一种随动自锁节能装置的制作方法

本实用新型涉及一种随动自锁节能装置，用于旋转机构的随动锁止，如线控转向系统，减小保持当前位置的能量消耗，属于汽车、机电领域。

背景技术：

线控转向汽车在转向过程中，经常存在转角恒定在某一位置或极低转角速度转向的工况。通过合理的控制方法可将该工况的电机工作状态离散成单纯驱动汽车到指定角度和保持在该角度下两种离散状态。保持该角度时，电机消耗大量的电能用于克服回正力矩的阻力。如该阻力直接作用在汽车车架上，则可节省电机在该状态的能量消耗，从而实现转向的节能。基于此，在转向电机与转向器之间增加一随动自锁机械装置，实现电机驱动时自动解锁并结合动力，电机停止驱动时自动锁止，则可有效实现转向系统的节能。

目前，类似功能的装置主要是用于升降机系统的常闭抱刹系统，该系统在通电时处于常闭状态，持续消耗电量克服弹簧力，属于能耗较高的装置。本专利采用液力机械原理，借助弹簧实现回位、到位自锁、随动解锁等功能，设计的机构具有结构精巧、紧凑的优点，能根据输入轴动力状态自动实现锁止和解锁，在需要位置锁止的间歇式机械传动、线控转向节能控制等中具有广泛的应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种随动自锁节能装置，使得输入轴输出动力时，输出轴随输入轴转动，输入轴无动力输出处于自由状态时，通过弹簧回位、液压锁止方式将输出轴锁止在当前状态，具有结构精巧、紧凑、成本低、控制与安装方便的优点。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种随动自锁节能装置，也作为液力机械随动抱刹装置使用，包括输入轴、上端盖、阀体、壳体、底盖、输出轴、锁止阀芯、输入轴密封圈、回位弹簧、单向阀芯、叶片，壳体与底盖连接，输出轴由输入端、叶片安装轴颈、输出端整体构成，输出轴的输出端通过壳体的内孔滑动支撑，输出轴的输入端滑动支撑在壳体的端部内孔中，输出轴的输出端并从底盖伸出，

其特征在于：

底盖的内腔、输出轴的输入端、壳体之间是叶片运动腔，壳体的内腔、底盖上加工有一样的导轨曲面，壳体的内腔上在导轨曲面的收缩侧设有阀体安装腔，阀体安装腔中安装有阀体；

多个叶片沿圆周均布设置，叶片的后端部设有弹簧安装轴；输出轴的叶片安装轴颈上沿圆周均布设有叶片导向槽，导向槽上设有径向弹簧安装孔，压缩弹簧安装在径向弹簧安装孔内，压缩弹簧一端与径向弹簧安装孔底部相贴，压缩弹簧另一端套在弹簧安装轴上并顶在叶片后端，保证叶片紧贴在导轨曲面上；输出轴的输入端加工有用于安放输出轴的内凹槽；上端盖连接在壳体上，输入轴通过上端盖滑动支撑，并伸入到输出轴的内凹槽中，输入轴的外圆与输出轴的内凹槽之间构成环形安装腔；输出轴的输入端外圆上设有节流孔、流量孔、阻尼孔（本文采用内部接触面间的液体自泄露作为阻尼孔），单向阀孔与壳体的内孔上加工的环槽形成的油道连通，节流孔、流量孔的内端与内凹槽连通；单向阀孔内安装有单向阀；

输出轴的内凹槽上设有第一凸起部，输出轴上对应设有第二凸起部，回位弹簧安装在环形安装腔中，其两端分别与输出轴、输入轴接触；在输入轴安装位置下方的输出轴端面加工一个球面凹槽，用于和自锁钢球配合形成自锁；

输出轴10上的内凹槽设有偏心孔，用于安装锁止阀芯；输入轴与锁止阀芯通过齿轮传动连接，输入轴转动到与输出轴接触时锁止阀芯转到最大开启位置；输入轴处于中间位置时，锁止阀芯处于关闭状态；阀体内部加工两组不连通的油道，油道一端与连通叶片的液压腔体相连，另一端与输出轴柱面的环形油槽相连，并通过加工在输出轴柱面的该环形油槽和孔与锁止阀芯所在的位置连通，通过锁止阀芯控制这两组油道间的连通或者关断。

输入轴端在中间位置时，输入轴相对输出轴存在一定角度的自由行程，该自由行程与锁止阀芯转动的角度一致；自由行程内转动时，两轴之间的回位弹簧受力推动输出轴轴向转动；自由行程结束后，输入轴的与输出轴接触，传递动力驱动输出轴转动。

