CN111692236B - 一种斜撑离合器结构的正向设计与计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斜撑离合器结构的正向设计与计算方法，正向设计包括包括呈圆弧型面设置的楔块、外套和内轴，所述外套和内轴之间形成滚道，所述楔块可滑动设于滚道内；计算方法包括S1反转内外滚道、并对楔块的运动进行分析以及S2求解最大升程。本发明属于斜撑式超越离合器的设计方法技术领域，具体是提供了一种在不改变基本参数的前提下，对楔块结构进行局部修正并增设新的参数，使四种标准楔块的有效升程，全部大于对应的原标准数据并达到最大值，进而提高了离合器整体的翻转力矩和极限载荷，使包括强制连续型斜撑离合器和全相位型斜撑离合器在内的两种形式的斜撑式超越离合器整体性能得以提升的斜撑离合器结构的正向设计与计算方法。

Description

一种斜撑离合器结构的正向设计与计算方法

技术领域

本发明属于斜撑式超越离合器的设计方法技术领域，具体是指一种斜撑离合器结构的正向设计与计算方法。

背景技术

斜撑式超越离合器包括强制连续型斜撑离合器和全相位型斜撑离合器，两种都属于摩擦式超越离合器。超越离合器是一种根据主、从动部分的相对运动速度变化，或旋转方向的变换能自动接合或脱开的离合器。其中斜撑离合器具有传递扭矩大、质量小的特点，广泛应用于直升机传动系统、航空发动机的起动机以及自动挡汽车变速箱等工作环境中。

早期的文献，是国内外圆弧型面离合器的主要参考依据，但并未对楔块宽度给出具体的位置，其中蕴含的设计方法和依据也未给出。后期的研究中，主要集中于性能的比较分析，以及型面的结构设计。但时至今日，圆弧型面离合器仍是相关研究所和企业的主要产品结构形式。因此有必要深入其结构细节，做好相关的基础研究和优化升级，为后续离合器的正向设计提供理论和技术的支撑的斜撑离合器结构。

发明内容

为解决上述现有难题，本发明提供了一种仿照凸轮轮廓曲线设计中常用的反转法，针对强制连续型斜撑离合器和全相位型斜撑离合器两种形式的斜撑式超越离合器，在不改变基本参数的前提下，对楔块结构进行局部修正并增设新的参数，使四种标准楔块有效升程，全部大于对应的原标准数据并达到最大值，进而提高了离合器整体的翻转力矩和极限载荷，使离合器整体性能得以提升的斜撑离合器结构的正向设计与计算方法。

本发明采取的技术方案如下：一种斜撑离合器结构的正向设计，包括呈圆弧型面设置的楔块、外套和内轴，所述外套和内轴之间形成滚道，所述楔块可滑动设于滚道内，所述楔块与滚道接触的上下两个弧面由两个偏心圆弧组成。

一种斜撑离合器结构的计算方法，包括以下步骤：

S1.反转内外滚道、并对楔块的运动进行分析：

假设楔块静止不动，所述楔块包括内圆弧、外圆弧和边线，初始状态下，Q点和C点分别为楔块的内圆弧与内滚道、外圆弧与外滚道的楔入点，此时设所述内滚道所在圆的中心点为O，楔块的宽度为b、内圆弧半径r_i、外圆弧半径r₀、中心距Z、中心角α为标准规格离合器楔块的5个基本参数，J₀为楔块的规格参数，而R₀、R_i为离合器内轴与外套的半径，t为内圆弧圆心至楔块对应边缘的距离，设参数

为楔块外圆弧圆心至边线的垂直距离，D_i、D₀分别为楔块内圆弧、外圆弧中心至边线的垂足点；

随着发动机扭矩载荷的施加，楔块从Q点和C点开始楔入传动，楔块在内滚道和外滚道之间逐渐翻转至最大升程，此时楔块分别与外滚道和内滚道接触的点变为C′和Q′边界点，直至翻越失败；

