带助力结构的操纵杆系统和用于拖拉机的离合器踏板系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种带有助力结构的操纵杆系统，并且更具体地涉及一种用于拖拉机的离合器踏板系统。该系统主要由摇臂和助力弹簧组成，摇臂绕其一端摆动，另一端具有踏板，助力弹簧初始阶段有预应力，其一端连接在摇臂的踏板和铰接端之间的弹簧连接点上，另一端固定于弹簧固定点上。该系统中摇臂枢转轴到弹簧固定点的距离大于摇臂枢转轴到弹簧连接点的距离，并且还大于弹簧连接点至弹簧固定点的距离，沿着垂直于摇臂摆动面的方向观察，摇臂枢转轴与弹簧固定点的连线在摇臂的起始位置和终止位置之间。这样的布置结构能够使弹簧产生的助力力矩更大，同时拓宽了摇臂摆动过程中的助力行程。
【专利说明】带助力结构的操纵杆系统和用于拖拉机的离合器踏板系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种带有助力结构的操纵杆系统，并且更具体地涉及一种用于拖拉机的离合器踏板系统。
【背景技术】
[0002]使用普通助力弹簧为操纵杆系统助力是一种成本低廉的方法，由于机械弹簧的助力效果有限，弹簧助力通常用在所需助力效果比较小的场合，例如在车辆离合器的操纵杆机构中。现有技术中，例如专利号为ZL201320765887.4的实用新型专利公开了使用助力弹簧在与操纵杆通过一定方式连接的机构，操纵杆在实现预期操纵动作的摆动过程中，改变了弹簧施力方向，同时弹簧经历了先蓄力后施力的阶段，使得在弹簧的助力阶段，弹簧力产生的力矩与操纵杆上施加的操作力矩方向一致，从而起到助力的作用。在该专利中，助力弹簧由于是被设置成向下方施加压缩力，其固定在车身上的助力铰链距离摇臂铰链较近，弹簧的压缩力相对与摇臂铰链处不容易得到足够的力臂，摇臂在摆动过程中得到的助力效果不佳。
【发明内容】
[0003]本实用新型旨在提供一种具有弹簧助力结构的操纵杆系统，该操纵杆系统包括:操纵杆和助力弹簧。该操纵杆的一端为铰接端，操纵杆在该铰接端可枢转地铰接在一操纵杆枢转轴上，该操纵杆的另一端为操作端，所述操纵杆在该操作端接受操作人员的操作力；该操纵杆能够围绕所述操纵杆枢转轴在起始位置和终止位置之间枢转，所述起始位置为操纵杆不受操作力作用的位置，所述终止位置为该操纵杆受到操作力作用所能够到达的极限位置；该助力弹簧的一端连接在操纵杆的操作端和铰接端之间的弹簧连接点上，另一端连接在位置固定的弹簧固定点上；本操纵杆系统的特征在于，所述操纵杆枢转轴到弹簧固定点的距离大于操纵杆枢转轴到弹簧连接点的距离，并且还大于弹簧连接点至弹簧固定点的距离；并且，沿着所述操纵杆枢转轴的轴线方向观察，操纵杆处于起始位置时的弹簧连接点与操纵杆处于终止位置时的弹簧连接点位于连接所述操纵杆枢转轴与弹簧固定点的直线的两侧。
[0004]本操纵杆系统的运动过程如下。
[0005]当操纵杆位于起始位置时，助力弹簧处于预压缩状态；在垂直于操纵杆枢转轴轴线的视图平面内，以操纵杆枢转轴为力矩中心，当操纵杆的操作端施加一操作力时，该操作力对操纵杆的操作力矩与助力弹簧对操纵杆的力矩(下文称之为“弹簧力矩”)方向相反，因此在操作力矩推动操纵杆摆动的过程中弹簧被进一步压缩。当操纵杆摆动至操纵杆枢转轴、弹簧连接点、弹簧固定点三点共线的位置时，弹簧施力的方向通过力矩中心，此时的弹簧对操纵杆的弹簧力矩为零，这是操纵杆运动的临界位置。当操作力矩进一步推动操纵杆摆动离开临界位置时，弹簧的压缩力对操纵杆产生力矩，而此后弹簧力矩的方向与操作力矩的方向一致，因此弹簧对操纵杆的摆动起到助力的作用。在本实用新型中，当操纵杆运动终止位置时，弹簧压缩力相对力矩中心的力臂长度要长于弹簧位于初始位置压缩力相对于力矩中心的力臂长度。
