本發(fā)明涉及一種隨動自鎖節(jié)能裝置，用于旋轉(zhuǎn)機構的隨動鎖止，如線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，減小保持當前位置的能量消耗，屬于汽車、機電領域。

背景技術：

線控轉(zhuǎn)向汽車在轉(zhuǎn)向過程中，經(jīng)常存在轉(zhuǎn)角恒定在某一位置或極低轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)向的工況。通過合理的控制方法可將該工況的電機工作狀態(tài)離散成單純驅(qū)動汽車到指定角度和保持在該角度下兩種離散狀態(tài)。保持該角度時，電機消耗大量的電能用于克服回正力矩的阻力。如該阻力直接作用在汽車車架上，則可節(jié)省電機在該狀態(tài)的能量消耗，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的節(jié)能?；诖?，在轉(zhuǎn)向電機與轉(zhuǎn)向器之間增加一隨動自鎖機械裝置，實現(xiàn)電機驅(qū)動時自動解鎖并結(jié)合動力，電機停止驅(qū)動時自動鎖止，則可有效實現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的節(jié)能。

目前，類似功能的裝置主要是用于升降機系統(tǒng)的常閉抱剎系統(tǒng)，該系統(tǒng)在通電時處于常閉狀態(tài)，持續(xù)消耗電量克服彈簧力，屬于能耗較高的裝置。本專利采用液力機械原理，借助彈簧實現(xiàn)回位、到位自鎖、隨動解鎖等功能，設計的機構具有結(jié)構精巧、緊湊的優(yōu)點，能根據(jù)輸入軸動力狀態(tài)自動實現(xiàn)鎖止和解鎖，在需要位置鎖止的間歇式機械傳動、線控轉(zhuǎn)向節(jié)能控制等中具有廣泛的應用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種隨動自鎖節(jié)能裝置，使得輸入軸輸出動力時，輸出軸隨輸入軸轉(zhuǎn)動，輸入軸無動力輸出處于自由狀態(tài)時，通過彈簧回位、液壓鎖止方式將輸出軸鎖止在當前狀態(tài)，具有結(jié)構精巧、緊湊、成本低、控制與安裝方便的優(yōu)點。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是：一種隨動自鎖節(jié)能裝置，也作為液力機械隨動抱剎裝置使用，包括輸入軸、上端蓋、閥體、殼體、底蓋、輸出軸、鎖止閥芯、輸入軸密封圈、回位彈簧、單向閥芯、葉片，殼體與底蓋連接，輸出軸由輸入端、葉片安裝軸頸、輸出端整體構成，輸出軸的輸出端通過殼體的內(nèi)孔滑動支撐，輸出軸的輸入端滑動支撐在殼體的端部內(nèi)孔中，輸出軸的輸出端并從底蓋伸出，

其特征在于：

底蓋的內(nèi)腔、輸出軸的輸入端、殼體之間是葉片運動腔，殼體的內(nèi)腔、底蓋上加工有一樣的導軌曲面，殼體的內(nèi)腔上在導軌曲面的收縮側(cè)設有閥體安裝腔，閥體安裝腔中安裝有閥體；

多個葉片沿圓周均布設置，葉片的后端部設有彈簧安裝軸；輸出軸的葉片安裝軸頸上沿圓周均布設有葉片導向槽，導向槽上設有徑向彈簧安裝孔，壓縮彈簧安裝在徑向彈簧安裝孔內(nèi)，壓縮彈簧一端與徑向彈簧安裝孔底部相貼，壓縮彈簧另一端套在彈簧安裝軸上并頂在葉片后端，保證葉片緊貼在導軌曲面上；輸出軸的輸入端加工有用于安放輸出軸的內(nèi)凹槽；上端蓋連接在殼體上，輸入軸通過上端蓋滑動支撐，并伸入到輸出軸的內(nèi)凹槽中，輸入軸的外圓與輸出軸的內(nèi)凹槽之間構成環(huán)形安裝腔；輸出軸的輸入端外圓上設有節(jié)流孔、流量孔、阻尼孔（本文采用內(nèi)部接觸面間的液體自泄露作為阻尼孔），單向閥孔與殼體的內(nèi)孔上加工的環(huán)槽形成的油道連通，節(jié)流孔、流量孔的內(nèi)端與內(nèi)凹槽連通；單向閥孔內(nèi)安裝有單向閥；