所述楔块在内滚道与外滚道之间的初始楔合高度为H_nom，所述楔块在滚道内翻转达到的最大高度记为H_max，所述楔块翻转达到的最大高度与初始楔合高度之间的差值，即为楔块的升程，升程关系式如I式所示：

S_R＝H_max-H_nom I式

式中，S_R表示楔块的升程距离；

对于给定宽度的楔块结构，当外圆弧以及内圆弧的边界点Q′和C′同时成为楔块升程的极限点时，楔块将获得最大升程，仿照凸轮设计的反转法，此时令内轴和外套绕楔块的外圆弧中心点A点反向旋转，此时中心由O旋转至O′处，此时将楔块当作凸轮刚体，则内轴成为从动件被推动挤压，设变形后的内轴半径为R_i′，

为旋转前后圆心连线的夹角，B点为楔块的内圆弧所在圆的中心点；凸轮设计所用的反转法，其基本原理是假设凸轮相对静止不动，而顶杆绕凸轮中心作等角速度旋转运动，由于顶杆的尖顶始终与凸轮轮廓曲线接触，因此尖顶的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。楔块与凸轮都类属于偏心旋转结构，且在运动过程中始终与相邻结构件存在边缘接触行为。因此，包括强制连续型斜撑离合器和全相位型斜撑离合器此两种形式的斜撑式超越离合器在内的正向设计与研究，可借鉴凸轮的相关理论与方法。

S2.求解最大升程：

首先，在ΔQOC中存在关系式如Ⅱ式所示：

其中，

为Q、C两点之间的距离；

其次，在ΔQ′BD_i中，存在关系式如Ⅲ式所示：

由此可得∠ABO′＝π-∠Q′BD_i-α；

再次，在ΔO′AB中存在关系式如Ⅳ式所示：

其中，

然后，还存在关系式∠D₀C′A＝π/2-(∠BAO′-α)，

且存在关系式

整理可得关系式如Ⅴ式所示：

设t为递增变量，由Ⅲ式-Ⅳ式可求得对应的

及b′；

当b′＝b时，可得到楔块升程极限位置处的

R_i′和边距

此时可得

关系式如Ⅵ式所示：

最后，根据I式可得结构优化后的楔块最大升程值，即有

显然，S_R为根据反转法计算所得的楔块的有效最大升程。

采用上述结构和计算方法本发明取得的有益效果如下：本方案一种斜撑离合器结构的正向设计与计算方法，仿照凸轮轮廓曲线设计中常用的反转法，进行楔块的升程优化与计算，根据计算结果，修正楔块宽度方向的结构定位，使楔块上下圆弧面的弧长得到合理分配，进而优化楔块的有效升程取值，在不改变楔块5个基本参数的前提下，将四种标准楔块全部运用上述方法进行宽度位置的优化，得到新的楔块升程优化值，将其列于常用的标准值表中，四种标准楔块的有效升程全部得到优化，计算结果得到显著增长，这就使得离合器的翻转力矩得以提升，降低了楔块翻转失效的概率，使得包括强制连续型斜撑离合器和全相位型斜撑离合器两种形式的斜撑式超越离合器的整体性能得以提升。

附图说明

图1为本发明一种斜撑离合器结构的正向设计与计算方法的楔块的升程示意图；

图2为本发明一种斜撑离合器结构的正向设计与计算方法的反转内外滚道图；

图3为本发明一种斜撑离合器结构的正向设计与计算方法的结构示意图。

其中，1、外套，2、楔块，3、内轴。

图1a为楔块与外套和内轴的初始楔合状态示意图，图1b为楔块与外套和内轴的临界翻转状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明一种斜撑离合器结构的正向设计，包括呈圆弧型面设置的楔块2、外套1和内轴3，所述外套1和内轴3之间形成滚道，所述楔块2可滑动设于滚道内，所述楔块2与滚道接触的上下两个弧面由两个偏心圆弧组成。

