CN110296159B - 电磁扭杆离合器主转盘上载荷传递导向槽结构及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁扭杆离合器主转盘上载荷传递导向槽结构及设计方法，导向槽具有上下顶角开口，导向槽与扭杆槽之间通过过渡圆弧连接，导向槽为圆柱状导向槽或棱柱状导向槽；承载钢球与导向槽的接触点过承载钢球球心的截面为承载截面：圆柱状导向槽的承载截面为圆形承载截面；棱柱导向槽的承载截面为菱形承载截面或者正方形承载截面；导向槽与承载钢球之间预留有间隙；该设计方法包括：(1)主转盘载荷传递导向槽的结构形式设计，(2)载荷传递导向槽的承载截面尺寸设计，(3)导向槽上下顶角开口宽度设计，(4)载荷传递导向槽过渡圆弧设计。本发明的导向槽结构可以同时满足力矩传递和导向的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁扭杆离合器主转盘，具体涉及一种电磁扭杆离合器主转盘的导向槽结构。
背景技术
汽车动力传动系统中的变速箱通常需要双离合器来实现传动比的灵活变换功能，本发明所涉及的一种结构简单、效率较高、冲击振动较低的电磁驱动双离合器可以满足新能源汽车整车性能要求。该离合器传递扭矩的大小完全由弹性扭杆的强度和刚度特性决定，不但可以传递很高的扭矩，而且能够保证扭矩传递的稳定性、均匀性。电磁扭杆离合器在结合-分离过程中，弹性扭杆组件上的钢球和离合盘导向沟道之间的近似点接触和滚动代替了传统的面接触和滑动，降低了接合-分离过程中的振动和冲击。
电磁扭杆离合器中主转盘上载荷传递导向槽为离合器主转盘的关键结构。导向槽与承载钢球之间间隙过小容易造成钢球卡死，间隙过大容易造成碰撞，在离合器接合-分离过程中，将影响到载荷传递和钢球导向。一方面，导向槽为受力承载结构，起到平衡力矩的作用；另一方面，在电磁力的作用下承载钢球在导向槽中运动可以起到导向的作用。因此，需要提出一种电磁扭杆离合器主转盘载荷传递导向槽结构及设计方法，可以同时满足力矩传递和导向的功能，主要用于新能源汽车电磁扭杆双离合器与电磁扭杆单离合器。
发明内容
本发明是要提供一种电磁扭杆离合器主转盘上载荷传递导向槽结构及设计方法，可以同时满足力矩传递和导向的功能。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电磁扭杆离合器主转盘上载荷传递导向槽结构，用于传递载荷和承载钢球导向，包括主转盘，所述主转盘上设有多个导向槽，所述导向槽具有上下顶角开口，所述导向槽与扭杆槽之间通过过渡圆弧连接，所述导向槽为圆柱状导向槽或棱柱状导向槽；所述导向槽与承载钢球的接触点过承载钢球球心的截面为承载截面：所述圆柱状导向槽的承载截面为圆形承载截面；所述棱柱导向槽的承载截面为菱形承载截面或者正方形承载截面；所述导向槽与承载钢球之间预留有间隙。
进一步，所述导向槽上下顶角开口宽度大于电磁扭杆离合器的扭杆直径，小于承载钢球直径。
进一步，所述导向槽与承载钢球之间的接触角度具有保障承载钢球有15°～20°的预留包角。
进一步，所述过渡圆弧是导向槽与扭杆槽之间的连接曲面，分别与导向槽、扭杆槽相切；所述过渡圆弧半径大于承载钢球直径的一半。
一种电磁扭杆离合器主转盘上载荷传递导向槽结构的设计方法，包括以下步骤：
(1)主转盘载荷传递导向槽的结构形式设计
主转盘载荷传递导向槽的结构形式为棱柱状导向槽；
(2)载荷传递导向槽的承载截面尺寸设计
正方形承载截面尺寸包括两条相互垂直且平分的对角线的长度，正方形承载截面的对角线长度由式(1)确定：
式中，H——正方形对角线长度；
d——钢球直径；
δ——导向槽与钢球之间的间隙；
(3)导向槽上下顶角开口宽度设计
导向槽上下顶角开口宽度由扭杆直径、导向槽与承载钢球之间的接触角决定，取工作沟槽与承载钢球的接触角度为30°～60°，导向槽与承载钢球之间的接触角度具有保障承载钢球的15°～20°的预留包角，则开口宽度由式(2)确定：