輸出軸的內(nèi)凹槽上設有第一凸起部，輸出軸上對應設有第二凸起部，回位彈簧安裝在環(huán)形安裝腔中，其兩端分別與輸出軸、輸入軸接觸；在輸入軸安裝位置下方的輸出軸端面加工一個球面凹槽，用于和自鎖鋼球配合形成自鎖；

輸出軸10上的內(nèi)凹槽設有偏心孔，用于安裝鎖止閥芯；輸入軸與鎖止閥芯通過齒輪傳動連接，輸入軸轉(zhuǎn)動到與輸出軸接觸時鎖止閥芯轉(zhuǎn)到最大開啟位置；輸入軸處于中間位置時，鎖止閥芯處于關閉狀態(tài)；閥體內(nèi)部加工兩組不連通的油道，油道一端與連通葉片的液壓腔體相連，另一端與輸出軸柱面的環(huán)形油槽相連，并通過加工在輸出軸柱面的該環(huán)形油槽和孔與鎖止閥芯所在的位置連通，通過鎖止閥芯控制這兩組油道間的連通或者關斷。

輸入軸端在中間位置時，輸入軸相對輸出軸存在一定角度的自由行程，該自由行程與鎖止閥芯轉(zhuǎn)動的角度一致；自由行程內(nèi)轉(zhuǎn)動時，兩軸之間的回位彈簧受力推動輸出軸軸向轉(zhuǎn)動；自由行程結(jié)束后，輸入軸的與輸出軸接觸，傳遞動力驅(qū)動輸出軸轉(zhuǎn)動。

當輸入軸端無動力處于自由狀態(tài)時，在回位彈簧的作用下反向轉(zhuǎn)動；此時，該腔體的單向閥打開，增加流體流量，加快輸入軸的回位；當輸入軸回位到距中間位置一定角度時，另一腔體的流量孔被遮擋，流出液體的流量減小，降低軸的轉(zhuǎn)速，使其慣量無法克服自鎖鋼球的阻力繼續(xù)轉(zhuǎn)動；如其克服了該阻力繼續(xù)轉(zhuǎn)動，回位彈簧與流體共同形成阻力，將其推向自鎖鋼球可形成自鎖的中間位置。

當輸入軸端無動力處于自由狀態(tài)時，在回位彈簧的作用下反向轉(zhuǎn)動。此時，該腔體的單向閥打開，增加流體流量，加快輸入軸的回位。當輸入軸回位到距中間位置一定角度（如5°）時，另一腔體的流量孔被遮擋，流出液體的流量減小，降低軸的轉(zhuǎn)速，使其慣量無法克服自鎖鋼球的阻力繼續(xù)轉(zhuǎn)動。如其克服了該阻力繼續(xù)轉(zhuǎn)動，回位彈簧與流體共同形成阻力，將其推向自鎖鋼球可形成自鎖的中間位置。

葉片沿環(huán)形導軌方向繞軸旋轉(zhuǎn)時，在導軌作用下沿軸徑向方向伸縮滑動，改變了葉片驅(qū)動的流體的體積，實現(xiàn)了壓縮腔和伸張腔的創(chuàng)建。

軸上均布三個方形槽，葉片徑向滑動時，可完全縮進凹槽中，沿凹槽方向的圓柱導向孔沿軸向均布以避免干涉。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明結(jié)構緊湊，便于安裝；根據(jù)輸入軸的動力狀態(tài)，利用回位彈簧、鎖止閥芯等實現(xiàn)輸入軸失去動力時輸出軸隨動鎖止的功能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種隨動自鎖節(jié)能裝置的結(jié)構示意圖。

