CN113202884B - 一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，由切断或传递发动机输出动力的动力传递机构和通过液压系统对磁流空腔中磁流变液体体积进行自动调节的液控自调节装置构成。动力传递机构的输入轴和从动盘设计成矩形凹槽凸台结构，增大了配合的间接接触面积。液控自调节装置包括信号采集装置和液控调节装置，共同负责自动调节磁流空腔中磁流变液体的体积，使磁流变液体体积稳定以保证离合器始终工作在最佳状态，实现离合器自调节功能。动力传递机构和液控自调节装置相配合，当电磁线圈通电后，磁流变液体由类液体变为类固体，输入轴和从动盘间产生合适的剪切力使输入轴带动从动盘同步转动，保证离合器始终工作在最佳状态，提高离合器的寿命。

Description

一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器

技术领域

本发明属于汽车车用离合器技术领域，具体涉及一种应用于乘用车底盘的基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器。

背景技术

离合器位于发动机与变速箱之间，接收飞轮传递过来的动力并将其传递给变速箱，离合器的输出轴即为变速箱的输入轴。离合器的功用即为切断或传递发动机向变速器输入的动力。接合平稳，分离迅速彻底，耐磨性好，操作便捷是对离合器的基本要求。传统离合器接合时摩擦产热，零件磨损较快，且操作不当时会产生振动噪声，引起成员不适，严重甚至造成安全事故，这些问题亟待解决。

磁流变液体是一种将微米尺寸的可磁化颗粒分散于母液中构成的悬浮液。无磁场时为牛顿流体，而在强磁场作用下悬浮颗粒因磁感应由磁中性变为强磁性，表现出高粘度、低流动性的特性，其屈服应力随着外加磁场的变化而变化。其固—液转换在毫秒量级内完成，而且去除磁场后这种材料又迅速恢复其流动性。磁流变液体应用于离合器中可解决离合器主动盘和从动盘之间接触摩擦产热，磨损快的问题。磁流变液体的应用也可避免零件直接接触产生振动噪声。但磁流变液体剪切屈服应力不足，制约着磁流变液体的应用。与此同时，由于磁流变液在没有磁场的情况下具有流动性，如能研发出一种具有自调节功能的离合器，这是一种新的尝试，也必将具有广泛的应用价值。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，以解决现有离合器工作过程中磨损且振动噪声较大，磁流变液体的剪切屈服应力不足而制约磁流变液体应用以及不能接合自调节的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，由动力传递机构和液控自调节装置构成；

所述动力传递机构包括输入端和输出端，其中，所述输入端包括外端面开有多个孔洞的输入轴6和与其转动连接的输入轴壳体1，输入轴6上装有输入轴端盖8；所述输入轴壳体1的凹槽内设置环形橡胶块2和电磁线圈3；所述输出端包括输出轴18、与其转动连接的输出轴壳体14和与输出轴18键连接的从动盘23，所述输出轴18上装有输出轴端盖21；所述输入轴6与从动盘23之间设置磁流空腔，其内充斥着磁流变液体11，且输入轴6与从动盘23之间连有弹簧Ⅰ22；所述输入轴壳体1与输出轴壳体14相连；

所述液控自调节装置包括信号采集装置和液控自调节装置，其中，所述信号采集装置包括开有泄流孔25的磁流挡圈24和活塞弹簧27，活塞弹簧27两端分别与环形活塞26和力传感器28相连，力传感器28与ECU通信连接；所述液控自调节装置分为执行机构和液压油控制装置；所述执行机构包括安装在输出轴18上开有液压控制孔35的液压套筒29，其内部设有安装在输出轴18上与液压活塞31连接的弹簧Ⅱ30；所述液压油控制装置包括液控单向阀36、三位四通电磁换向阀37和液压泵39；

所述磁流变液体11通过输入轴6的孔洞进入磁流挡圈24外部空腔，由泄流孔25进入环形活塞26左侧空腔；所述液压活塞31和液压套筒29之间的液压室中充斥着液压油34，并可通过液压控制孔35流入液压油控制装置；所述ECU与分别与液压泵39和三位四通电磁换向阀37相连，根据力传感器28的信号与限定上下限值比较，控制液压泵39工作状态以及三位四通电磁换向阀37的工作位，进而控制液压油34流动对磁流空腔中磁流变液体11体积进行自动调节。

