CN113752815A - 一种钢珠涨紧式锁止机构及其尺寸设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于配合机构尺寸设计技术领域，公开了一种钢珠涨紧式锁止机构及其尺寸设计方法，首先确定车身端与电池包端之间的配合公差ε，确定锁销与锁销盒之间的配合间隙ζ；然后预设解锁行程x、钢珠锁止槽的槽深h和钢珠半径r；计算锁体的锥形面倾斜角度α；再确定钢珠保持架最顶面与钢珠锁止槽的槽心之间的高度H、锁销半径R、锁销与钢珠保持架的径向间隙η，并计算钢珠保持架最顶面外径R＇，若R＇‑R＞r‑h成立，则获得满足要求的槽深h和解锁行程x。本发明实现了对钢珠涨紧式锁止机构的尺寸进行精准设计，解锁行程x和锁止槽的槽深h满足锁止机构的强度要求，可以降低锁止机构解锁或锁止的失败概率，提高快换电池的更换效率。

Description

一种钢珠涨紧式锁止机构及其尺寸设计方法

技术领域

本发明涉及配合机构尺寸设计技术领域，尤其涉及一种钢珠涨紧式锁止机构及其尺寸设计方法。

背景技术

为解决电动汽车充电时间过长，影响车主出行的时间安排，以及里程需求等问题，电动汽车能够实现快速换电是目前的一种主流的解决方案。快换电池包是一种应用于电动汽车的、能够实现快速更换的电池包，与固定式电池包不同，快换电池包能够快速实现车包分离，其中锁止机构是实现车包连接与分离的重要部件。

常用的锁止机构包括钢珠涨紧式锁止机构，受到钢珠及其相关联零部件的结构和尺寸设计精度等的影响，锁止机构在解锁和锁止时经常出现卡顿，导致解锁或锁止失败概率大，影响快换电池包的更换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢珠涨紧式锁止机构及其尺寸设计方法，以对钢珠涨紧式锁止机构的尺寸进行精准设计，解决锁止机构解锁或锁止失败概率大，影响快换电池包的更换效率的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种钢珠涨紧式锁止机构的尺寸设计方法，包括如下步骤：

S1，确定车身端与电池包端的平面接触面之间的配合公差ε，确定锁销与锁销盒之间的配合间隙ζ；

S2，预设解锁行程x,ε-ζ≤x≤h＇，其中，h＇为钢珠保持架下落的最大位移；预设钢珠锁止槽的槽深h和钢珠半径r，且h＜r；

S3，计算锁体的锥形面倾斜角度α，满足公式：tanα=x/h；

S4，确定所述钢珠保持架最顶面与所述钢珠锁止槽的槽心之间的高度H、所述锁销半径R、所述锁销与所述钢珠保持架的径向间隙η；

S5，计算所述钢珠保持架最顶面外径R＇；

S6，判断R＇-R＞r-h是否成立，若是，则获得满足要求的槽深h和解锁行程x。

可选地，步骤S5中所述钢珠保持架最顶面外径R＇为：R＇=（r/sinα）+r-（H/tanα）。

可选地，所述钢珠涨紧式锁止机构的尺寸设计方法，还包括步骤S7，如果R＇-R＞r-h不成立，则调整所述槽深h和所述解锁行程x，并返回步骤S2。

可选地，所述钢珠涨紧式锁止机构的尺寸设计方法，还包括步骤S8，根据所述槽深h和所述解锁行程x，通过有限元计算锁止机构的强度，如果所述强度满足要求则结束，否则调整所述槽深h和所述解锁行程x，并返回步骤S2。

可选地，步骤S4中，所述径向间隙η＞0。

本发明还提供一种钢珠涨紧式锁止机构，包括：

锁销盒，固定设置；

锁销，一端设置在所述锁销盒内并与所述锁销盒的顶部内侧壁之间设有配合间隙ζ，另一端设有钢珠锁止槽，槽深为h；

锁体，所述锁体内设置有锥形面内孔，锥形面倾斜角度α满足公式：tanα=x/h，x为解锁行程；

钢珠保持架，设于所述锥形面内孔，所述钢珠保持架的顶部设有钢珠容置槽，所述钢珠设于所述钢珠容置槽内，所述钢珠保持架能够套设所述锁销并使得所述钢珠锁止槽与所述钢珠相卡接实现锁止；所述锁销的半径R和所述钢珠保持架最顶面外径R＇之间满足：R＇-R＞r-h，η为所述锁销与所述钢珠保持架的径向间隙，η＞0。