[0006]在回程阶段，由于操作力矩的不断减小或者撤除，从终止位置到临界位置的过程中，操纵杆在负载产生的回复力矩的作用下摆动(这里所说的负载是指操纵杆所需要操纵的动作部件，该动作部件中设定有弹性回位元件，能够产生自动回复力)，此时弹簧力矩方向与回复力矩方向相反，起到一定的阻碍作用，在实际的离合器装置中，能起到缓慢接合的作用效果，避免了突然接合产生的冲击和磨损。由于回复力矩的大小要大于弹簧力矩，操纵杆能保持在回复力矩作用下顺利越过临界位置，之后弹簧力矩与回复力矩方向一致，保证了操纵杆顺利回到初始位置，起到了复位的作用。
[0007]相对于现有技术来说，上述操纵杆系统中的弹簧固定点离操纵杆枢转轴的距离变得更大，在弹簧力相对于操纵杆枢转轴形成的力臂直角三角形中，斜边为弹簧的固定点与操纵杆枢转轴之间的连线，转动到相同角度下的情况下，斜边变长，则相应的直角边(即弹簧力矩的力臂长度)也更大大；由此在弹簧随操纵杆摆动的过程中，相同弹簧力作用下获得的力矩也变得更大。
[0008]优选地，在操纵杆系统中，沿着所述操纵杆枢转轴的轴线方向观察(即从垂直于操纵杆摆动面的方向看过去)，所述操纵杆枢转轴和所述弹簧固定点位于所述弹簧连接点摆动所经过的弧线的两侧。
[0009]优选地，在上述的操纵杆系统中，所述助力弹簧在所述起始位置被预设压应力。
[0010]优选地，在上述的操纵杆系统中，沿着所述操纵杆枢转轴的轴线方向观察，当所述操纵杆旋转到所述弹簧连接点、所述操纵杆枢转轴与所述弹簧固定点共线的临界位置时，所述助力弹簧被压缩到最短；并且在所述操纵杆从所述临界位置向所述终止位置摆动的行程中，所述助力弹簧提供将所述操纵杆推向终止位置的助力。
[0011]优选地，在上述的操纵杆系统中，所述助力弹簧为螺旋弹簧。
[0012]本实用新型还公开一种用于拖拉机的离合器踏板系统，其主要包括摇臂以及助力弹簧。该摇臂的一端为铰接端，所述摇臂在该铰接端可枢转地铰接在一摇臂枢转轴上，该摇臂的另一端为踏板，该踏板接受操作人员的操作力；该摇臂能够围绕所述摇臂枢转轴在起始位置和终止位置之间枢转，所述起始位置为所述摇臂不受操作力作用的位置，所述终止位置为该摇臂受到操作力作用所能够到达的极限位置；所述助力弹簧的一端连接在所述摇臂的踏板和铰接端之间的弹簧连接点上，另一端连接在位置固定的弹簧固定点上；其特征在于，所述摇臂枢转轴到所述弹簧固定点的距离大于所述摇臂枢转轴到所述弹簧连接点的距离，并且还大于所述弹簧连接点至所述弹簧固定点的距离；并且，沿着所述摇臂枢转轴的轴线方向观察，摇臂处于起始位置时的弹簧连接点与摇臂处于终止位置时的弹簧连接点位于连接所述摇臂枢转轴与弹簧固定点的直线的两侧。
[0013]优选地，在上述的离合器踏板系统中，沿着所述摇臂枢转轴的轴线方向观察(即从垂直于摇臂摆动面的方向看过去)，所述摇臂枢转轴和所述弹簧固定点位于所述弹簧连接点摆动所经过的弧线的两侧。
[0014]优选地，在上述的离合器踏板系统中，所述助力弹簧在所述起始位置被预设压应力。
[0015]优选地，在上述的离合器踏板系统中，沿着所述摇臂枢转轴的轴线方向观察，当所述摇臂旋转到所述弹簧连接点、所述摇臂枢转轴与所述弹簧固定点共线的临界位置时，所述助力弹簧被压缩到最短；并且在所述摇臂从所述临界位置向所述终止位置摆动的行程中，所述助力弹簧提供将所述摇臂推向终止位置的助力。
[0016]优选地，在上述的离合器踏板系统中，所述助力弹簧为螺旋弹簧。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型一个实施例的操纵杆系统的示意图。
