略談后置油門優化設計

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一、結構設計

在后置油門的優化設計中，其外部殼體和內部傳感器都必須滿足防水、防潮、防震、防灰塵、可靠性高、壽命長等性能要求。1機械結構工作原理：當后置油門手柄旋轉時，，和手柄相連接的磁體旋轉，使作用于霍爾元件上的磁感應強度發生改變，輸出電壓相應變化，以此反映出旋轉角度的變化。2傳感器結構原霍爾式角位移傳感器結構如圖2，和新霍爾式角位移傳感器結構如圖4對比原霍爾式角位移傳感器使用的霍爾元件是直立式，單信號輸出，必須設計一封閉式磁路與之配合，磁體裝在轉子中，轉子和殼體有一旋轉間隙，此間隙因受潮或灰塵進入等原因，轉子容易發生卡住現象，導致后置油門不能正常工作。新霍爾式角位移傳感器使用的是可編程三軸霍爾元件，平面封裝，雙信號輸出，磁力線通過空氣傳導作用于霍爾元件的表面，當手柄旋轉時，和手柄相連接的磁體旋轉，作用于霍爾元件表面的磁感應強度產生變化，輸出電壓相應變化，反映出旋轉角度的變化。旋轉體與傳感器沒有直接接觸，就不會產生任何磨損和卡住現象，其防水和工作壽命等各項性能指標得到保證。3回位彈簧設計在后置油門的工作壽命設計中，傳感器由于是非接觸式，工作壽命能滿足1×107次以上全行程往返的要求，最主要就是彈簧的設計也要滿足該要求。由后置油門結構及使用參數要求，彈簧扭距T＝1426N·mm，變形角φ＝50°＝0．87rad，內半徑R1＝9mm，外半徑R＝21．5mm。設計計算如下1）彈簧材料按照YB／T5310－2010“彈簧用不銹鋼冷軋鋼帶”標準，選用牌號1Cr17Ni7，抗拉強度選為為σb＝1300MPa的不銹鋼材料。2）許用應力當使用壽命大于105時，取［σ］＝（0．5～0．6）σb＝（0．5～0．6）×1300MPa＝650～780MPa，這里，?。郐遥荩?50MPa。3）彈簧材料的截面尺寸b，h，b＝5mm為已知條件，由公式h＝6k2Tb［σ槡］求截面厚度h，彈簧要求外端固定，因此k2＝1，所以h＝6×1×713槡5×650mm＝1．14mm，查“彈簧材料的厚度和寬度尺寸系列表”，取h＝1．2mm。4）彈簧工作長度l由“非接觸型平面渦卷彈簧的設計計算公式表”中公式，并取k1＝1，E＝0×105N／mm2，l＝Ebh2φ12k1T＝2×105×5×1．23×0．8712×1×713mm＝146mm。5）節距tt＝π×（R2－R21）l＝3．14×（21．52－92）146mm＝8．19mm取t＝8．2mm。6）圈數n0n＝R－R1t＝21．5－98．2圈＝1．5圈。

二、傳感器電路設計

傳感器的電路設計主要要做好電磁兼容設計，第一是傳感器對外發射的電磁干擾不能超過一定的限值；第二是傳感器要具有抵抗外界電磁干擾的能力?；魻栐蛇x用MELEXIS公司的MLX90316器件，它是一個可編程三軸霍爾傳感器，0～360o高精度連續測量，線性模擬雙信號輸出。傳感器技術參數如表1所示從以上主要電氣技術參數可看出，霍爾式角位移傳感器是直流小信號工作器件，對外發射的電磁干擾很小，其電路的設計主要放在抗外部干擾上，即保證傳感器能夠抵抗來自外部的干擾能正常工作和承受外部電壓的沖擊而不被損壞。具體電路如圖4所示。電路中E1、E2為磁珠，可以吸收傳導來的噪音；C1～C5為貼片電容，可以吸收和濾除噪音；D1、D2為雙向TVS管（瞬態抑制二極管），當兩端經受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度（最高達1×10－12s）使其阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個預定的數值上，從而確?；魻栐馐芩矐B高能量的沖擊而損壞。TVS管的選?。篢VS管額定反向關斷電壓Vwm應大于或等于被保護電路的最大工作電壓?？紤]到霍爾元件的工作電壓為5V，但編程電壓為7．5V，以及TVS管的離散性，TVS管可選用SMCJ11CA。為了滿足傳感器防水，防潮，防震，防灰塵等性能要求，電路板可用韌性好的彈性體環氧樹脂封裝在塑料密閉腔內，既防水，又具有吸震與緩沖效果。由于HALL元件選用的是一個可編程雙信號輸出霍爾元件，所以，只要傳感器和后置油門總成裝配好后，再按照電氣性能要求寫入相應程序。

三、結語

基于霍爾元件設計的一種后置油門，采用不銹鋼渦卷彈簧，旋轉部分和傳感器相互獨立，傳感器無轉子和旋轉部分相連，克服了原后置油門存在的一些不足，具有更好的防水，防潮，防震，防灰塵性能，可靠性高，工作壽命長。為了驗證該后置油門的性能，經專業從事汽車電器檢測的第三方檢測機構———長沙汽車電器檢測中心進行檢驗，以及用戶使用，各項性能指標滿足使用要求。該后置油門可廣泛應用于各種工程機械中。

作者：劉榮先崔守鷙秦永法單位：揚州大學