CN110307270B - 电磁扭杆离合器离合盘的工作沟槽结构及设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁扭杆离合器离合盘的工作沟槽结构及设计方法，该结构中的离合盘上设有导向槽和工作沟槽，工作沟槽与离合盘的导向槽之间通过过渡圆弧连接，工作沟槽为半球形沟槽或半圆柱状沟槽；传力钢球与工作沟槽的接触点过球心法向截面为传力截面，半球形沟槽的传力截面为半圆形截面，半圆柱形沟槽的传力截面为单圆弧形截面、双心圆弧形截面或椭圆形截面；该设计方法包括：(1)离合盘工作沟槽结构形式设计，(2)工作沟槽的椭圆截面尺寸设计，(3)工作沟槽的宽度与深度设计，(4)工作沟槽的过渡圆弧设计。本发明的电磁扭杆离合器离合盘的工作沟槽结构及设计方法，可以提高钢球与工作沟槽的接合效率，有利于钢球进出工作沟槽方便、结构可行性高。

Description

电磁扭杆离合器离合盘的工作沟槽结构及设计方法
技术领域
本发明涉及一种汽车动力传动系统中地电磁驱动双离合器，具体涉及一种电磁扭杆离合器离合盘的工作沟槽结构。
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；传递扭矩过程中不存在摩擦，传递效率很高。电磁扭杆离合器在结合-分离过程中，弹性扭杆组件上的滚球和工作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，极大地降低了结合-分离过程中的振动和冲击。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，不但可以传递很大的扭矩，而且还能够保证扭矩传递的稳定性、均匀性。
离合盘上工作沟槽为电磁扭杆离合器工作时力矩传递的关键结构，其结构对于离合器接合-分离过程中整体振动、冲击有着重要影响。工作沟槽为离合盘上的传力结构，钢球与工作沟槽接合将直接影响到力矩传递。因此，需要提出一种电磁扭杆离合器离合盘工作沟槽结构及设计方法，以提高钢球与工作沟槽的接合效率，有利于钢球进出工作沟槽方便、结构可行性高。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结构。
发明内容
本发明是要提供一种电磁扭杆离合器离合盘工作沟槽结构及设计方法，以提高钢球与工作沟槽的接合效率，有利于钢球进出工作沟槽方便、结构可行性高。
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离合盘的工作沟槽结构，具有一个离合盘，所述离合盘上设有导向槽和工作沟槽，工作沟槽与离合盘的导向槽之间通过过渡圆弧连接，使弹性扭杆组件在电磁力作用下发生摆动，弹性扭杆组件上的传力钢球通过导向槽和过渡圆弧进入离合盘上的工作沟槽实现接合；所述离合盘上的工作沟槽为半球形沟槽或半圆柱状沟槽；传力钢球与工作沟槽的接触点过球心法向截面为传力截面，所述半球形沟槽的传力截面为半圆形截面，所述半圆柱形沟槽的传力截面为单圆弧形截面、双心圆弧形截面或椭圆形截面。
进一步，所述工作沟槽的椭圆截面的宽度是截面椭圆沟槽的最大距离，椭圆截面的深度是钢球中心圆的圆心至沟槽底部的最大距离。
进一步，所述过渡圆弧是椭圆截面与导向斜面之间的连接曲面，过渡圆弧分别与椭圆截面、导向槽斜面相切，以确保传力钢球接合和分离方便，且过渡圆弧半径大于传力钢球直径的一半。
一种电磁扭杆离合器离合盘的工作沟槽结构的设计方法，包括以下步骤：
(1)离合盘工作沟槽结构形式设计
离合盘工作沟槽结构设计为半圆柱状沟槽；工作沟槽的传力截面设计为椭圆形截面；以椭圆中心为坐标原点建立直角坐标系，椭圆长轴垂直于传力截面，短轴位于传力截面上；
(2)工作沟槽的椭圆截面尺寸设计；
工作沟槽的椭圆截面尺寸包括长半轴、短半轴以及椭圆中心与传力钢球球心之间的距离，由传力钢球直径、传力钢球的接触角、传力钢球与椭圆接触点的接触沟曲率系数决定；截面椭圆的长半轴、短半轴由式(1)计算确定：
Figure BDA0002108086190000021
式中，a—椭圆长半轴；
b—椭圆短半轴；
c—沟槽曲率系数；
α—沟槽与钢球的接触角度；
d——钢球直径。
(3)工作沟槽的宽度与深度设计；
工作沟槽宽度由式(2)确定：
Figure BDA0002108086190000031
工作沟槽深度由式(3)确定：
Figure BDA0002108086190000032