[0018]图2是操纵杆位于起始位置的简化示意图。
[0019]图3是操纵杆位于终止位置的简化示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面详细描述本实用新型的示例性实施例。文中描述的和附图示出的示例性实施例旨在教导本实用新型的原理，使本领域技术人员能够在若干不同环境中和对于若干不同应用实施和使用本实用新型。因此，示例性实施例并不意在、并且不应该被认为是对专利保护的范围的限制性描述。相反，专利保护的范围由所附的权利要求来限定。还应注意的是，附图不是按比例绘制的，并且在整个附图中类似的结构或功能的元件由相同的附图标记表示；并且附图仅是为了便于实施例的描述。
[0021]本实用新型的操纵杆系统的典型构造是拖拉机离合器踏板系统。
[0022]如图1所示的一个拖拉机离合器踏板系统，该系统主要由摇臂I和助力弹簧10组成，其中摇臂I的上端通过摇臂枢转轴2连接到机架或者其上的固定装置(未示出)，并能以此为中心摆动。摇臂I的上端还设置有摇臂连杆11连接，该摇臂连杆11在摇臂I的带动下能够绕摇臂枢转轴2摆动，且该摇臂连杆11与作为负载的离合器拉杆相铰接。在摇臂I的下端有用于踩踏操作的踏板12。如图所示，助力弹簧10的两端分别连接至弹簧固定点4和弹簧连接点3。弹簧连接点3处于摇臂I的中部，助力弹簧10在该弹簧连接点处与摇臂I相铰接。弹簧固定点4位于弹簧连接点3下方的机架或其他固定装置上，助力弹簧10的一端铰接在该弹簧固定点4。
[0023]图2示意性地表示处于起始位置的摇臂，为沿着摇臂枢转轴的轴线方向(即垂直于摇臂摆动面的方向)观察所得。在该图中，摇臂枢转轴2、弹簧固定点4和弹簧连接点3均被简化处理成点，摇臂I被简化处理成一条线，助力弹簧10也以简化的方式示出。
[0024]当摇臂摆动时，其所受力矩的力矩中心为摇臂枢转轴2。处于起始位置的助力弹簧10处于预压缩状态，压缩量占助力弹簧原长的1/3-2/3，弹簧力矩相对力矩中心的力臂为L。当踏板12受操作力作用时，操作力矩的方向与弹簧力矩的方向相反，此时助力弹簧10起到阻碍摇臂转动的作用，可以防止踩踏的误操作。当进一步增大操作力矩使得摇臂摆动到弹簧固定点4、摇臂枢转轴2和弹簧连接点3共线的临界位置时，弹簧10的弹簧力矩由于方向上通过力矩中心而变为零。在操作力矩继续推动下，摇臂I继续顺时针转动并离开临界位置，此时助力弹簧10的弹簧力矩变成与操作力矩方向相同，从而对摇臂施加助力以减轻操作者的操作力。摇臂I从临界位置摆动到终止位置的行程也因此被称为助力行程。
[0025]图3示意性地表示处于终止位置的摇臂。
[0026]对比图2和图3可以看出，摇臂处于终止位置时的弹簧压缩力相对于力矩中心的力臂L比摇臂处于初始位置时弹簧压缩力相对于力矩中心的力臂L要更长。另一方面，从临界位置到终止位置时摇臂摆动的角度明显要大于从起始位置到临界位置时摇臂摆动的角度，由于弹簧10预压缩的缘故，使得助力弹簧的助力阶段得到延长。
[0027] 在回程阶段，由于操作力矩的不断减小或者撤除，从终止位置到临界位置的过程中，摇臂I在回复力矩的作用下摆动，此时助力弹簧10的弹簧力矩方向与回复力矩方向相反，起到一定的阻碍作用，在实际的离合器装置中，能起到缓慢接合的作用效果，避免了突然接合产生的冲击和磨损。由于回复力矩的大小要大于弹簧力矩(撤掉或减小操作力的结果)，摇臂I能保持在回复力矩作用下顺利越过临界位置，之后助力弹簧10的弹簧力矩与回复力矩方向一致，保证了摇臂I顺利回到初始位置，起到了复位的作用。