可选地，所述钢珠涨紧式锁止机构还包括弹性件，所述弹性件设于所述锁体的顶部并与所述锁体卡接，所述弹性件能够抵接于所述锁销盒和所述锁体。

可选地，所述钢珠涨紧式锁止机构还包括底座，所述底座可拆卸式连接所述锁体的底端，所述底座设有轴向通孔，所述钢珠保持架的顶端止抵于所述锁体，底端穿设在所述轴向通孔内。

可选地，所述钢珠涨紧式锁止机构还包括复位弹簧，所述复位弹簧套设在所述钢珠保持架上且所述复位弹簧的两端分别止抵于所述钢珠保持架和所述底座。

可选地，所述钢珠保持架最顶面外径R＇、所述钢珠保持架最顶面与所述钢珠锁止槽的槽心之间的高度H、所述钢珠半径r和所述锥形面倾斜角度α之间满足：

R＇=（r/sinα）+r-（H/tanα）。

本发明的有益效果：

本发明的一种钢珠涨紧式锁止机构及其尺寸设计方法，实现了对钢珠涨紧式锁止机构的尺寸进行精准设计；通过对解锁行程和钢珠锁止槽的槽深的调整和设计，使钢珠保持架的最顶面外径与锁销半径之间满足尺寸设计要求，同时，通过有限元计算锁止机构的强度，使其满足强度要求。

通过本发明的一种钢珠涨紧式锁止机构的尺寸设计方法得到的一种钢珠涨紧式锁止机构，可以降低锁止机构解锁或锁止的失败概率，提高快换电池包的更换效率。

附图说明

图1是本发明提供的一种钢珠涨紧式锁止机构的尺寸设计方法流程图；

图2是本发明提供的一种钢珠涨紧式锁止机构的部分结构示意图；

图3是本发明提供的一种钢珠涨紧式锁止机构中相关尺寸设计参数示意图。

图中：

1.锁销盒；2.锁销；21.钢珠锁止槽；3.锁体；31.锥形面内孔；4.钢珠保持架；41.钢珠容置槽；5.钢珠；6.弹性件；7.底座；71.连接孔；8.复位弹簧。

具体实施方式

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。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。术语“多个”应该理解为两个以上。

本发明首先提供一种钢珠涨紧式锁止机构，并对该钢珠涨紧式锁止机构进行尺寸设计，通过对钢珠涨紧式锁止机构的尺寸进行精准设计，得到的新的钢珠涨紧式锁止机构，解决了锁止机构解锁或锁止失败概率大，影响快换电池包的更换效率的问题。

如图2所示，一种钢珠涨紧式锁止机构，包括锁销盒1、锁销2、锁体3和钢珠保持架4，锁销盒1与锁体3中，一个设置在车身端，另一个设置在电池包端，通过锁销盒1与锁体3的相对运动和锁止关系，实现电池包与车身的解锁和锁止。本实施例以锁销盒1固定设置在车身端为例，锁体3设置在电池包端。锁销2的一端（设有径向凸出的头部）设置在锁销盒1内，另一端设有钢珠锁止槽21，槽深为h；锁体3内设有锥形面内孔31；钢珠保持架4设于锁体3的锥形面内孔31内，钢珠保持架4的顶部设有钢珠容置槽41，钢珠5设于钢珠容置槽41内，钢珠保持架4能够套设锁销2并使得钢珠锁止槽21与钢珠5相卡接实现锁止，以及使得钢珠锁止槽21与钢珠5相分离实现解锁。

可选地，钢珠涨紧式锁止机构还包括弹性件6，弹性件6设于锁体3的顶部并与锁体3连接，本实施例为卡接，弹性件6能够抵接于锁销盒1和锁体3之间。当锁销盒1固定设置在车身端时，弹性件6的两端分别止抵于车身端和锁体3，避免锁体3在解锁和锁止的过程中与车身端发生明显碰撞和磨损等。弹性件6优选为弹簧或弹性垫圈等弹性变形体。

可选地，钢珠涨紧式锁止机构还包括底座7，底座7可拆卸式连接锁体3的底端，底座7设有轴向通孔，钢珠保持架4的顶端止抵于锁体3，底端穿设在底座7的轴向通孔内，并能够沿轴向方向在该轴向通孔内滑动。底座7绕轴向通孔设有多个连接孔71，多个螺栓穿过连接孔71螺纹连接锁体3实现底座7与锁体3之间可拆卸式连接，便于安装和维修维护。

可选地，钢珠涨紧式锁止机构还包括复位弹簧8，复位弹簧8套设在钢珠保持架4上且复位弹簧8的两端分别止抵于钢珠保持架4和底座7。复位弹簧8利于锁止机构在解锁时迅速复位。

