[发明专利]弹簧‑档销结构开关档位槽轮廓曲线数值设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹簧-档销结构开关档位槽轮廓曲线数值设计方法。

背景技术

以往在设计开关时，往往是根据理论扭矩-角度曲线，设计初步实现结构，根据工程师经验设计实现理论扭矩-角度曲线的档位槽轮廓曲线，设计完成后需要经过多轮开关实物模型制作-功能验证-设计修改循环方可最终确定设计数据。开关传统开发模式对工程师经验要求较高，需要有类似产品的设计经验，否则无从入手；反复次数较多，风险相对较大，开发周期长，成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弹簧-档销结构开关档位槽轮廓曲线数值设计方法，采用能量法以及迭代的方法来进行设计求解，设计出弹簧-档销结构开关档位槽轮廓线，再进行生产，减少了对工程师经验要求，并且也减少了无理论依据反复修改的风险。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种弹簧-档销结构开关档位槽轮廓曲线数值设计方法，提供一弹簧-档销结构开关，所述弹簧-档销结构开关的外壳内设置有一档位槽，所述档位槽内设置有一轴，所述轴可由一手柄驱动绕轴心旋转，所述轴的径向设置有一圆孔，所述圆孔内设置有一档销，所述档销顶部为一半圆头，所述档销内设置有一弹簧，所述档销通过所述弹簧的弹簧力保持与所述档位槽轮廓曲线接触，其特征在于包括以下步骤：

步骤S1：不考虑摩擦功，根据给定的扭矩-角度曲线及能量法直接求弹簧压缩量的变化量Δs，所述扭矩-角度曲线中扭矩为所述弹簧-档销结构开关的系统所受的扭矩T，角度为档销转过的角度δ；

步骤S2：考虑摩擦功，对所述弹簧压缩量的变化量Δs进行迭代修正得到弹簧压缩量的变化量修正值Δs^k；

步骤S3：由所述弹簧压缩量的变化量修正值Δs^k确定最终的档位槽轮廓曲线。

进一步的，所述步骤S1的具体内容如下：

在垂直于所述弹簧-档销结构开关的轴中心线的平面内，以所述轴中心线与该平面的交点为原点O，以所述原点O与档销半圆头顶点初始位置的连线为X轴作平面直角坐标系；

根据能量守恒定理，所述弹簧-档销结构开关的势能ΔE_K与外力做功W_s满足平衡关系：

ΔE_K＝W_s(1)

W_s＝W_T＝∫Tdδ(3)

其中，k为所述弹簧的弹性系数，s为弹簧压缩量，s₀为弹簧初始压缩量，T为系统所受的扭矩，W_T为扭矩所做的功；

其中，L为弹簧自然长度，L₀为簧底深度即弹簧所在孔的底部与原点O之间的距离，r_c0为初始位置档销半圆头圆心C到O的距离，r_p为档销半圆头半径，D₀为弹簧外径；

结合上述公式可得：

弹簧压缩量的变化量Δs为：

进一步的，所述步骤S2的具体内容如下：

r_c＝r_c0-Δs(6)

其中，r_c为档销半圆头圆心C到原点O的距离，此时C点的坐标为：

x_c＝r_c×cosδ(7)

y_c＝r_c×sinδ(8)

将所述C点所在的运动曲线离散化，取n个点，其中x_c(i)表示第i个点所在的横坐标，y_c(i)表示第i个点所在的纵坐标，1≤i≤n，n为正整数；

第一点处用向前差分得：

最后一点处用向后差分得：

其它点用中心差分得：

其中，τ_i(i＝1,2,…n)为所述档销半圆头与档位槽接触点A的运动曲线的切向角；

φ＝τ-90°(12)

其中，φ为接触点A的运动曲线上接触点A处的法向与平面直角坐标系X轴的夹角；此时阻尼力为：

其中c为阻尼系数，ω为转动角速度，Δδ为每次转动角度的变化量；

Δs_i表示档销与档位槽第i个接触点弹簧压缩量的变化量；

在档位前半周期即Δs_i＞Δs_i-1时：