一种斜撑离合器结构的计算方法，包括以下步骤：

S1.反转内外滚道、并对楔块的运动进行分析：

假设楔块静止不动，所述楔块包括内圆弧、外圆弧和边线，初始状态下，Q点和C点分别为楔块的内圆弧与内滚道、外圆弧与外滚道的楔入点，此时设所述内滚道所在圆的中心点为O；如图2所示，楔块的宽度为b、内圆弧半径r_i、外圆弧半径r₀、中心距Z、中心角α为标准规格离合器楔块的5个基本参数，J₀为楔块的规格参数，而R₀、R_i为离合器内轴与外套的半径，t为内圆弧圆心至楔块对应边缘的距离，设参数

为楔块外圆弧圆心至边线的垂直距离，D_i、D₀分别为楔块内圆弧、外圆弧中心至边线的垂足点；

如图1a和图1b所示，随着发动机扭矩载荷的施加，楔块从Q点和C点开始楔入传动，楔块在内滚道和外滚道之间逐渐翻转至最大升程，此时楔块分别与外滚道和内滚道接触的点变为C′和Q′边界点，直至翻越失败；

所述楔块在内滚道与外滚道之间的初始楔合高度为H_nom，所述楔块在滚道内翻转达到的最大高度记为H_max，所述楔块翻转达到的最大高度与初始楔合高度之间的差值，即为楔块的升程，图1中虚线为内外滚道变形前的初始位置，升程关系式如I式所示：

S_R＝H_max-H_nom I式式中，S_R表示楔块的升程距离；

对于给定宽度的楔块结构，当外圆弧以及内圆弧的边界点Q′和C′同时成为楔块升程的极限点时，楔块将获得最大升程，仿照凸轮设计的反转法，此时令内轴和外套绕楔块的外圆弧中心点A点反向旋转，此时中心由O旋转至O′处，此时将楔块当作凸轮刚体，则内轴成为从动件被推动挤压，设变形后的内轴半径为R_i′，

为旋转前后圆心连线的夹角，B点为楔块的内圆弧所在圆的中心点；如图1b所示，其中虚线所示为旋转后楔块的外套圆弧与内轴圆弧；

S2.求解最大升程：

首先，在ΔQOC中存在关系式如Ⅱ式所示：

其中，

为Q、C两点之间的距离；

其次，在ΔQ′BD_i中，存在关系式如Ⅲ式所示：

由此可得∠ABO′＝π-∠Q′BD_i-α；

再次，在ΔO′AB中存在关系式如Ⅳ式所示：

其中，

然后，还存在关系式∠D₀C′A＝π/2-(∠BAO′-α)，

且存在关系式

整理可得关系式如Ⅴ式所示：

设t为递增变量，由Ⅲ式-Ⅳ式可求得对应的

及b′；

当b′＝b时，可得到楔块升程极限位置处的

R_i′和边距

此时可得

关系式如Ⅵ式所示：

最后，根据I式可得结构优化后的楔块最大升程值，即有

显然，S_R为根据反转法计算所得的楔块的有效最大升程；

在不改变楔块5个基本参数的前提下，将四种标准楔块全部运用上述方法进行宽度位置的优化，得到新的楔块升程优化值，将其列于常用的标准值表中，进行对比如下表1所示；

表1标准楔块优化前后的升程对比

可见，四种标准楔块的有效升程全部得到优化，计算结果显示平均增长率为30.675％。

实施例1：对规格为J₀＝6.300的标准楔块进行计算优化，给定5项基本参数，按上述方法与计算公式Ⅱ式-Ⅶ式，求得楔块宽度b的重要定位参数L₀＝1.7529。此时，最大升程为S_R＝0.3067；

