量管理困难。

(5)本发明实现产品规模化生产管理、可有效控制社会生产成本，通过集成、优化社会生产供应链，合理降低小型车辆产品的市场价格，提高企业的市场竞争力。

(6)本发明将对我国传统离合器、制动器、变速器产品的技术升级，产业的革新，先进制造业的发展起到积极地推进作用。

[附图说明]

图1是本发明等轴视图；

图1中 1为连轴器；2为上壳体；3为下壳体；

图2是本发明等轴局剖视图；

图2中 4为离合线圈；5为离合外壳；6、8为制动线圈；7、9为制动外壳；

图3是本发明上视局剖图；

图3中 10为离合架轴；11为离合片轴；12为离合轴承；13、14、19、20为制动片架；15、21为换向轴承；16为换向齿轮；17为换向轴；18为动力齿轮。

图4是本发明上视图。

[具体实施方式]

现结合附图及具体实施例对本发明的整套技术方案作进一步阐述，相信对于本领域技术人员来说是可以实现的。

实施例

本发明创新地将离合器、制动器、变速器三种功能机构集成设计成一个驱动箱总成部件单元，率先将磁流变技术应用到中小型车辆动力控制的使用领域，并解决了以磁流变液体作为动力传递媒介，实现对车辆动力的离合、制动、变速的操作、控制和管理。

一、工艺程序

1、先按附图齐备制作的零件及磁流变液材料。

具体的说，包括连轴器1、上壳体2、下壳体3、离合线圈4、离合外壳5、制动线圈、制动外壳、离合架轴10、离合片轴11、离合轴承12、制动片架、换向轴承、换向齿轮16、换向轴17和动力齿轮18，所述连轴器1、离合片轴11、离合架轴10、离合轴承12、动力齿轮18、换向齿轮16、换向轴17、换向轴承组成变速换向器组件；所述的离合线圈4、离合外壳5、离合架轴10、离合片轴11、磁流变液组成磁流变离合器组件，而磁流变制动器组件由制动线圈、制动外壳、制动片架、磁流变液组成。

2、进行组装。

首先，将连轴器1一端连接离合片轴11一端，离合片轴11另一端连接离合架轴10一端，离合架轴10另一端连接离合轴承12一端，离合轴承12另一端连接动力齿轮18，动力齿轮18与换向齿轮16相啮合，换向齿轮16连接换向轴17，换向轴17两端连接换向轴承，离合片轴11上设有离合片，离合片上缠绕有离合线圈4，离合线圈4内设有磁流变液，离合线圈4外设有离合外壳5，第一换向轴承15和第二换向轴承21分别连接第一磁流变制动器组件和第二磁流变制动器组件，所述的第一磁流变制动器组件由制动线圈6、制动外壳7、制动片架13、14、磁流变液组成，具体的说，制动片架13、14上设有制动片，制动片外侧缠绕有制动线圈6，制动线圈6内设有磁流变液，所述第二磁流变制动器组件由制动线圈8、制动外壳9、制动片架19、20、磁流变液组成，具体的说，制动片架19、20上设有制动片，制动片外侧缠绕有制动线圈8，制动线圈8内设有磁流变液，此时即完成了变速换向器组件、磁流变离合器组件和磁流变制动器组件的组装；

接着，将变速换向器组件、磁流变离合器组件和磁流变制动器组件安装在上壳体2和下壳体3，上下壳体与支承结构件为一体式结构，构成驱动箱总成装置，该结构可方便地固定安装在车架上。

二、实施程序

上述磁流变离合器、制动、变速传动总成装置采用磁流变液作为动力传递的媒介材料，具体的说，离合器采用磁流变液作为动力传递的媒介材料，应用集中控制技术实施对车辆动力离合的操作、控制的管理；制动器采用磁流变液作为制动阻尼材料，应用集中控制技术实施对车辆制动的操作、控制的管理；

所述的磁流变离合器和制动器组件采用磁流变液作为动力传递的媒介材料，以磁流变液为动力传递的核心媒介，通过电子控制手段对动力负载所需的瞬时或延时离合、脉冲或连续制动、倒顺行走、无级变速进行实时控制管理，其传动方法的步骤如下：

a. 车辆启动时，由连轴器1输入动力到离合片轴11；

b. 车辆行走时，向离合线圈4输入电流，离合器内磁流变材料发生相变，由液体转变成类固态即产生阻尼力，随着电流功率增大，线圈磁场从零强度向高强度变化，电流强度与磁场强度变化成正比、而磁场强度与离合器的磁流变液阻尼强度成正比，这时动力由离合片轴11经过动力齿轮18换向齿轮16、传递到换向轴17；

c. 车辆制动时，切断离合线圈4电流，离合器磁流变材料消磁，由类固态还原为液态，这时离合片轴11空转，车辆失去驱动力,同时向制动线圈输入电流，制动器内磁流变材料发生相变，由液体转变成类固态即产生阻尼力，随着电流功率增大，线圈磁场从零强度向高强度变化，电流强度与磁场强度变化成正比、而磁场强度变化与制动器的磁流变液阻尼强度成正比，这时制动片架和换向轴17处于锁定制动状态。