上述提供的钢珠涨紧式锁止机构，基本原理为通过底座7带动锁体3压紧弹性件6，同时，底座7压缩复位弹簧8并带动钢珠保持架4和钢珠5朝向锁销2移动，直到钢珠5与锁销2上的钢珠锁止槽21相配合锁止；解锁时，锁体3先向上移动，待锁体3的锥形面内孔31内可容纳空间增大到容纳钢珠5时，锁止机构下方有磁吸结构，此时，磁吸钢珠保持架4，将钢珠5向下移动并脱离钢珠锁止槽21，完成解锁。需要说明的是，磁吸结构为锁止机构的常规设置结构，本文不再展开赘述。

可以理解，锁销2和钢珠保持架4之间的间隙设置会影响二者的同轴度，进而影响解锁和锁止过程的摩擦磨损情况，设置不准确，容易出现解锁或锁止失败的情况，影响快换电池包的更换速度。由于锁体3内设有锥形面内孔31，因此锥形面内孔31与钢珠保持架4的外侧壁之间的配合关系也是需要重点考虑的影响因素，影响因素还包括钢珠容置槽41的上下端面的外侧壁与锥形面内孔31的配合关系以及钢珠5的解锁行程x等。可见，钢珠涨紧式锁止机构的内部尺寸需要准确设计，其对锁止机构能否顺利解锁和锁止及锁止机构强度有重要影响。

为了对钢珠涨紧式锁止机构的尺寸进行精准设计，解决锁止机构解锁或锁止失败概率大，影响快换电池包的更换效率的问题。本发明提供一种钢珠涨紧式锁止机构的尺寸设计方法，如图1-图3所示，包括如下步骤：

S1，确定车身端与电池包端的平面接触面之间的配合公差ε，确定锁销2与锁销盒1之间的配合间隙ζ；

S2，预设解锁行程x,ε-ζ≤x≤h＇，其中，h＇为钢珠保持架4下落的最大位移；预设钢珠锁止槽21的槽深h和钢珠5半径r，且h＜r；

S3，计算锁体3的锥形面内孔31的锥形面倾斜角度α，满足公式：tanα=x/h；即该锥形面在钢珠5解锁过程中，时刻保持紧贴钢珠5。

S4，确定钢珠保持架4最顶面与钢珠锁止槽21的槽心之间的高度H、锁销2半径R、锁销2与钢珠保持架4的径向间隙η；

S5，计算钢珠保持架4最顶面外径R＇；也是钢珠容置槽41的顶部环结构的最外端的半径。钢珠保持架4最顶面外径R＇为：R＇=（r/sinα）+r-（H/tanα）。

S6，判断R＇-R＞r-h是否成立，若是，则获得满足要求的槽深h和解锁行程x。

本发明的一种钢珠涨紧式锁止机构的尺寸设计方法，实现了对钢珠涨紧式锁止机构的尺寸进行精准设计；以R＇-R＞r-h为判断依据，确保钢珠5与钢珠保持架4的钢珠容置槽41的槽孔上下均有限位；η＞0mm，便于锁销2在轴向方向与锁体3之间顺畅相对运动，本发明通过对解锁行程x和钢珠锁止槽21的槽深h的调整和设计，使其可以满足锁止机构的强度要求，同时，钢珠保持架4的最顶面外径R＇与锁销2半径R之间满足尺寸设计要求，可以降低锁止机构解锁或锁止的失败概率，提高快换电池包的更换效率。

可选地，钢珠涨紧式锁止机构的尺寸设计方法，还包括步骤S7，如果R＇-R＞r-h不成立，即R＇-R≤r-h，则调整槽深h和解锁行程x，并返回步骤S2。

本发明的实施例中，槽深h和解锁行程x在各自的数值选取范围内可以预先给出多个数组的组合，当一个组合不满足要求时，可以调整槽深h和解锁行程x为另一个组合，直至得到满足要求的组合，便于提高尺寸设计的计算速度。当然，在计算速度允许的情况下，可以设置尽量多的满足尺寸精度要求的组合，以便于得到满足要求的钢珠涨紧式锁止机构能够更适于加工和组装等。

可选地，钢珠涨紧式锁止机构的尺寸设计方法，还包括步骤S8，根据槽深h和解锁行程x，通过有限元计算锁止机构的强度，如果强度满足要求则结束，否则调整槽深h和解锁行程x，并返回步骤S2。