进一步地，所述输入轴6的孔洞为24个，在输入轴6的外端沿圆周等角度分布设置。

进一步地，所述输入轴6通过输入轴滚动轴承10与输入轴壳体1相连，所述输出轴18通过输出轴滚动轴承20与输出轴壳体14相连。

进一步地，所述输入轴端盖8通过螺钉Ⅰ7与输入轴壳体1固定，输出轴端盖21通过六角螺母15、弹性垫圈16和螺栓17与输出轴壳体14连接，输入轴壳体1通过螺钉Ⅱ13与输出轴壳体14固定。

进一步地，所述输入轴壳体1与电磁线圈3以及输入轴6之间分别设有密封圈Ⅰ4和密封圈Ⅱ5，输入轴6与输入轴端盖8以及从动盘23之间设分别设有输入轴密封圈9和密封圈Ⅲ12，输出轴18与输出轴端盖21之间设有输出轴密封圈19。

进一步地，所述输入轴6与从动盘23相对的一侧设有多个凹槽，从动盘23与输入轴6相对的一侧设有多个与输入轴6的凹槽形状匹配的凸台，且输入轴6和从动盘23的中心凸台上连接有弹簧Ⅰ22。

进一步地，所述液压套筒29一端通过轴肩定位，另一端安装在从动盘23的凹槽内，所述弹簧Ⅱ30的一端紧靠从动盘23，另一端与液压活塞31连接，液压活塞31的外部与液压套筒29接触部分设有导向环32和液压密封圈33。

进一步地，当活塞弹簧27的力大于限定上限值时，液压泵39工作，三位四通电磁换向阀37的电磁铁2YA通电，使三位四通电磁换向阀37的右位处于工作位，液压泵39的液压油通过三位四通电磁换向阀37的右位流经液控单向阀36的控制通道，则使液控单向阀36双向导通，则液压油34通过液压控制孔35流经液控单向阀36进入油箱40。

进一步地，当活塞弹簧27的力小于限定下限值时，液压泵39工作，三位四通电磁换向阀37的电磁铁1YA通电，使三位四通电磁换向阀37的左位处于工作位，液压泵39的液压油通过三位四通电磁换向阀37的左位流经液控单向阀36，进入液压控制孔35连接的充满液压油34的液压室。

进一步地，当活塞弹簧27的力不小于限定下限值时或当活塞弹簧27的力不大于限定上限值时，液压泵39不工作，三位四通电磁换向阀37处于中位，液压油34所处工作腔锁止。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，通过将输入轴与输出轴设计成矩形凹槽凸台的结构，增大了磁流变液体的受力面积，解决了传统离合器工作过程中磨损，振动噪声较大以及磁流变液体的剪切屈服应力不足而制约磁流变液体应用的问题；另外，利用液压系统对磁流变液体的接合能力及接合强度进行控制，实现离合器接合自调节功能；保证离合器始终工作在最佳状态，提高了离合器的寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器剖视图；

图2为本发明基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器的输入轴和从动盘剖视图；

图3为本发明基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器的从动盘向视图C；

图4为本发明基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器的信号采集装置的局部放大图A；

图5为本发明基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器的液控自调节装置的执行机构的局部放大图B；

图6为本发明基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器的液控自调节装置的液压油控制装置的示意图。

图中，1.输入轴壳体2.环形橡胶块3.电磁线圈4.密封圈Ⅰ5.密封圈Ⅱ6.输入轴7.螺钉Ⅰ8.输入轴端盖9.输入轴密封圈10.输入轴滚动轴承11.磁流变液体12.密封圈Ⅲ13.螺钉Ⅱ14.输出轴壳体15.六角螺母16.弹性垫圈17.螺栓18.输出轴19.输出轴密封圈20.输出轴滚动轴承21.输出轴端盖22.弹簧Ⅰ23.从动盘24.磁流挡圈25.泄流孔26.环形活塞27.活塞弹簧28.力传感器29.液压套筒30.弹簧Ⅱ31.液压活塞32.导向环33.液压密封圈34.液压油35.液压控制孔36.液控单向阀37.三位四通电磁换向阀38.溢流阀39.液压泵40.油箱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供的隔振降噪，增强离合器的接合能力以及实现自调节的设计思想是：磁流变液体的应用避免了离合器输入端和输出端接合时直接接触，实现了离合器的隔振降噪，提高了离合器零件的寿命；离合器的输入轴和从动盘采用矩形凸台凹槽的设计增强了离合器的接合能力；磁流变液体在无磁场场景具有流动性，当输入轴和从动盘发生轴向相对位移时，磁流空腔中的磁流变液体体积会发生变化，当电磁线圈通电后，磁流变液体的接合强度也会不同。根据磁流变液体的不同状态，液压系统对磁流空腔中的磁流变液体体积进行调整，使磁流变液体产生的屈服应力可以保证离合器平稳正常工作，实现离合器的自调节能力。由于商用车底盘传递系统传递的力和力矩很大，磁流变液体的剪切强度的不足，不能适用高强度应用场景，本发明不适用于商用车等重载环境。

