CN101162037B - 蜗轮传动机构 - Google Patents

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Abstract

一种蜗轮传动机构，包括：轴(32)；轮系，包括轴(32)上的蜗杆(34)、与蜗杆(34)啮合的蜗轮(35)以及与蜗轮(35)连接并由其驱动的输出件(26)；其中轴(32)由轴承可旋转地支撑并轴向设置于第一和第二推力轴承(29、60)之间，第一和第二推力轴承(29、60)每一个都包括一个推力面(54)，用于分别与轴(32)的第一和第二端接触以限制轴(32)的轴向运动，其中，轴(32)的第一端与第一推力轴承(29)的推力面(54)之间形成高摩擦滑动接触，其中第一推力轴承(29)的推力面(54)具有非平表面，用于在不位于轴(32)的轴线上的位置接触轴(32)的第一端。

Description

蜗轮传动机构
技术领域
本发明涉及到蜗轮传动机构，特别是自锁蜗轮传动机构。
背景技术
蜗轮传动机构包括由轴驱动并与蜗轮啮合的蜗杆或螺旋嵌齿轮，该蜗轮驱动着通常为轴或嵌齿轮的输出件。蜗轮传动机构是减速齿轮箱，并由此增加由驱动着轴的电机所产生的转矩。通常，驱动轴是电机轴，蜗杆安装于该轴或形成在该轴上。
在某些场合，蜗轮传动机构的采用是理想的，因为其结构的简单性以及由于其齿轮比而能传递的力矩。由于蜗杆与蜗轮之间的摩擦会存在某些能量的损耗。通过进行某些修正，这种摩擦可以导致这样一种布置，使得由于齿轮间的损失，负载不能反向驱动电机。这就是所谓的自锁，也就是说不需要额外的其他组件，输入轴可以驱动输出轴，但输出轴不能驱动输入轴。
在某些场合，这种特点非常有用，例如提升重物或解决例如门窗尤其是车窗的安全问题，，其中对于防止偷窃重要的一点是窗户不会被拉低而得以进入。
为了取得轮系的自锁，必须从效率的观点，理想或最优地修正蜗杆和蜗轮的设计。螺旋升角要做得低，也就是说在蜗杆的每单位长度上蜗杆的螺纹具有较大的圈数，此外，蜗杆和蜗轮的表面结构要做得粗糙，以增加两齿轮间的摩擦，从而使蜗轮更难于驱动蜗杆。但是，这两种措施都降低了齿轮传动机构的效率，从而需要一个更大功率的电机来驱动负载。由于需要防止反向驱动，这种折衷方案已被人们接受。
现有的一种典型的蜗轮传动机构具有驱动电机轴的电机。蜗杆安装于该轴，并与固定于输出轴的蜗轮啮合。电机轴颈支承在轴承内，通常是油浸烧结轴衬，并在两个推力轴承间延伸。电机轴的每个端部均为圆形，并且每个推力轴承具有一个与每个圆形的电机轴端接触的硬平面，从而支撑电机轴，防止蜗杆转动蜗轮时轴的反作用力所引起的多余轴向运动。轴的圆形末端与相应推力表面形成了点接触，该点位于轴的轴线上以减少二者之间的摩擦损失。当转动载荷作用于输出轴上时，蜗轮试图驱动蜗杆，这时推力表面支撑电机轴，防止其轴向运动。由于蜗杆较低的螺旋升角和齿面间的摩擦，蜗轮试图轴向驱动电机轴而不是引起蜗杆转动，由此锁定齿轮。一个小间隙，即所谓轴端余隙在没有负载的条件下存在于电机轴端和推力轴承之间。这就允许轴的热膨胀，但同时也意味着轴一次只能和一个推力轴承接触，并且当轴向力改变方向时会引起轴轻微的轴向运动。
关于自锁的齿轮传动机构还有其他设计从而允许一个高效的轮系，并使用一个更轻小的电机。这些设计有一个独立的制动或离合机构来防止反向驱动，但这些机构通常复杂，易于失效，给最终的组件增加了重量和成本。由于需要独立的锁定机构，这些传动机构是非自锁的。
因此，存在一种对简单有效的自锁蜗轮传动机构的期望。
发明内容
