一种能动态测量机械变速器接合套角位移的装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种能动态测量机械变速器接合套角位移的装置及方法。该装置包括：一对传动比为1:n的齿轮副，n≥1，其主动齿轮和机械变速器输出轴连接，从动齿轮连接在从动齿轮轴上，从动齿轮轴通过轴承支撑在测量装置壳体内；磁性元件安装在从动齿轮轴的端面上；磁场测量芯片和外围电路固定在测量装置壳体上，其包括测量芯片用以感应测量磁性元件的磁场变化，并输出测量信号。通过传动比为1:n的齿轮副，磁性元件和磁场测量芯片和外围电路，测量从动齿轮轴的角位移，从而得到机械变速器输出轴的角位移，进而间接测得接合套转过的绝对角度。本发明通过测量机械变速器输出轴的角位移间接测量各档接合套转过的绝对角度，测量精度高，成本低。
【专利说明】
一种能动态测量机械变速器接合套角位移的装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于机械变速器接合套角位移测量技术领域，特别涉及一种能动态测量机械变速器接合套角位移的装置及方法。
【背景技术】
[0002]在机械变速器的换档过程中，接合套和接合齿圈的相对角度是产生换档冲击的主要因素。为了观测并主动调节该相对角度，需要在换档过程中动态测量接合套的角位移。由于变速器是一个封闭的系统，难以直接观测接合套的角位移。由于不同档位的接合套均通过花键和变速器输出轴连接，可以通过测量变速器输出轴的角位移，间接测量不同档位的接合套角位移。然而，由于变速器输出轴和车辆传动轴连接，没有空间布置能够测量其角位移的传感器。
[0003]近年来，基于巨磁阻效应的测量技术发展迅速。铁氧体磁性层与非磁性层的多层薄膜在磁场作用下，其阻值会发生很大的变化。巨磁电阻(GMR)传感器利用具有巨磁电阻效应的磁性纳米金属多层薄膜材料，通过半导体集成工艺制作而成，具有体积小、测量精度高(0.1°)、响应速度快(42.7us)、工作温度范围宽(-40 °C?150 °C)、可靠性高、成本低等优点，适用于变速器的工作条件，能够满足接合套角位移的测量要求。
【发明内容】
[0004]基于此，本发明提供了一种能动态测量机械变速器接合套角位移的装置及方法。
[0005]—种能动态测量机械变速器接合套角位移的装置，包括:
[0006]—对传动比为1: η的齿轮副，η多I;其主动齿轮4和机械变速器输出轴连接，从动齿轮5连接在从动齿轮轴12上，从动齿轮轴12通过轴承支撑在测量装置壳体10内；
[0007]磁性元件6安装在从动齿轮轴5的端面上；
[0008]磁场测量芯片和外围电路7固定在测量装置壳体10上，其包括测量芯片用以感应测量磁性元件6的磁场变化，并输出测量信号。
[0009]优选地，所述主动齿轮4和机械变速器输出轴通过键连接，和/或从动齿轮5固接在从动齿轮轴12上。
[0010]优选地，所述主动齿轮4和从动齿轮5采用斜齿结构，精度等级高于5级。
[0011]优选地，所述磁场测量芯片和外围电路7的测量芯片、从动齿轮轴5以及磁性元件6保持同轴；以及磁场测量芯片和外围电路7的测量芯片与磁性元件6之间具有一定间隙。
[0012]优选地，所述从动齿轮轴5的端面上设有用于定位的沉孔，磁性元件6安装在沉孔上，保证磁性元件6和从动齿轮轴5的同轴度偏差小于0.025mm。
[0013]—种能动态测量机械变速器接合套角位移的方法:
[0014]通过一对传动比为1:n的齿轮副，n^l，并通过布置在从动齿轮轴12端面的磁性元件6和布置在测量装置壳体10上的磁场测量芯片和外围电路7，测量从动齿轮轴12的角位移，从而得到机械变速器输出轴的角位移，进而间接测得接合套转过的绝对角度。
[0015]本发明的有益效果为:
[0016]本发明通过测量机械变速器输出轴的角位移间接测量各档接合套转过的绝对角度，测量精度高，且测量装置结构简单，成本低，安装方便，通用性强，解决了换档过程中难以观测接合套角位移的问题。
【附图说明】
[0017]图1为一种能动态测量机械变速器接合套角位移的装置示意图。
[0018]标号说明:1-机械变速器;2-四档和三档的接合套;3-二档和一档的接合套;4-主动齿轮;5-从动齿轮;6-磁性元件;7-磁场测量芯片和外围电路;8-第一轴承;9-第二轴承；10-测量装置壳体;11-机械变速器输出轴;12-从动齿轮轴。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0020]如图1所示本实施方式中需要测量的是机械变速器I中四档和三档的接合套2与二档和一档的接合套3转过的角位移。由于四档和三档的接合套2与二档和一档的接合套3安装在机械变速器I内部，在运行过程中靠箱体内的润滑油飞溅润滑，难以在机械变速器I内布置光电式或霍尔式传感器直接测量二者的角位移。四档和三档的接合套2、二档和一档的接合套3与机械变速器输出轴11之间均是通过花键连接，本发明在机械变速器I的输出端布置能动态测量机械变速器接合套角位移的装置，通过测量机械变速器输出轴11转过的绝对角度间接测量四档和三档的接合套2与二档和一档的接合套3的角位移。