如图1-图6所示，本发明基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，由切断或传递发动机输出动力的动力传递机构和通过液压系统对磁流空腔中磁流变液体体积进行自动调节的液控自调节装置构成。

所述动力传递机构由输入端和输出端组成。

其中，所述输入端包括输入轴壳体1、环形橡胶块2、电磁线圈3、输入轴6、输入轴端盖8。输入轴6通过输入轴滚动轴承10与输入轴壳体1相连，输入轴端盖8连接在输入轴6上，其间设置输入轴密封圈9；输入轴壳体1和输入轴端盖8之间通过螺钉Ⅰ7进行连接。环形橡胶块2和电磁线圈3固定在输入轴壳体1的凹槽里。电磁线圈3和输入轴壳体1之间以及输入轴6和输入轴壳体1之间设置有密封圈Ⅰ4和密封圈Ⅱ5。

所述输出端包括输出轴壳体14、输出轴18、输出轴滚动轴承20、输出轴端盖21、从动盘23。输出轴18通过输出轴滚动轴承20与输出轴壳体14相连，输出轴端盖21连接在输出轴18上，其间设置输出轴密封圈19；输出轴壳体14和输出轴端盖21之间通过六角螺母15、弹性垫圈16和螺栓17连接。输入轴6和从动盘23之间设有密封圈Ⅲ12。所述输入轴6与从动盘23相对的一侧设有多个凹槽，从动盘23与输入轴6相对的一侧设有多个与输入轴6的凹槽形状匹配的凸台，动力传递机构的输入轴和从动盘设计成矩形凹槽凸台结构，增大了配合的间接接触面积，输入轴6和从动盘23之间的磁流空腔中充斥着磁流变液体11，输入轴6和从动盘23的中心凸台上连接有弹簧Ⅰ22。输入轴6的外端设置有沿圆周等角度分布的24个孔洞供磁流变液体11通过。

所述液控自调节装置包括信号采集装置和液控自调节装置。

其中，所述信号采集装置包括磁流挡圈24、环形活塞26、活塞弹簧27和力传感器28；磁流挡圈24上设置有供磁流变液体11通过的泄流孔25。位于磁流空腔中的磁流变液体11通过输入轴6上的孔洞进入磁流挡圈24外部形成的空腔，并通过泄流孔25进入环形活塞26左端空腔，环形活塞26右端与活塞弹簧27的一端连接，活塞弹簧27的另一端与力传感器28连接。

所述液控自调节装置分为执行机构和液压油控制装置，执行机构包括液压套筒29、弹簧Ⅱ30、液压活塞31、导向环32、液压密封圈33、液压油34；液压油控制装置包括液控单向阀36、三位四通电磁换向阀37、溢流阀38、液压泵39、油箱40。液压套筒29安装在输出轴18上，一端通过轴肩定位，另一端安装在从动盘23的凹槽内，从动盘23可沿液压套筒29轴线方向移动。液压套筒29内部有安装在输出轴18上的弹簧Ⅱ30，弹簧Ⅱ30的一端与从动盘23接触，紧靠从动盘23，另一端与液压活塞31连接。液压活塞31的外部与液压套筒29接触部分设有导向环32和液压密封圈33。液压活塞31和液压套筒29之间形成的空腔中充斥着液压油34。液压油34通过液压控制孔35与液压油控制装置连接。