本发明提供了一种具有简单有效结构的自锁蜗轮传动机构。本发明去掉了齿面间的锁定特征，允许轮齿被设计成为了效率最大或至少更好地满足应用，并且在推力轴承界面增加了自锁功能。这是通过增加电机轴端与一个或两个推力轴承盘之间的摩擦而取得的。获得这种增大的摩擦的一种优选方式是在推力轴承表面提供一个凹穴，从而使得轴端和推力表面之间的接触离开轴的轴线。
因此，一方面，本发明提供了一种蜗轮传动机构，包括：
轴；
轮系，包括轴上的蜗杆、与蜗杆啮合的蜗轮以及与蜗轮连接并由其驱动的输出轴；
其中该轴可旋转地由轴承支撑并轴向设置于第一和第二推力轴承之间，第一和第二推力轴承每一个都包括一个推力面，用于分别与轴的第一和第二端接触以限制轴的轴向运动，并且
其中轴的第一端与第一推力轴承的推力面之间形成高摩擦滑动接触。
优选地，第一推力轴承的推力面具有非平表面，用于在一个不处于轴的轴线上的位置与轴的第一端相接触。
优选地，第一推力轴承的推力面在相应于轴线的位置具有一个凹穴。
优选地，该凹穴是一个盲孔。
优选地，该盲孔为圆形并与该轴共轴线。
优选地，轴的第一端是圆形，并沿着凹穴的边缘与第一推力面接触。
优选地，第一推力轴承的推力面与轴的圆形第一端形成圆形线接触。
优选地，圆形线接触为连续的线接触。
可选地，凹穴具有不规则形状。
优选地，轴的第二端与第二推力轴承的推力面形成高摩擦滑动接触。
优选地，第二推力轴承的推力面与第一推力轴承的推力面具有相似的外形。
优选地，该蜗轮传动机构还包括电机，该轴是电机的一部分，即电机轴。
优选地，电机具有壳体，支撑两个形成电机定子的弓形金属陶瓷磁铁，轮系具有与电机壳体相连的齿轮箱壳体，第一和第二推力轴承由电机壳体和齿轮箱壳体支撑，齿轮箱壳体还支撑一根短轴，蜗轮和输出件可旋转地安装在该短轴上，输出轴通过冲击吸收面连接于蜗轮。
附图说明
下面将通过仅参考附图的例子对本发明的优选实施例进行描述，其中：
图1是根据本发明实施例的蜗轮传动机构的透视图；
图2与图1类似，其中将一些部件移走以露出轮系；
图3是作为图1中蜗轮传动机构一部分的蜗轮与齿轮箱壳体的分解图；
图4是图3中的蜗轮另一角度的分解图；
图5是图1中传动机构的推力轴承的放大图；
图6是用于说明电机轴和推力轴承间连接的简图；
图7是本发明第二实施例的电机轴和两个推力轴承的简图。
具体实施方式
图1中是根据本发明优选实施例的蜗轮传动机构10。该传动机构包括电机12及齿轮箱14。电机直接螺接于齿轮箱。该传动机构用于移动客车窗户，并具有通常称为窗户提升电机的类型。
电机12是PMDC型电机，具有一个包括封闭的下端17和开放的上端18的深拉钢套16。开放端具有用于安装电连接器20和齿轮箱14的法兰19。轴承保持件或轴毂21形成在封闭端17中，用来安装推力轴承和轴承。
齿轮箱14具有容纳轮系的齿轮箱壳体22。齿轮箱壳体22包括用于封闭齿轮箱的盖子23。齿轮箱壳体具有三个安装孔25，用于将该传动机构安装到车门的支架上。盖子23被显示出固定于壳体22。
延伸穿过盖子23的是该传动机构的输出件26。输出件26包括驱动盘和被转动安装在同样延伸穿过盖子23的轴28上的整体形成的驱动嵌齿轮27。齿轮箱壳体相对电机的一侧仅可见一个小的槽形按钮。此即推力轴承29。按钮外端面上的槽30便于推力轴承29拧入齿轮箱壳体上的接收凹穴内。通过螺纹拧入，推力轴承29的轴向位置可以很容易地调整以设定电机的轴端余隙。
如图2所示，齿轮箱体内是蜗轮传动机构轮系。同样可以看到是用于封闭电机壳体16开口端18的端盖31。端盖31同时支撑起一个用于电机轴32的轴承(未示出)和一个衬套，可选地，还有一个电机噪音抑制组件。端盖31被示出具有一个围绕轴32的圆柱回转套33。这用于将电机12锁定到齿轮箱14。轴32支撑与蜗轮啮合的蜗杆。蜗杆是轧制在轴上的螺旋嵌齿轮，尽管已知的方式是直接在轴上切出或形成蜗杆。蜗轮35是带有可转动地配合在轴28上的中心轴毂36的盘形结构。三个肋部39从轴毂延伸至周围轮缘37。与蜗杆34上的螺纹啮合的齿38形成于轮缘的径向外表面。可选地，该齿为了更大强度而具有半弧形形状。弹性材料制成的密封件40提供在端盖和齿轮箱壳体之间，以密封换向器，防止水的进入。