【权利要求】
1.一种操纵杆系统,包括: 操纵杆，该操纵杆的一端为铰接端，操纵杆在该铰接端可枢转地铰接在一操纵杆枢转轴上，该操纵杆的另一端为操作端，所述操纵杆在该操作端接受操作人员的操作力；该操纵杆能够围绕所述操纵杆枢转轴在起始位置和终止位置之间枢转，所述起始位置为操纵杆不受操作力作用的位置，所述终止位置为该操纵杆受到操作力作用所能够到达的极限位置； 助力弹簧，该助力弹簧的一端连接在操纵杆的操作端和铰接端之间的弹簧连接点上，另一端连接在位置固定的弹簧固定点上； 其特征在于， 所述操纵杆枢转轴到弹簧固定点的距离大于操纵杆枢转轴到弹簧连接点的距离，并且还大于弹簧连接点至弹簧固定点的距离；并且，沿着所述操纵杆枢转轴的轴线方向观察，操纵杆处于起始位置时的弹簧连接点与操纵杆处于终止位置时的弹簧连接点位于连接所述操纵杆枢转轴与弹簧固定点的直线的两侧。
2.如权利要求1所述的操纵杆系统，其特征在于， 沿着所述操纵杆枢转轴的轴线方向观察，所述操纵杆枢转轴和所述弹簧固定点位于所述弹簧连接点摆动所经过的弧线的两侧。
3.如权利要求2所述的操纵杆系统，其特征在于， 所述助力弹簧在所述起始位置被预设压应力。
4.如权利要求3所述的操纵杆系统，其特征在于， 沿着所述操纵杆枢转轴的轴线方向观察，当所述操纵杆旋转到所述弹簧连接点、所述操纵杆枢转轴与所述弹簧固定点共线的临界位置时，所述助力弹簧被压缩到最短；并且在所述操纵杆从所述临界位置向所述终止位置摆动的行程中，所述助力弹簧提供将所述操纵杆推向终止位置的助力。
5.如上述权利要求之一所述的操纵杆系统，其特征在于，所述助力弹簧为螺旋弹簧。
6.一种用于拖拉机的离合器踏板系统，包括: 摇臂，该摇臂的一端为铰接端，所述摇臂在该铰接端可枢转地铰接在一摇臂枢转轴上，该摇臂的另一端为踏板，该踏板接受操作人员的操作力；该摇臂能够围绕所述摇臂枢转轴在起始位置和终止位置之间枢转，所述起始位置为所述摇臂不受操作力作用的位置，所述终止位置为该摇臂受到操作力作用所能够到达的极限位置； 助力弹簧，该助力弹簧的一端连接在所述摇臂的踏板和铰接端之间的弹簧连接点上，另一端连接在位置固定的弹簧固定点上； 其特征在于， 所述摇臂枢转轴到所述弹簧固定点的距离大于所述摇臂枢转轴到所述弹簧连接点的距离，并且还大于所述弹簧连接点至所述弹簧固定点的距离；并且，沿着所述摇臂枢转轴的轴线方向观察，所述摇臂处于起始位置时的弹簧连接点与所述摇臂处于终止位置时的弹簧连接点位于连接所述摇臂枢转轴与弹簧固定点的直线的两侧。
7.如权利要求6所述的离合器踏板系统，其特征在于， 沿着所述摇臂枢转轴的轴线方向观察，所述摇臂枢转轴和所述弹簧固定点位于所述弹簧连接点摆动所经过的弧线的两侧。
8.如权利要求7所述的离合器踏板系统，其特征在于， 所述助力弹簧在所述起始位置被预设压应力。
9.如权利要求8所述的离合器踏板系统，其特征在于， 沿着所述摇臂枢转轴的轴线方向观察，当所述摇臂旋转到所述弹簧连接点、所述摇臂枢转轴与所述弹簧固定点共线的临界位置时，所述助力弹簧被压缩到最短；并且在所述摇臂从所述临界位置向所述终止位置摆动的行程中，所述助力弹簧提供将所述摇臂推向终止位置的助力。
10.如权利要求6-9中任一项所述的离合器踏板系统，其特征在于，所述助力弹簧为螺旋弹簧。
【文档编号】B60K23/02GK203920431SQ201420368576
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】王利军, 薛继勇, 刘文利 申请人:约翰迪尔（天津）有限公司