本步骤S8中，对于满足R＇-R＞r-h条件的槽深h和解锁行程x组合，还需要进一步对该组合下的锁止机构的强度进行计算，进而得到最终的尺寸组合，使钢珠保持架4的最顶面外径与锁销2半径之间满足尺寸设计要求的同时，通过有限元计算锁止机构的强度，使其满足强度要求，能够更精准的实现解锁和锁止的过程，且强度可靠。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢珠涨紧式锁止机构的尺寸设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，确定车身端与电池包端的平面接触面之间的配合公差ε，确定锁销（2）与锁销盒（1）之间的配合间隙ζ；

S2，预设解锁行程x,ε-ζ≤x≤h＇，其中，h＇为钢珠保持架（4）下落的最大位移；预设钢珠锁止槽（21）的槽深h和钢珠（5）半径r，且h＜r；

S3，计算锁体（3）的锥形面倾斜角度α，满足公式：tanα=x/h；

S4，确定所述钢珠保持架（4）最顶面与所述钢珠锁止槽（21）的槽心之间的高度H、所述锁销（2）半径R、所述锁销（2）与所述钢珠保持架（4）的径向间隙η；

S5，计算所述钢珠保持架（4）最顶面外径R＇；

S6，判断R＇-R＞r-h是否成立，若是，则获得满足要求的槽深h和解锁行程x。

2.根据权利要求1所述的钢珠涨紧式锁止机构的尺寸设计方法，其特征在于，步骤S5中所述钢珠保持架（4）最顶面外径R＇为：R＇=（r/sinα）+r-（H/tanα）。

3.根据权利要求1所述的钢珠涨紧式锁止机构的尺寸设计方法，其特征在于，还包括步骤S7，如果R＇-R＞r-h不成立，则调整所述槽深h和所述解锁行程x，并返回步骤S2。

4.根据权利要求3所述的钢珠涨紧式锁止机构的尺寸设计方法，其特征在于，还包括步骤S8，根据所述槽深h和所述解锁行程x，通过有限元计算锁止机构的强度，如果所述强度满足要求则结束，否则调整所述槽深h和所述解锁行程x，并返回步骤S2。

5.根据权利要求1所述的钢珠涨紧式锁止机构的尺寸设计方法，其特征在于，步骤S4中，η＞0。

6.一种钢珠涨紧式锁止机构，其特征在于，包括：

锁销盒（1），固定设置；

锁销（2），一端设置在所述锁销盒（1）内并与所述锁销盒（1）的顶部内侧壁之间设有配合间隙ζ，另一端设有钢珠锁止槽（21），槽深为h；

锁体（3），所述锁体（3）内设置有锥形面内孔（31），锥形面倾斜角度α满足公式：tanα=x/h，x为解锁行程；

钢珠保持架（4），设于所述锥形面内孔（31），所述钢珠保持架（4）的顶部设有钢珠容置槽（41），钢珠（5）设于所述钢珠容置槽（41）内，所述钢珠保持架（4）能够套设所述锁销（2）并使得所述钢珠锁止槽（21）与所述钢珠（5）相卡接实现锁止；所述锁销（2）的半径R和所述钢珠保持架（4）最顶面外径R＇之间满足：R＇-R＞r-h，η为所述锁销（2）与所述钢珠保持架（4）的径向间隙，η＞0。

7.根据权利要求6所述的钢珠涨紧式锁止机构，其特征在于，还包括弹性件（6），所述弹性件（6）设于所述锁体（3）的顶部并与所述锁体（3）卡接，所述弹性件（6）能够抵接于所述锁销盒（1）和所述锁体（3）。

8.根据权利要求6所述的钢珠涨紧式锁止机构，其特征在于，还包括底座（7），所述底座（7）可拆卸式连接所述锁体（3）的底端，所述底座（7）设有轴向通孔，所述钢珠保持架（4）的顶端止抵于所述锁体（3），底端穿设在所述轴向通孔内。

9.根据权利要求8所述的钢珠涨紧式锁止机构，其特征在于，还包括复位弹簧（8），所述复位弹簧（8）套设在所述钢珠保持架（4）上且所述复位弹簧（8）的两端分别止抵于所述钢珠保持架（4）和所述底座（7）。

10.根据权利要求6所述的钢珠涨紧式锁止机构，其特征在于，所述钢珠保持架（4）最顶面外径R＇、所述钢珠保持架（4）最顶面与所述钢珠锁止槽（21）的槽心之间的高度H、所述钢珠（5）半径r和所述锥形面倾斜角度α之间满足：

R＇=（r/sinα）+r-（H/tanα）。

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