当输入轴端无动力处于自由状态时，在回位弹簧的作用下反向转动；此时，该腔体的单向阀打开，增加流体流量，加快输入轴的回位；当输入轴回位到距中间位置一定角度时，另一腔体的流量孔被遮挡，流出液体的流量减小，降低轴的转速，使其惯量无法克服自锁钢球的阻力继续转动；如其克服了该阻力继续转动，回位弹簧与流体共同形成阻力，将其推向自锁钢球可形成自锁的中间位置。

当输入轴端无动力处于自由状态时，在回位弹簧的作用下反向转动。此时，该腔体的单向阀打开，增加流体流量，加快输入轴的回位。当输入轴回位到距中间位置一定角度（如5°）时，另一腔体的流量孔被遮挡，流出液体的流量减小，降低轴的转速，使其惯量无法克服自锁钢球的阻力继续转动。如其克服了该阻力继续转动，回位弹簧与流体共同形成阻力，将其推向自锁钢球可形成自锁的中间位置。

叶片沿环形导轨方向绕轴旋转时，在导轨作用下沿轴径向方向伸缩滑动，改变了叶片驱动的流体的体积，实现了压缩腔和伸张腔的创建。

轴上均布三个方形槽，叶片径向滑动时，可完全缩进凹槽中，沿凹槽方向的圆柱导向孔沿轴向均布以避免干涉。

本实用新型的有益效果：本实用新型结构紧凑，便于安装；根据输入轴的动力状态，利用回位弹簧、锁止阀芯等实现输入轴失去动力时输出轴随动锁止的功能。

附图说明

图1是本实用新型一种随动自锁节能装置的结构示意图。

图2是本实用新型一种随动自锁节能装置的B-B剖面结构示意图。

图3是本实用新型一种随动自锁节能装置的C-C剖面结构示意图。

图4是本实用新型一种随动自锁节能装置的D-D剖面结构示意图。

图5是本实用新型一种随动自锁节能装置的E-E剖面结构示意图。

图6是本实用新型一种随动自锁节能装置的F-F剖面结构示意图。

图7 是本实用新型的三维分解视图。

图8是输出轴的结构示意图。

图9是图9中沿G-G剖面图。

图10是本实用新型中三个叶片的结构示意图。

图11导轨过渡曲线计算原理示意图。

图12导轨过渡曲线计算实例图。

图13是本实用新型在汽车转向器中的使用状态图。

图中所示：1-输入轴；2-上端盖螺栓；3-上端盖；4-自锁弹簧；5-上端盖O型密封圈；6-自锁钢球；7-阀体；8-壳体；9-底盖；10-输出轴；11-输出轴密封O型圈；12-底盖密封圈；13-底盖螺栓；14-叶片弹簧；15-锁止阀芯；16-输入轴密封圈；17-回位弹簧；18-单向阀芯；19-单向阀弹簧；20-叶片；21-叶片；22-叶片；23-节流孔；24-流量孔；T1、T2-流体通道。

具体实施方式

结合图1-图9所示，进一步描述本实用新型如下：一种随动自锁节能装置，包括输入轴1、上端盖螺栓2、上端盖3、自锁弹簧4、上端盖O型密封圈5、自锁钢球6、阀体7、壳体8、底盖9、输出轴10、输出轴密封O型圈11、底盖密封圈12、底盖螺栓13、叶片弹簧14、锁止阀芯15、输入轴密封圈16、回位弹簧17、单向阀芯18、单向阀弹簧19、叶片20、叶片21、叶片22，壳体8与底盖9连接，输出轴10由输入端、叶片安装轴颈、输出端整体构成，输出轴10的输出端通过壳体的内孔滑动支撑，输出轴的输入端滑动支撑在壳体的端部内孔中，输出轴的输出端并从底盖伸出；

底盖9的内腔、输出10轴的输入端、壳体8之间是叶片运动腔，壳体8的内腔、底盖10上加工有一样的导轨曲面，壳体的内腔上在导轨曲面的收缩侧设有阀体安装腔，阀体安装腔中安装有阀体7；

三个叶片（20、21、22）沿圆周均布设置，叶片的后端部设有弹簧安装轴；输出轴的叶片安装轴颈上沿圆周均布设有叶片导向槽，导向槽上设有径向弹簧安装孔，压缩弹簧安装在径向弹簧安装孔内，压缩弹簧一端与径向弹簧安装孔底部相贴，压缩弹簧另一端套在弹簧安装轴上并顶在叶片后端，保证叶片紧贴在导轨曲面上；输出轴10的输入端加工有用于安放输出轴的内凹槽；上端盖5连接在壳体8上，输入轴1通过上端盖5滑动支撑，并伸入到输出轴的内凹槽中，输入轴的外圆与输出轴的内凹槽之间构成环形安装腔；输出轴的输入端外圆上设有节流孔23、流量孔24、单向阀孔与壳体的内孔上加工的环槽形成的油道连通，节流孔23、流量孔24的内端与内凹槽连通，形成油道T1；单向阀孔内安装有单向阀（单向阀芯18、单向阀弹簧19）；