式中，L—沟槽宽度；
H—沟槽深度；
c—沟槽曲率系数；
α—沟槽与钢球的接触角度；
d—钢球直径。
(4)工作沟槽的过渡圆弧设计；
过渡圆弧设计包括圆弧半径及位置确定，过渡圆弧是截面椭圆与导向斜面之间的连接曲面，过渡圆弧分别与椭圆截面、导向槽斜面相切，以确保钢球接合和分离方便；过渡圆弧半径设计为大于钢球直径的一半。
进一步，工作沟槽的椭圆截面尺寸设计时，工作沟槽与传力钢球的接触角度设计为30°～60°，并使工作沟槽与传力钢球的接触角度需要保障传力钢球有15°～20°的预留包角，接触沟曲率系数取0.515～0.525。
本发明的有益效果是：
本发明的电磁扭杆离合器离合盘的工作沟槽结构及设计方法，可以提高钢球与工作沟槽的接合效率，有利于钢球进出工作沟槽方便、结构可行性高。
附图说明
图1为电磁扭杆离合器结构示意图；
图2为离合盘与工作沟槽结构示意图；
图3为图2中沿A-A剖视放大图。
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1，2所示，一种电磁扭杆离合器离合盘的工作沟槽结构，包括主转盘1，弹性扭杆组件2，离合盘3。离合盘3上设有导向槽1-1和工作沟槽，工作沟槽与离合盘3的导向槽1-1之间通过过渡圆弧1-2连接，当弹性扭杆组件2在电磁力作用下发生摆动，弹性扭杆组件2上的传力钢球进入离合盘上工作沟槽实现接合。离合盘上的工作沟槽结构可以设计为半球形沟槽或半圆柱状沟槽；传力钢球与工作沟槽的接触点过球心法向截面为传力截面，对于半球形沟槽的传力截面设计为半圆形截面，对于半圆柱形沟槽的传力截面可设计为单圆弧形截面、双心圆弧形截面或椭圆形截面。
工作沟槽的椭圆截面尺寸包括长半轴、短半轴以及椭圆中心与钢球球心之间的距离，由传力钢球直径、传力钢球的接触角、传力钢球与椭圆接触点的接触沟曲率系数决定；工作沟槽与钢球的接触角度一般设计为30°～60°，沟槽与钢球的接触角度需要保障传力钢球有15°～20°的预留包角。
工作沟槽的椭圆截面的宽度是截面椭圆沟槽的最大距离，椭圆截面的深度是钢球中心圆的圆心至沟槽底部的最大距离。
工作沟槽的过渡圆弧是椭圆截面与导向斜面之间的连接曲面，过渡圆弧分别与椭圆截面、导向槽斜面相切，以确保钢球接合和分离方便，且过渡圆弧半径大于钢球直径的一半。
实例例：一种电磁扭杆离合器离合盘的工作沟槽结构的设计方法：
本例以新能源汽车电磁扭杆离合器离合盘工作沟槽为例，该离合器最大传递扭矩为300Nm，离合盘直径为313mm，与工作沟槽接合的传力钢球直径为16.669mm,具体为离合盘上工作沟槽结构设计。电磁扭杆离合器结构示意图如图1所示，其中，1为主转盘，2为弹性扭杆组件，3为离合盘。弹性扭杆组件2在电磁力作用下发生摆动，弹性扭杆组件2上的钢球进入离合盘3上工作沟槽实现接合。
(1)离合盘工作沟槽结构形式设计；
离合盘工作沟槽结构可以设计为半球形沟槽和半圆柱状沟槽；传力钢球与工作沟槽的接触点过球心法向截面称为传力截面，对于半球形沟槽的传力截面设计为半圆形，对于半圆柱形沟槽的传力截面可设计为单圆弧形、双心圆弧形以及椭圆形。
对于本例，离合盘工作沟槽结构设计为半圆柱状沟槽；工作沟槽传力截面设计为椭圆形截面；以椭圆中心为坐标原点建立直角坐标系，椭圆长轴垂直于传力截面，短轴位于传力截面上。
(2)工作沟槽的椭圆截面尺寸设计；
工作沟槽的椭圆截面尺寸直接影响离合器的传递扭矩大小，椭圆截面尺寸包括长半轴、短半轴以及椭圆中心与钢球球心之间的距离，它由传力钢球直径、传力钢球的接触角、传力钢球与椭圆接触点的接触沟曲率系数决定；工作沟槽与钢球的接触角度一般设计为30°～60°，沟槽与钢球的接触角度需要保障传力钢球有15°～20°的预留包角，接触沟曲率系数一般取0.515～0.525。截面椭圆的长半轴、短半轴由式(1)计算确定。
Figure BDA0002108086190000051
式中，a——椭圆长半轴；
b——椭圆短半轴；
c——沟槽曲率系数；
α——沟槽与钢球的接触角度；
d——钢球直径。
对于本例，传力钢球直径为16.669mm、钢球与工作沟槽的接触角设计为45°，传力钢球与椭圆接触点的接触沟曲率系数取0.515；预留包角设计为15°。将数值代入式(1)中，计算得到，长半轴a＝8.72mm，短半轴b＝8.46mm。
(3)工作沟槽的宽度与深度设计；