[0021]—种能动态测量机械变速器接合套角位移的装置如图1所示，包括主动齿轮4、从动齿轮5、从动齿轮轴12、磁性元件6、磁场测量芯片和外围电路7、测量装置壳体10。
[0022]主动齿轮4和从动齿轮5是一对传动比为1:n(n多I)的齿轮副，主动齿轮4和机械变速器输出轴11通过键连接，从动齿轮5固接在从动齿轮轴12上，从动齿轮轴12通过第一轴承8和第二轴承9进行支撑，其中，第一轴承8安装在机械变速器I的壳体上，第二轴承9通过一个轴承座安装在测量装置壳体10上;本实施方式中，第一轴承8和第二轴承9均采用滚珠轴承。为了获得更高的测量精度，本实施方式中的测量齿轮即主动齿轮4和从动齿轮5采用斜齿结构，精度等级高于5级。
[0023]磁性元件6安装在从动齿轮轴5的右端面上。其中，从动齿轮轴5的右端面有一个用于定位的沉孔，保证磁性元件6和从动齿轮轴5的同轴度偏差小于0.025mm。磁性元件6通过金属专用胶固定在从动齿轮轴5的右端面上。
[0024]磁场测量芯片和外围电路7上用于测量磁场变化的芯片选用英飞凌的TLE5012B，该芯片和从动齿轮轴5以及磁性元件6保持同轴，距离磁性元件6的距离为lcm。磁场测量芯片和外围电路7通过螺栓固定在测量装置壳体10上。磁场测量芯片和外围电路7的电源线和信号线从测量装置壳体10上的小孔引入和引出。当从动齿轮轴5位于某一位置时，磁场测量芯片和外围电路7上的测量芯片感应测量磁性元件6的磁场，输出某一占空比的脉冲信号；当从动齿轮轴5转过一定角度时，磁性元件6的磁场发生变化，磁场测量芯片和外围电路7上的测量芯片输出另一占空比的脉冲信号。从动齿轮轴5在O?360°范围内对应的脉冲信号占空比为6.25%?93.75%。
[0025]测量装置壳体10通过螺栓固定在机械变速器I上。
[0026]在车辆行驶过程中，从动齿轮轴12和机械变速器输出轴11高速旋转。本测量装置将四档和三档的接合套2与二档和一档的接合套3的角位移转化为从动齿轮轴12的角位移，并通过布置在从动齿轮轴12端面的磁性元件6和布置在测量装置壳体10上的磁场测量芯片和外围电路7，测量从动齿轮轴12的角位移，从而得到机械变速器输出轴11的角位移，进而间接测得四档和三档的接合套2与二档和一档的接合套3的角位移。
[0027]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种能动态测量机械变速器接合套角位移的装置，其特征在于，包括: 一对传动比为I: η的齿轮副，I;其主动齿轮(4)和机械变速器输出轴连接，从动齿轮(5)连接在从动齿轮轴(12)上，从动齿轮轴(12)通过轴承支撑在测量装置壳体(1)内； 磁性元件(6)安装在从动齿轮轴(5)的端面上； 磁场测量芯片和外围电路(7)固定在测量装置壳体(10)上，其包括测量芯片用以感应测量磁性元件(6)的磁场变化，并输出测量信号。2.根据权利要求1所述一种能动态测量机械变速器接合套角位移的装置，其特征在于，主动齿轮(4)和机械变速器输出轴通过键连接，和/或从动齿轮(5)固接在从动齿轮轴(12)上。3.根据权利要求1所述一种能动态测量机械变速器接合套角位移的装置，其特征在于，主动齿轮(4)和从动齿轮(5)采用斜齿结构，精度等级高于5级。4.根据权利要求1所述一种能动态测量机械变速器接合套角位移的装置，其特征在于，磁场测量芯片和外围电路(7)的测量芯片、从动齿轮轴(5)以及磁性元件(6)保持同轴；以及磁场测量芯片和外围电路(7)的测量芯片与磁性元件(6)之间具有一定间隙。5.根据权利要求1所述一种能动态测量机械变速器接合套角位移的装置，其特征在于，从动齿轮轴(5)的端面上设有用于定位的沉孔，磁性元件(6)安装在沉孔上，保证磁性元件(6)和从动齿轮轴(5)的同轴度偏差小于0.025mm。6.一种能动态测量机械变速器接合套角位移的方法，其特征在于，通过一对传动比为1:n的齿轮副，η多I，并通过布置在从动齿轮轴(12)端面的磁性元件(6)和布置在测量装置壳体(10)上的磁场测量芯片和外围电路(7)，测量从动齿轮轴(12)的角位移，从而得到机械变速器输出轴的角位移，进而间接测得接合套转过的绝对角度。
【文档编号】G01B7/30GK106091918SQ201610460037
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】陈红旭, 田光宇, 卢紫旺, 黄勇
【申请人】清华大学