输出轴1的内凹槽上设有第一凸起部B，输出轴上对应设有第二凸起部A，回位弹簧17安装在环形安装腔中，其两端分别与输出轴10、输入轴1接触；在输入轴安装位置下方的输出轴端面加工一个球面凹槽，用于和自锁钢球6和弹簧4配合形成自锁；

输出轴10上的内凹槽设有偏心孔，用于安装锁止阀芯15；输入轴1与锁止阀芯10通过齿轮传动连接（传动比根据需要设计，通常为1∶2或1∶3），输入轴转动到与输出轴接触时锁止阀芯15转到最大开启位置；输入轴处于中间位置时，锁止阀芯15处于关闭状态；阀体内部加工两组不连通的油道，油道一端与连通叶片的液压腔体相连，另一端与输出轴柱面的环形油槽相连，并通过加工在输出轴柱面的该环形油槽和孔与锁止阀芯所在的位置连通，形成液体流通的油道T2，通过锁止阀芯控制这两组油道间的连通或者关断；

在中间位置时，输入轴1相对输出轴10存在一定角度的自由行程，该自由行程与锁止阀芯15转动的角度一致；自由行程内转动时，回位弹簧17受推动输出轴轴向转动。自由行程结束后，输入轴与输出轴贴合，传递动力驱动输出轴转动。

当输入轴端1无动力处于自由状态时，在回位弹簧17的作用下反向转动；此时，该腔体的单向阀芯18上移，单向阀打开，增加流体流量，加快输入轴的回位。当输入轴回位到距中间位置一定角度（如5°）时，另一腔体的流量孔被遮挡，流出液体的流量减小，降低轴的转速，使其惯量无法克服自锁钢球6的阻力继续转动。如其克服了该阻力继续转动，回位弹簧17与流体共同形成阻力，将其推向自锁钢球6可形成自锁的中间位置。

所述叶片沿环形导轨方向绕轴旋转时，在导轨作用下沿轴径向方向伸缩滑动，改变了叶片驱动的流体的体积，实现了压缩腔和伸张腔的创建。

所述多个径向阀芯安装孔在轴向方向是交错设置的，如图10所示，多个叶片（第一叶片7、第二叶片12、第三叶片10）上的弹簧安装轴是与多个径向阀芯安装孔相对应设置的，避免运动干涉，安装干涉，达到容易设置的目的。

如图1、图7所示，在壳体和底盖上均预留有螺栓安装孔，输入轴1输的输入端和出轴10的输出端均预留键连接接口。采用螺栓连接方式将该装置的端盖与旋转机构（如转向器）的壳体固定在一起，采用键连接方式将轴与对应旋转元件固定，则该装置确安装到旋转机构中。当动力源（如电机）驱动输入轴转动时，输入轴驱动阀芯转动，接触锁止，压缩回位弹簧，驱动输出轴转动，输出轴上的叶片在弹簧的作用下紧贴导轨转动，驱动液压油通过油道实现循环。当输入轴无输入动力时，回位弹簧驱动输入轴回中，从而带动阀芯转动到锁止位置，油道中断，叶片被固定在当前位置，实现了输出轴的锁止。

如图11所示，令导轨的最大直径为r₁，过渡曲线的点P(x,y)到原点的距离为，线OP与纵坐标的夹角为，令叶片伸缩方向与过渡曲线法向的夹角为δ，该角度设计成关于的函数，所述导轨的过渡曲线根据期望的的变化规律设计，则可通过图11得到曲线方程为：

；

其中，是自然常数，其值约为2.71828；d是积分表达式中的“微分负号”；

角变化规律采用余弦曲线、抛物线，如角设计为定值，过渡曲线两端需通过圆角过渡。

壳体及端盖的导轨采用数控加工方案加工，曲线采用Matlab数值计算得到；如取，令角的最大值为δ₀，轨迹曲线转过角度为θ₀，设计的曲线分别为余弦曲线（δ₁）、抛物线（δ₂）、定值（δ₃），如下式所示：

取δ₀=20°，θ₀=70°，可得到如图12所示三种不同的导轨过渡曲线（该曲线在Matlab中进行了旋转变换）。

如图13所示，本实用新型一种随动自锁节能装置A2的输入轴与转向电机A1连接，本实用新型一种随动自锁节能装置A2的输出轴与转向拉杆总成A3连接。

本实用新型也可作为液力机械随动抱刹装置使用。