[发明专利]基于F-S曲线的双扭簧助力离合踏板预测方法

权利要求书

1.基于F-S曲线的双扭簧助力离合踏板预测方法，具体步骤如下：

第一步：获取离合器踏板及阻力扭簧的参数表和产品图纸；

第二步：根据步骤1的参数表和产品结构，计算出理论状态下对踏板的作用力、弹簧在受摩擦力和产品重力影响下弹簧对踏板的去程作用力、弹簧在受摩擦力和产品重力影响下弹簧对踏板的回程作用力，并绘制F-S曲线图；

第三步：理论计算出的踏板F-S曲线图与客户提供的F-S曲线图进行对比；如果参数存在差异，通过调整弹簧刚度或/和杠杆比保证设计完成；

所述第二步的计算过程如下：

1）根据第一步的参数表，已知踏板臂长a、踏板总行程 L，根据三角形余弦定律，计算踏板在初始位置时踏板对应总转角A，计算公式为：；

2）双扭簧助力离合踏板中的弹簧安装支架与踏板共用同一个旋转轴，踏板在运动过程中转动角度与弹簧安装支架转动角度相同；以下通过计算踏板总转角A的1/100用e表示，对应弹簧转动角度也为e，e是踏板总转角A中的一个点的踏板转动角度；

3）根据第一步的参数表，已知扭簧驱动臂长 b、扭簧挂点与转轴距离 c、扭簧驱动臂与踏板臂初始位置夹角γ、挂点转轴连线与踏板臂初始位置夹角β及计算出的踏板转动角度e，根据三角形余弦定律，计算踏板总转角A的1/100时扭簧对应两挂点间的距离尺寸h，计算公式为：；

4）根据第一步的参数表，计算出双扭簧腕长R1和R2、踏板运动时扭簧对应两挂点间的距离h，根据三角形余弦定律，计算扭簧挂点变化时对应的夹角i，计算公式：h²=R1*R1+R2*R2-2*R1*R2cosi；

5）根据第一步的参数表，计算出双扭簧腕长R1和R2、扭簧内径自由虚拟张角Φ及已计算出踏板转动角度后扭簧挂点变化时对应的夹角i，根据扭簧刚度T公式，计算踏板转动后对应双扭簧扭矩，根据扭矩计算出双扭簧力值F0，计算公式为：F0=(Φ- i)*T)/(R2*2)；

6) 根据第一步的参数表，已知扭簧驱动臂与踏板臂初始位置夹角 γ、挂点转轴连线与踏板臂初始位置夹角β、扭簧挂点与转轴距离 c及计算出的踏板转动角度e、扭簧对应两挂点间的距离h，根据正弦定理，计算踏板转动角度时对应的扭簧驱动力臂关联角j，计算公式为：c /sinj=h/sin(β-γ-e)；

7）踏板转动角度时对应的扭簧驱动力臂关联角j，根据力的三角形法则对双扭簧力值F0分解，力值F0可以分解为作用在X-Z轴力值F3=F0*cos(180-j)和垂直于X-Z轴力值F1=F0*sin(180-j)；

8）根据杠杆原理可以计算出力值F2，计算公式为：F1* H1=F2* H2；H1是扭簧驱动臂长，H2是踏板臂长；

9）根据第一步的参数表，已知衬套POM与金属轴管涂润滑油后摩擦系数μ、X-Z轴为二力杆，X点旋转轴处和Z点弹簧钢丝旋转处在旋转时由分力F3作用产生摩擦力，根据滑动摩擦定律，分别计算X点旋转轴处和Z点弹簧钢丝旋转处摩擦力f1，计算公式为：f1=F3*μ；

10）根据第一步的参数表，已知踏板臂长a、扭簧驱动臂长 b、踏板臂处销轴半径r及计算出的摩擦力f1，根据杠杆原理，计算出Z点弹簧钢丝旋转处对应踏板面输出力f2和X点旋转轴处对应踏板面力值f3，计算公式为：f2*a=f1*b和f3*a=f1* b；

11）根据第一步的参数表，已知踏板臂长a、踏板臂总成重量m、重力角度δ、踏板臂总成重心与旋转中心长度a1，根据杠杆原理，计算踏板臂总成重力对应踏板力作用力G1,计算公式为：m*9.8*cos(δ+e)*a1=G1*a；

12）踏板去程运动过程中，双扭簧先压缩后张开，弹簧力值方向在离合踏板面上为：先是向上阻力，后是向下助力；摩擦力f2和f3方向与离合踏板运动方向相反，离合踏板面力值方向向上；踏板臂总成重力作用在踏板上的G1在整个运动过程中因为与踏板中心和旋转中心X点连线成夹角，先为锐角后为钝角，通过力值分解，重力作用离合踏板面上的力值方向先是向下后是向上；整个去程过程中作用在离合踏板中心合力F4=F2+f2+f3-G1，其中F2，f2，f3，G1都为矢量；

13）踏板回程运动过程中，双扭簧也是先压缩后张开，弹簧力值方向在离合踏板面上为：先是向下阻力，后是向上助力；由于踏板运动方向改变，作用在离合踏板上的摩擦力f2和f3方向为方向向下；踏板臂总成重力作用在踏板上的G1在整个运动过程中因为与踏板中心和旋转中心X点连线夹角先为钝角后为锐角，通过力值分解，重力作用离合踏板面上的力值方向先是向上后是向下；整个过程合力F5=F2-f2-f3-G1，其中F2，f2，f3，G1都为矢量；

14）以上都是踏板在转e角度时—即总转角A的1/100时，弹簧所对应的F-S值，以此类推，踏板转过每个角度都可以使用以上计算过程确定，并通过办公软件EXCEL将所有点的F-S值汇合就可以形成F-S曲线图；在F-S曲线图中，绿线是弹簧在理论状态下对踏板的作用力，蓝线是弹簧在受摩擦力和产品重力影响下弹簧对踏板的去程作用力，红线是弹簧在受摩擦力和产品重力影响下弹簧对踏板的回程作用力。