所述的磁流变离合器、制动器、变速器传动总成装置可应用于中小型的工程车或农用车或物流装备车或起重搬运车或船用驱动装置或机械动力装置。

Claims (7)

1.一种磁流变离合、制动、变速控制的传动总成装置，包括连轴器、上壳体、下壳体、离合线圈、离合外壳、制动线圈、制动外壳、离合架轴、离合片轴、离合轴承、制动片架、换向轴承、换向齿轮、换向轴和动力齿轮，其特征在于所述的连轴器一端连接离合片轴一端，离合片轴另一端连接离合架轴一端，离合架轴另一端连接离合轴承一端，离合轴承另一端连接动力齿轮，动力齿轮与换向齿轮相啮合，换向齿轮连接换向轴，换向轴两端分别连接第一换向轴承和第二换向轴承，所述的连轴器、离合片轴、离合架轴、离合轴承、动力齿轮、换向齿轮、换向轴、换向轴承组成变速换向器组件，离合片轴上设有离合片，离合片上缠绕有离合线圈，离合线圈内设有磁流变材料，离合线圈外设有离合外壳，所述的离合线圈、离合外壳、离合架轴、离合片轴、磁流变材料组成磁流变离合器组件，第一换向轴承和第二换向轴承分别连接第一磁流变制动器组件和第二磁流变制动器组件，所述的第一磁流变制动器组件和第二磁流变制动器组件均由制动线圈、制动外壳、制动片架、磁流变材料组成，制动片架上设有制动片，制动片外侧缠绕有制动线圈，制动线圈内设有磁流变材料。

2.如权利要求1所述的一种磁流变离合、制动、变速控制的传动总成装置，其特征在于所述的变速换向器组件、磁流变离合器组件和第一磁流变制动器组件和第二磁流变制动器组件安装在上壳体和下壳体组成的壳体内，上下壳体与支承结构件为一体式结构，构成传动总成装置。

3.如权利要求1所述的一种磁流变离合、制动、变速控制的传动总成装置，其特征在于所述的磁流变离合器组件采用磁流变材料作为动力传递的媒介材料，通过连接外部电子控制单元对车辆行走实施动力离合和变速的操作、控制和管理。

4.如权利要求1所述的一种磁流变离合、制动、变速控制的传动总成装置，其特征在于所述的第一磁流变制动器组件和第二磁流变制动器组件采用磁流变材料作为制动阻尼材料,通过连接外部电子控制单元对车辆行走实施动力制动和转向的操作、控制和管理。

5.如权利要求1所述的一种磁流变离合、制动、变速控制的传动总成装置，其特征在于所述的磁流变离合器组件和第一磁流变制动器组件和第二磁流变制动器组件采用磁流变材料作为动力传递的媒介材料，以磁流变材料为动力传递的核心媒介，通过电子控制手段对动力负载所需的瞬时或延时离合、脉冲或连续制动、倒顺行走、无级变速进行实时控制管理。

6.如权利要求1所述的磁流变离合、制动、变速控制的传动总成装置的传动方法，其特征在于所述的方法步骤如下：

a.车辆启动时，由连轴器输入动力到离合片轴；

b.车辆行走时，向离合线圈输入电流，磁流变离合器组件内磁流变材料发生相变，由液体转变成类固态即产生阻尼力，这时动力由离合片轴经过动力齿轮、换向齿轮传递到换向轴；

c.车辆制动时，切断离合线圈电流，磁流变离合器组件内的磁流变材料消磁，由类固态还原为液态，这时离合片轴空转，车辆失去驱动力,同时向制动线圈输入电流，第一磁流变制动器组件和第二磁流变制动器组件内的磁流变材料发生相变，由液体转变成类固态即产生阻尼力，使制动片架和换向轴处于锁定制动状态。

7.如权利要求1所述的磁流变离合、制动、变速控制的传动总成装置的应用，其特征在于所述的传动总成装置应用于中小型的电动车辆、工程物流车、农用车辆、起重搬运车辆、船用驱动装置。