椭圆截面的宽度是截面椭圆沟槽的最大距离，椭圆截面的深度是钢球中心圆的圆心至沟槽底部的最大距离。宽度、深度值大小将影响钢球进入工作沟槽内，由椭圆沟曲率系数、钢球与工作沟槽的接触角度以及钢球直径等参数，沟槽宽度由式(2)确定：
Figure BDA0002108086190000061
沟槽深度由式(3)确定：
Figure BDA0002108086190000062
式中，L——沟槽宽度；
H——沟槽深度；
c——沟槽曲率系数；
α——沟槽与钢球的接触角度；
d——钢球直径。
对于本例，传力钢球直径为16.669mm、钢球与工作沟槽的接触角设计为45°，传力钢球与椭圆接触点的接触沟曲率系数取0.515；将数值代入式(2)、(3)中，计算得到沟槽宽度为16.92mm，沟槽深度为8.35mm。
(4)工作沟槽的过渡圆弧设计；
过渡圆弧设计包括圆弧半径及位置确定。如图2，3所示，图中1-1为导向槽，1-2为过渡圆弧，1-3为椭圆截面沟槽部分。过渡圆弧1-2是截面椭圆与导向斜面之间的连接曲面，过渡圆弧1-2分别与椭圆截面1-3、导向槽1-1斜面相切，以确保钢球接合和分离方便。过渡圆弧1-2半径设计为大于钢球直径的一半。
对于本例，过渡圆弧分别与椭圆截面、导向槽斜面相切，过渡圆弧半径设计为10mm。过渡圆弧是截面椭圆与导向斜面之间的连接曲面，分别与椭圆截面、导向槽斜面相切。
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离合盘的工作沟槽结构，具有一个离合盘，其特征在于：所述离合盘上设有导向槽和工作沟槽，工作沟槽与离合盘的导向槽之间通过过渡圆弧连接，当弹性扭杆组件在电磁力作用下发生摆动，弹性扭杆组件上的传力钢球通过导向槽和过渡圆弧进入离合盘上的工作沟槽实现接合；所述离合盘上的工作沟槽为半球形沟槽或半圆柱状沟槽；传力钢球与工作沟槽的接触点过球心法向截面为传力截面，所述半球形沟槽的传力截面为半圆形截面，所述半圆柱状沟槽的传力截面为单圆弧形截面、双心圆弧形截面或椭圆形截面。
2.根据权利要求1所述的电磁扭杆离合器离合盘的工作沟槽结构，其特征在于：所述工作沟槽的椭圆截面的宽度是截面椭圆沟槽的最大距离，椭圆截面的深度是传力钢球中心圆的圆心至工作沟槽底部的最大距离。
3.根据权利要求1所述的电磁扭杆离合器离合盘的工作沟槽结构，其特征在于：所述过渡圆弧是椭圆截面与导向斜面之间的连接曲面，过渡圆弧分别与椭圆截面、导向槽斜面相切，以确保传力钢球接合和分离方便，且过渡圆弧半径大于传力钢球直径的一半。
4.一种权利要求1所述的电磁扭杆离合器离合盘的工作沟槽结构的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)离合盘工作沟槽结构形式设计
离合盘工作沟槽结构设计为半圆柱状沟槽；工作沟槽的传力截面设计为椭圆形截面；以椭圆中心为坐标原点建立直角坐标系，椭圆长轴垂直于传力截面，短轴位于传力截面上；
(2)工作沟槽的椭圆截面尺寸设计
工作沟槽的椭圆截面尺寸包括长半轴、短半轴以及椭圆中心与传力钢球球心之间的距离，由传力钢球直径、传力钢球的接触角、传力钢球与椭圆接触点的接触沟槽 曲率系数决定；截面椭圆的长半轴、短半轴由式(1)计算确定：
Figure FDA0002108086180000021
式中，a—椭圆长半轴；
b—椭圆短半轴；
c—沟槽曲率系数；
α—沟槽与钢球的接触角度；
d——钢球直径；
(3)工作沟槽的宽度与深度设计；
工作沟槽宽度由式(2)确定：
Figure FDA0002108086180000022
工作沟槽深度由式(3)确定：
Figure FDA0002108086180000023
式中，L—沟槽宽度；
H—沟槽深度；
c—沟槽曲率系数；
α—沟槽与钢球的接触角度；
d—钢球直径；
(4)工作沟槽的过渡圆弧设计；
过渡圆弧设计包括圆弧半径及位置确定，过渡圆弧是截面椭圆与导向斜面之间的连接曲面，过渡圆弧分别与椭圆截面、导向槽斜面相切，以确保钢球接合和分离方便；过渡圆弧半径设计为大于钢球直径的一半。
5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于：所述工作沟槽的椭圆截面尺寸设计时，工作沟槽与传力钢球的接触角度设计为30°～60°，并使工作沟槽与传力钢球的接触角度需要保障传力钢球有15°～20°的预留包角，接触沟槽 曲率系数取0.515～0.525。
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