所述输出轴18和从动盘23之间通过花键连接，输入轴壳体1和输出轴壳体14之间通过螺钉Ⅱ13固连。

所述密封圈Ⅰ4、密封圈Ⅱ5、输入轴密封圈9、密封圈Ⅲ12和输出轴密封圈19的作用都为防止磁流变液体的泄露。

当离合器处于断开状态时，即电磁线圈3未通电状态下，当液压油34通过液压活塞31和弹簧Ⅱ30传递给从动盘23的力大于弹簧Ⅰ22给予从动盘23的力，从动盘23沿轴线向左移动，磁流空腔中的磁流变液体11厚度变小，磁流变液体11进入所述信号采集装置中，从而导致环形活塞26沿轴线方向向右移动，活塞弹簧27压缩量增大，力传感器28所接收到的力的大小增大，力传感器28将力的信号传递给ECU，ECU将此力与活塞弹簧27力的某一限定上限值作比较，并做出判断后操纵液压油控制装置。当力大于限定上限值时，液压泵39工作，三位四通电磁换向阀37的电磁铁2YA通电，使三位四通电磁换向阀37的右位处于工作位，液压泵39的液压油34通过三位四通电磁换向阀37的右位流经液控单向阀36的控制通道，则使液控单向阀36双向导通，则液压油34通过液压控制孔35流经液控单向阀36进入油箱40，这样液压空腔中的液压油34压力变小，传递给弹簧Ⅱ30的力变小，当力逐渐小于弹簧Ⅰ22传递给从动盘23的力时，从动盘23停止左移；当活塞弹簧27的力不大于限定上限值时，液压泵39不工作，三位四通电磁换向阀37处于中位，液压油34所处工作腔锁止，液压油34压力保持不变，则由于受力从动盘23继续左移，活塞弹簧27的力继续增大，直到此力大于限定上限值，液压油控制装置执行相对应操作。

同理，当弹簧Ⅰ22传递给从动盘23的力大于液压油34通过液压活塞31和弹簧Ⅱ30传递给从动盘23的力时，从动盘23沿轴线方向向右移动，磁流空腔中的磁流变液体11厚度变大，信号采集装置中的环形活塞26沿轴线方向向左移动，活塞弹簧27的压缩量变小，力传感器28所接收到的力的大小减小，力传感器28将力的信号传递给ECU,ECU将此力与活塞弹簧27力的某一限定下限值作比较，并做出判断后操纵液压油控制装置。当力小于限定下限值时，液压泵39工作，三位四通电磁换向阀37的电磁铁1YA通电，使三位四通电磁换向阀37的左位处于工作位，液压泵39的液压油34通过三位四通电磁换向阀37的左位流经液控单向阀36，进入液压控制孔35连接的充满液压油34的液压室，这样液压空腔中的液压油34压力增大，传递给弹簧Ⅱ30的力变大，当力逐渐大于弹簧Ⅰ22传递给从动盘23的力时，从动盘23停止右移；当活塞弹簧27的力不小于限定下限值时，液压泵39不工作，三位四通电磁换向阀37处于中位，液压油34所处工作腔锁止，液压油34压力保持不变，则由于受力从动盘23继续右移，活塞弹簧27的力继续减小，直到此力小于限定下限值，液压油控制装置执行相对应操作。

当磁流空腔中的磁流变液体11厚度变小，即体积变小，输入轴6和从动盘23之间通过磁流变液体11的接合能力相应下降；同样的，当磁流空腔中的磁流变液体11厚度变大，即体积增大，输入轴6和从动盘23之间通过磁流变液体11的接合能力相应增强；基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器的液控自调节装置可保证磁流变液体的体积始终处于能保证离合器正常平稳工作的范围内，保证离合器的接合能力正常稳定，这即实现了离合器的自调节功能。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，其特征在于：由动力传递机构和液控自调节装置构成；

所述动力传递机构包括输入端和输出端，其中，所述输入端包括外端面开有多个孔洞的输入轴(6)和与其转动连接的输入轴壳体(1)，输入轴(6)上装有输入轴端盖(8)；所述输入轴壳体(1)的凹槽内设置环形橡胶块(2)和电磁线圈(3)；所述输出端包括输出轴(18)、与其转动连接的输出轴壳体(14)和与输出轴(18)键连接的从动盘(23)，所述输出轴(18)上装有输出轴端盖(21)；所述输入轴(6)与从动盘(23)之间设置磁流空腔，其内充斥着磁流变液体(11)，且输入轴(6)与从动盘(23)之间连有弹簧Ⅰ(22)；所述输入轴壳体(1)与输出轴壳体(14)相连；