实施例2：对规格为J₀＝8.331的标准楔块进行计算优化，给定5项基本参数，按上述方法与计算公式Ⅱ式-Ⅶ式，求得楔块宽度b的重要定位参数L₀＝2.2817。此时，最大升程为S_R＝0.4490；

实施例3：对规格为J₀＝9.500的标准楔块进行计算优化，给定5项基本参数，按上述方法与计算公式Ⅱ式-Ⅶ式，求得楔块宽度b的重要定位参数L₀＝2.3706。此时，最大升程为S_R＝0.4891；

实施例4：对规格为J₀＝12.700的标准楔块进行计算优化，给定5项基本参数，按上述方法与计算公式Ⅱ式-Ⅶ式，求得楔块宽度b的重要定位参数L₀＝3.3921，此时，最大升程为S_R＝0.6940。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种斜撑离合器结构的正向设计，其特征在于：包括呈圆弧型面设置的楔块、外套和内轴，所述外套和内轴之间形成滚道，所述楔块可滑动设于滚道内，所述楔块与滚道接触的上下两个弧面由两个偏心圆弧组成；

一种斜撑离合器结构的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.反转内外滚道、并对楔块的运动进行分析：

假设楔块静止不动，所述楔块包括内圆弧、外圆弧和边线，初始状态下，Q点和C点分别为楔块的内圆弧与内滚道、外圆弧与外滚道的楔入点，此时设所述内滚道所在圆的中心点为O，楔块的宽度为b、内圆弧半径r_i、外圆弧半径r₀、中心距Z、中心角α为标准规格离合器楔块的5个基本参数，J₀为楔块的规格参数，而R₀、R_i为离合器内轴与外套的半径，t为内圆弧圆心至楔块对应边缘的距离，设参数

为楔块外圆弧圆心至边线的垂直距离，D_i、D₀分别为楔块内圆弧、外圆弧中心至边线的垂足点；

随着发动机扭矩载荷的施加，楔块从Q点和C点开始楔入传动，楔块在内滚道和外滚道之间逐渐翻转至最大升程，此时楔块分别与外滚道和内滚道接触的点变为C′和Q′边界点，直至翻越失败；

所述楔块在内滚道与外滚道之间的初始楔合高度为H_nom，所述楔块在滚道内翻转达到的最大高度记为H_max，所述楔块翻转达到的最大高度与初始楔合高度之间的差值，即为楔块的升程，升程关系式如I式所示：

S_R＝H_max-H_nom I式

式中，S_R表示楔块的升程距离；

对于给定宽度的楔块结构，当外圆弧以及内圆弧的边界点Q′和C′同时成为楔块升程的极限点时，楔块将获得最大升程，仿照凸轮设计的反转法，此时令内轴和外套绕楔块的外圆弧中心点A点反向旋转，此时中心由O旋转至O′处，此时将楔块当作凸轮刚体，则内轴成为从动件被推动挤压，设变形后的内轴半径为R_i′，

为旋转前后圆心连线的夹角，B点为楔块的内圆弧所在圆的中心点；

S2.求解最大升程：

首先，在ΔQOC中存在关系式如Ⅱ式所示：

其中，

为Q、C两点之间的距离；

其次，在ΔQ′BD_i中，存在关系式如Ⅲ式所示：

由此可得∠ABO′＝π-∠Q′BD_i-α；

再次，在ΔO′AB中存在关系式如Ⅳ式所示：

其中，

然后，还存在关系式∠D₀C′A＝π/2-(∠BAO′-α)，

且存在关系式

整理可得关系式如Ⅴ式所示：

设t为递增变量，由Ⅲ式-Ⅳ式可求得对应的

及b′；

当b′＝b时，可得到楔块升程极限位置处的

R_i′和边距

此时可得

关系式如Ⅵ式所示：

最后，根据I式可得结构优化后的楔块最大升程值，即有

显然，S_R为根据反转法计算所得的楔块的有效最大升程。

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