圖2是本發(fā)明一種隨動自鎖節(jié)能裝置的b-b剖面結(jié)構示意圖。

圖3是本發(fā)明一種隨動自鎖節(jié)能裝置的c-c剖面結(jié)構示意圖。

圖4是本發(fā)明一種隨動自鎖節(jié)能裝置的d-d剖面結(jié)構示意圖。

圖5是本發(fā)明一種隨動自鎖節(jié)能裝置的e-e剖面結(jié)構示意圖。

圖6是本發(fā)明一種隨動自鎖節(jié)能裝置的f-f剖面結(jié)構示意圖。

圖7是本發(fā)明的三維分解視圖。

圖8是輸出軸的結(jié)構示意圖。

圖9是圖9中沿g-g剖面圖。

圖10是本發(fā)明中三個葉片的結(jié)構示意圖。

圖11導軌過渡曲線計算原理示意圖。

圖12導軌過渡曲線計算實例圖。

圖13是本發(fā)明在汽車轉(zhuǎn)向器中的使用狀態(tài)圖。

圖中所示：1-輸入軸；2-上端蓋螺栓；3-上端蓋；4-自鎖彈簧；5-上端蓋o型密封圈；6-自鎖鋼球；7-閥體；8-殼體；9-底蓋；10-輸出軸；11-輸出軸密封o型圈；12-底蓋密封圈；13-底蓋螺栓；14-葉片彈簧；15-鎖止閥芯；16-輸入軸密封圈；17-回位彈簧；18-單向閥芯；19-單向閥彈簧；20-葉片；21-葉片；22-葉片；23-節(jié)流孔；24-流量孔；t1、t2-流體通道。

具體實施方式

結(jié)合圖1-圖9所示，進一步描述本發(fā)明如下：一種隨動自鎖節(jié)能裝置，包括輸入軸1、上端蓋螺栓2、上端蓋3、自鎖彈簧4、上端蓋o型密封圈5、自鎖鋼球6、閥體7、殼體8、底蓋9、輸出軸10、輸出軸密封o型圈11、底蓋密封圈12、底蓋螺栓13、葉片彈簧14、鎖止閥芯15、輸入軸密封圈16、回位彈簧17、單向閥芯18、單向閥彈簧19、葉片20、葉片21、葉片22，殼體8與底蓋9連接，輸出軸10由輸入端、葉片安裝軸頸、輸出端整體構成，輸出軸10的輸出端通過殼體的內(nèi)孔滑動支撐，輸出軸的輸入端滑動支撐在殼體的端部內(nèi)孔中，輸出軸的輸出端并從底蓋伸出；

底蓋9的內(nèi)腔、輸出10軸的輸入端、殼體8之間是葉片運動腔，殼體8的內(nèi)腔、底蓋10上加工有一樣的導軌曲面，殼體的內(nèi)腔上在導軌曲面的收縮側(cè)設有閥體安裝腔，閥體安裝腔中安裝有閥體7；

三個葉片（20、21、22）沿圓周均布設置，葉片的后端部設有彈簧安裝軸；輸出軸的葉片安裝軸頸上沿圓周均布設有葉片導向槽，導向槽上設有徑向彈簧安裝孔，壓縮彈簧安裝在徑向彈簧安裝孔內(nèi)，壓縮彈簧一端與徑向彈簧安裝孔底部相貼，壓縮彈簧另一端套在彈簧安裝軸上并頂在葉片后端，保證葉片緊貼在導軌曲面上；輸出軸10的輸入端加工有用于安放輸出軸的內(nèi)凹槽；上端蓋5連接在殼體8上，輸入軸1通過上端蓋5滑動支撐，并伸入到輸出軸的內(nèi)凹槽中，輸入軸的外圓與輸出軸的內(nèi)凹槽之間構成環(huán)形安裝腔；輸出軸的輸入端外圓上設有節(jié)流孔23、流量孔24、單向閥孔與殼體的內(nèi)孔上加工的環(huán)槽形成的油道連通，節(jié)流孔23、流量孔24的內(nèi)端與內(nèi)凹槽連通，形成油道t1；單向閥孔內(nèi)安裝有單向閥（單向閥芯18、單向閥彈簧19）；

輸出軸1的內(nèi)凹槽上設有第一凸起部b，輸出軸上對應設有第二凸起部a，回位彈簧17安裝在環(huán)形安裝腔中，其兩端分別與輸出軸10、輸入軸1接觸；在輸入軸安裝位置下方的輸出軸端面加工一個球面凹槽，用于和自鎖鋼球6和彈簧4配合形成自鎖；

輸出軸10上的內(nèi)凹槽設有偏心孔，用于安裝鎖止閥芯15；輸入軸1與鎖止閥芯10通過齒輪傳動連接（傳動比根據(jù)需要設計，通常為1∶2或1∶3），輸入軸轉(zhuǎn)動到與輸出軸接觸時鎖止閥芯15轉(zhuǎn)到最大開啟位置；輸入軸處于中間位置時，鎖止閥芯15處于關閉狀態(tài)；閥體內(nèi)部加工兩組不連通的油道，油道一端與連通葉片的液壓腔體相連，另一端與輸出軸柱面的環(huán)形油槽相連，并通過加工在輸出軸柱面的該環(huán)形油槽和孔與鎖止閥芯所在的位置連通，形成液體流通的油道t2，通過鎖止閥芯控制這兩組油道間的連通或者關斷；