所述液控自调节装置包括信号采集装置和液控自调节装置，其中，所述信号采集装置包括开有泄流孔(25)的磁流挡圈(24)和活塞弹簧(27)，活塞弹簧(27)两端分别与环形活塞(26)和力传感器(28)相连，力传感器(28)与ECU通信连接；所述液控自调节装置分为执行机构和液压油控制装置；所述执行机构包括安装在输出轴(18)上开有液压控制孔(35)的液压套筒(29)，其内部设有安装在输出轴(18)上与液压活塞(31)连接的弹簧Ⅱ(30)；所述液压油控制装置包括液控单向阀(36)、三位四通电磁换向阀(37)和液压泵(39)；

所述磁流变液体(11)由输入轴(6)的孔洞进入磁流挡圈(24)外部空腔，经泄流孔(25)进入环形活塞(26)左侧空腔；所述液压活塞(31)和液压套筒(29)之间的液压室中充斥着液压油(34)，并可通过液压控制孔(35)流入液压油控制装置；所述ECU与分别与液压泵(39)和三位四通电磁换向阀(37)相连，根据力传感器(28)的信号与限定上下限值比较，控制液压泵(39)工作状态以及三位四通电磁换向阀(37)的工作位，进而控制液压油(34)流动对磁流空腔中磁流变液体(11)体积进行自动调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，其特征在于：所述输入轴(6)的孔洞为24个，在输入轴(6)的外端沿圆周等角度分布设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，其特征在于：所述输入轴(6)通过输入轴滚动轴承(10)与输入轴壳体(1)相连，所述输出轴(18)通过输出轴滚动轴承(20)与输出轴壳体(14)相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，其特征在于：所述输入轴端盖(8)通过螺钉Ⅰ(7)与输入轴壳体(1)固定，输出轴端盖(21)通过六角螺母(15)、弹性垫圈(16)和螺栓(17)与输出轴壳体(14)连接，输入轴壳体(1)通过螺钉Ⅱ(13)与输出轴壳体(14)固定。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，其特征在于：所述输入轴壳体(1)与电磁线圈(3)以及输入轴(6)之间分别设有密封圈Ⅰ(4)和密封圈Ⅱ(5)，输入轴(6)与输入轴端盖(8)以及从动盘(23)之间设分别设有输入轴密封圈(9)和密封圈Ⅲ(12)，输出轴(18)与输出轴端盖(21)之间设有输出轴密封圈(19)。

6.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，其特征在于：所述输入轴(6)与从动盘(23)相对的一侧设有多个凹槽，从动盘(23)与输入轴(6)相对的一侧设有多个与输入轴(6)的凹槽形状匹配的凸台，且输入轴(6)和从动盘(23)的中心凸台上连接有弹簧Ⅰ(22)。

7.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，其特征在于：所述液压套筒(29)一端通过轴肩定位，另一端安装在从动盘(23)的凹槽内，所述弹簧Ⅱ(30)的一端紧靠从动盘(23)，另一端与液压活塞(31)连接，液压活塞(31)的外部与液压套筒(29)接触部分设有导向环(32)和液压密封圈(33)。

8.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，其特征在于：当活塞弹簧(27)的力大于限定上限值时，液压泵(39)工作，三位四通电磁换向阀(37)的电磁铁2YA通电，使三位四通电磁换向阀(37)的右位处于工作位，液压泵(39)的液压油通过三位四通电磁换向阀(37)的右位流经液控单向阀(36)的控制通道，则使液控单向阀(36)双向导通，则液压油(34)通过液压控制孔(35)流经液控单向阀(36)进入油箱(40)。

9.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，其特征在于：当活塞弹簧(27)的力小于限定下限值时，液压泵(39)工作，三位四通电磁换向阀(37)的电磁铁1YA通电，使三位四通电磁换向阀(37)的左位处于工作位，液压泵(39)的液压油通过三位四通电磁换向阀(37)的左位流经液控单向阀(36)，进入液压控制孔(35)连接的充满液压油(34)的液压室。

10.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液体的液控自调节矩形离合器，其特征在于：当活塞弹簧(27)的力不小于限定下限值时或当活塞弹簧(27)的力不大于限定上限值时，液压泵(39)不工作，三位四通电磁换向阀(37)处于中位，液压油(34)所处工作腔锁止。

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