式中，L——开口宽度；
d——钢球直径；
α——导向槽与钢球之间的接触角度。
(4)载荷传递导向槽过渡圆弧设计
载荷传递导向槽过渡圆弧尺寸包括圆弧半径及其位置确定，过渡圆为导向槽与扭杆槽之间的连接曲面，分别与导向槽、扭杆槽相切，过渡圆弧半径设计为大于钢球直径的一半。
本发明的有益效果是：
采用本发明的设计方法设计的电磁扭杆离合器主转盘上载荷传递导向槽结构，是电磁扭杆离合器中主转盘上载荷传递导向槽为离合器主转盘的关键结构，可以解决导向槽与承载钢球之间间隙过小容易造成钢球卡死，间隙过大容易造成碰撞的技术问题，并且在离合器接合-分离过程中，一方面，导向槽为受力承载结构，可起到平衡力矩的作用；另一方面，在电磁力的作用下承载钢球在导向槽中运动可以起到导向的作用。因此，本发明的导向槽结构可以同时满足力矩传递和导向的功能。
附图说明
图1为电磁扭杆离合器结构示意图：
图2为离合器主转盘结构示意图；
图3为图2的右视图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示，一种电磁扭杆离合器主转盘上载荷传递导向槽结构，包括离合盘4、承载钢球，离合盘4上设有多个工作沟槽、扭杆槽、工作沟槽与扭杆槽之间设有导向槽5，导向槽5具有上下顶角开口，导向槽5与扭杆槽之间通过过渡圆弧连接，导向槽5为圆柱状导向槽或棱柱状导向槽；承载钢球7与导向槽5的接触点过承载钢球球心的截面为承载截面：圆柱状导向槽的承载截面为圆形承载截面；棱柱导向槽的承载截面为菱形承载截面或者正方形承载截面。
正方形承载截面包括两条相互垂直且平分的对角线的长度。导向槽5与承载钢球之间预留有间隙。
导向槽5上下顶角开口宽度大于电磁扭杆离合器的扭杆直径，小于承载钢球直径。导向槽5与承载钢球之间的接触角度具有保障承载钢球有15°～20°的预留包角。
导向槽的过渡圆弧6是导向槽5与扭杆槽之间的连接曲面，分别与导向槽5、扭杆槽相切。过渡圆弧6半径大于承载钢球7直径的一半。
实施例：一种电磁扭杆离合器主转盘上载荷传递导向槽结构的设计方法：
本例以新能源汽车某型号电磁扭杆离合器的主转盘导向槽为例，其传递扭矩最高为300Nm，主转盘直径为336mm，导向槽中的承载钢球直径为16.669mm，具体为主转盘导向槽结构设计。电磁扭杆离合器结构示意图如图1所示，1为主转盘，2为弹性扭杆组件，3为主轴，4为离合盘，5为导向槽。
(1)主转盘载荷传递导向槽的结构形式设计；
主转盘载荷传递导向槽的结构形式可以设计为圆柱状导向槽和棱柱状导向槽；承载钢球与导向槽的接触点过钢球球心的截面称为承载截面：对于圆柱状导向槽，其承载截面设计为圆形；对于棱柱导向槽，其承载截面可设计为菱形或者正方形。
对于本例，主转盘载荷传递导向槽的结构形式设计为棱柱状导向槽，其承载截面设计为正方形，正方形的两条对角线相互垂直且平分并相等。
(2)载荷传递导向槽的承载截面尺寸设计；
载荷传递导向槽承载截面尺寸直接影响钢球在导向槽内运动。正方形承载截面的主要尺寸包括两条相互垂直且平分的对角线的长度。为保障钢球在导向槽内有足够的运动空间防止钢球在导向槽内卡死，导向槽与钢球之间有预留间隙。正方形截面的对角线长度由式(1)确定。
式中，H——正方形对角线长度；
d——钢球直径；
δ——导向槽与钢球之间的间隙。
对于本例，承载截面尺寸直接影响钢球在导向槽内运动，正方形承载截面的主要尺寸包括两条相互垂直且平分的对角线的长度。为保障钢球在导向槽内有足够的运动空间防止钢球在导向槽内卡死，导向槽与钢球之间的预留间隙设计为2mm，承载钢球的直径为16.669mm，由式(1)计算得到，正方形承载截面的对角线长度为26.4mm。
(3)导向槽上下顶角开口宽度设计；
导向槽上下顶角开口为保障弹性扭杆在开口槽内运动。开口宽度需满足弹性扭杆在开口槽内运动而不与侧壁发生干涉，开口宽度大于扭杆直径，同时保障钢球不能从开口槽滑落即小于钢球直径。开口宽度由扭杆直径、导向槽与承载钢球之间的接触角决定。工作沟槽与钢球的接触角度一般设计为30°～60°，导向槽与承载钢球之间的接触角度需要保障承载钢球有15°～20°的预留包角，开口宽度由式(2)确定。