在中間位置時，輸入軸1相對輸出軸10存在一定角度的自由行程，該自由行程與鎖止閥芯15轉(zhuǎn)動的角度一致；自由行程內(nèi)轉(zhuǎn)動時，回位彈簧17受推動輸出軸軸向轉(zhuǎn)動。自由行程結(jié)束后，輸入軸與輸出軸貼合，傳遞動力驅(qū)動輸出軸轉(zhuǎn)動。

當輸入軸端1無動力處于自由狀態(tài)時，在回位彈簧17的作用下反向轉(zhuǎn)動；此時，該腔體的單向閥芯18上移，單向閥打開，增加流體流量，加快輸入軸的回位。當輸入軸回位到距中間位置一定角度（如5°）時，另一腔體的流量孔被遮擋，流出液體的流量減小，降低軸的轉(zhuǎn)速，使其慣量無法克服自鎖鋼球6的阻力繼續(xù)轉(zhuǎn)動。如其克服了該阻力繼續(xù)轉(zhuǎn)動，回位彈簧17與流體共同形成阻力，將其推向自鎖鋼球6可形成自鎖的中間位置。

所述葉片沿環(huán)形導軌方向繞軸旋轉(zhuǎn)時，在導軌作用下沿軸徑向方向伸縮滑動，改變了葉片驅(qū)動的流體的體積，實現(xiàn)了壓縮腔和伸張腔的創(chuàng)建。

所述多個徑向閥芯安裝孔在軸向方向是交錯設置的，如圖10所示，多個葉片（第一葉片7、第二葉片12、第三葉片10）上的彈簧安裝軸是與多個徑向閥芯安裝孔相對應設置的，避免運動干涉，安裝干涉，達到容易設置的目的。

如圖1、圖7所示，在殼體和底蓋上均預留有螺栓安裝孔，輸入軸1輸?shù)妮斎攵撕统鲚S10的輸出端均預留鍵連接接口。采用螺栓連接方式將該裝置的端蓋與旋轉(zhuǎn)機構（如轉(zhuǎn)向器）的殼體固定在一起，采用鍵連接方式將軸與對應旋轉(zhuǎn)元件固定，則該裝置確安裝到旋轉(zhuǎn)機構中。當動力源（如電機）驅(qū)動輸入軸轉(zhuǎn)動時，輸入軸驅(qū)動閥芯轉(zhuǎn)動，接觸鎖止，壓縮回位彈簧，驅(qū)動輸出軸轉(zhuǎn)動，輸出軸上的葉片在彈簧的作用下緊貼導軌轉(zhuǎn)動，驅(qū)動液壓油通過油道實現(xiàn)循環(huán)。當輸入軸無輸入動力時，回位彈簧驅(qū)動輸入軸回中，從而帶動閥芯轉(zhuǎn)動到鎖止位置，油道中斷，葉片被固定在當前位置，實現(xiàn)了輸出軸的鎖止。

如圖11所示，令導軌的最大直徑為r1，過渡曲線的點p(x,y)到原點的距離為，線op與縱坐標的夾角為，令葉片伸縮方向與過渡曲線法向的夾角為δ，該角度設計成關于的函數(shù)，所述導軌的過渡曲線根據(jù)期望的的變化規(guī)律設計，則可通過圖11得到曲線方程為：

；

其中，是自然常數(shù)，其值約為2.71828；d是積分表達式中的“微分負號”；

角變化規(guī)律采用余弦曲線、拋物線，如角設計為定值，過渡曲線兩端需通過圓角過渡。

殼體及端蓋的導軌采用數(shù)控加工方案加工，曲線采用matlab數(shù)值計算得到；如取，令角的最大值為δ0，軌跡曲線轉(zhuǎn)過角度為θ0，設計的曲線分別為余弦曲線（δ1）、拋物線（δ2）、定值（δ3），如下式所示：

取δ0=20°，θ0=70°，可得到如圖12所示三種不同的導軌過渡曲線（該曲線在matlab中進行了旋轉(zhuǎn)變換）。

如圖13所示，本發(fā)明一種隨動自鎖節(jié)能裝置a2的輸入軸與轉(zhuǎn)向電機a1連接，本發(fā)明一種隨動自鎖節(jié)能裝置a2的輸出軸與轉(zhuǎn)向拉桿總成a3連接。

本發(fā)明也可作為液力機械隨動抱剎裝置使用。