式中，L——开口宽度；
d——钢球直径；
α——导向槽与钢球之间的接触角度。
对于本例，导向槽顶角开口为保障弹性扭杆在开口槽中运动。开口宽度需满足弹性扭杆在开口槽内运动而不与侧壁发生干涉，同时不能让钢球从开口槽滑落。钢球直径为16.669mm，导向槽与承载钢球的接触角度设计为45°。将数据代入式中，将开口宽度设计为10mm。
(4)载荷传递导向槽过渡圆弧设计；
载荷传递导向槽过渡圆弧有利于承载钢球在导向槽内运动方便，其主要尺寸包括圆弧半径及其位置确定。如图2所示，过渡圆弧6是导向槽5与扭杆槽之间的连接曲面，分别与导向槽5、扭杆槽相切。导向槽5与钢球7的接触角度需要保障承载钢球有15°～20°的预留包角，过渡圆弧6半径设计为大于钢球7直径的一半。
对于本例，载荷传递导向槽过渡圆弧有利于承载钢球在导向槽内运动方便，过渡圆弧是导向槽与扭杆槽之间的连接曲面，分别与导向槽、扭杆槽相切，预留包角设计为15°，圆弧半径设计为10mm。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，但本发明的保护范围并不局限于此，对于本领域的熟悉的技术人员来说，本发明可以有各种的更改和变化，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种电磁扭杆离合器主转盘上载荷传递导向槽结构，用于传递载荷和承载钢球导向，包括主转盘，其特征在于：所述主转盘上设有多个导向槽，所述导向槽具有上下顶角开口，所述导向槽与扭杆槽之间通过过渡圆弧连接；所述导向槽为圆柱状导向槽或棱柱状导向槽；所述导向槽与承载钢球的接触点过承载钢球球心的截面为承载截面：所述圆柱状导向槽的承载截面为圆形承载截面；所述棱柱状导向槽的承载截面为菱形承载截面或者正方形承载截面；所述导向槽与承载钢球之间预留有间隙。
2.根据权利要求1所述的电磁扭杆离合器主转盘上载荷传递导向槽结构，其特征在于：所述导向槽的上下顶角开口宽度大于电磁扭杆离合器的扭杆直径，小于承载钢球直径。
3.根据权利要求1所述的电磁扭杆离合器主转盘上载荷传递导向槽结构，其特征在于：所述导向槽与承载钢球之间的接触角度具有保障承载钢球有15°～20°的预留包角。
4.根据权利要求1所述的电磁扭杆离合器主转盘上载荷传递导向槽结构，其特征在于：所述过渡圆弧是导向槽与扭杆槽之间的连接曲面，分别与导向槽、扭杆槽相切；所述过渡圆弧半径大于承载钢球直径的一半。
5.一种权利要求1所述的电磁扭杆离合器主转盘上载荷传递导向槽结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)主转盘载荷传递导向槽的结构形式设计
主转盘载荷传递导向槽的结构形式设计为棱柱状导向槽；
(2)载荷传递导向槽的承载截面尺寸设计
正方形承载截面尺寸包括两条相互垂直且平分的对角线的长度，正方形承载截面的对角线长度由式(1)确定：
式中，H——正方形对角线长度；
d——钢球直径；
δ——导向槽与钢球之间的间隙；
(3)导向槽上下顶角开口宽度设计
导向槽上下顶角开口宽度由扭杆直径、导向槽与承载钢球之间的接触角决定，取导向槽与承载钢球的接触角度为30°～60°，导向槽与承载钢球之间的接触角度具有保障承载钢球的15°～20°的预留包角，则开口宽度由式(2)确定：
式中，L——开口宽度；
d——钢球直径；
α——导向槽与钢球之间的接触角度；
(4)载荷传递导向槽过渡圆弧设计
载荷传递导向槽过渡圆弧尺寸包括圆弧半径及其位置确定，过渡圆弧为导向槽与扭杆槽之间的连接曲面，分别与导向槽、扭杆槽相切，过渡圆弧半径设计为大于钢球直径的一半。
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