推力轴承29被显示出邻接或压靠轴32的末端。虽然没有示出，可选具有自对中油浸烧结衬套类型的滑动轴承可由齿轮箱壳体保持并可转支撑轴的末端。可选择地，轴的末端可由齿轮箱壳体的一部分可转动地支撑。如果期望，这种转动轴承支撑提供在推力轴承29和蜗杆34之间。
该齿轮箱分解显示在图3中，该图描述了蜗轮35和驱动盘41之间的连接关系。优选由弹性材料制成的阻尼器42用于传递蜗轮35和驱动盘41之间的转矩。驱动盘具有一个下表面，从那伸出三个插头43。插头伸进阻尼器42中的孔44内。阻尼器42具有三个用于接纳蜗轮35的肋部39的狭槽45。阻尼器42在其上表面还具有很多小突起46，用于将阻尼器与驱动盘41稍分离，从而留出阻尼器弹性变形的空间。阻尼器吸收外力施加在输出轴上的突然冲击。轴28由可直接模制于其的齿轮箱壳体22支撑。可选地，未示出的轴承可转动地支撑轴上的驱动盘和蜗轮。驱动盘中的中心贯穿通道48容纳该轴28。一个或多个密封件47将驱动盘密封于齿轮箱盖子和轴，以防止水的进入。
图4从更清楚地显示插头43的不同角度描述了蜗轮/驱动盘/阻尼器的连接。该视图中同时可见的是驱动盘41中中心贯穿通道48的扩大部分49。扩大部分49用作支承骑在轴28上的驱动盘41的轴承的轴承壳体50。
弹簧夹52位于轴28中的环形沟槽53内，防止驱动盘41相对轴28的轴向分离。弹簧夹52可以是E形夹、C形夹或环形夹等。
图5描述了第一推力轴承29的推力面54。如前简要所述的推力轴承29具有圆柱形主体，该主体具有形成在其圆柱表面上的螺纹57，用于定位在齿轮箱壳体的推力轴承凹穴中的螺杆。推力面54基本上是个具有凹穴56的平面，该凹穴在使用中形成与电机轴32共轴线的孔。可选地，推力面54与推力轴承的外表面阶梯分开。
图6描述了轴32的圆形第一端和第一推力轴承29之间的接触。推力轴承被显示处于横截面。推力轴承的主体是带有形成在外圆柱表面上的螺纹57的圆柱形。槽30形成在推力轴承的一端，用于接纳螺纹驱动件的叶片，用于将推力轴承定位在齿轮箱壳体中。
相对的一端是推力面54。推力面的中心是盲孔形式的凹穴56。该孔与轴共轴线，且轴的圆形端沿着凹穴边缘与推力面接触，从而形成与轴的轴线间隔开的圆形线接触。也可采用其它形状的凹穴，包括不规则的形状，但优选为圆形，因为其易于制造。
由于摩擦力与接触位置的半径相关，圆形线接触与轴的轴线间隔得约大，摩擦力就越大。因此，产生的摩擦力可通过将接触进一步移动远离轴线而增大。
该摩擦力还可以通过为推力轴承选择合适的材料来改变。
图7描述了双向自锁蜗轮传动机构。第一推力轴承29如上所述。邻接于同样是圆形的轴32的第二端的第二推力轴承60具有还形成有凹穴的推力面，该凹穴设置成使轴32的轴线穿过凹穴。优选地，两个推力轴承的凹穴是与轴共线的圆孔，并设置成增加轴与推力轴承之间的摩擦。由于第二推力轴承位于电机壳体的轴承凹穴内，它轴向不可调且不需要螺接外表面的螺钉。
在使用中，当顺时针或逆时针(上或下)驱动蜗轮时，蜗杆和蜗轮之间的反作用力使得轴压靠相应的推力轴承之一。如果蜗轮试图驱动电机，蜗轮将通过蜗杆使轴压靠另一个推力轴承，就这一点而言，由于推力轴承和轴之间增加的摩擦力并由于蜗杆与蜗轮的传动比，该轴将锁靠推力轴承且电机将不转动，从而锁定该蜗轮传动机构。
因此，通过在电机轴或驱动轴的一端或两端提供高摩擦推力轴承，蜗轮传动机构能够以简单的方式实现自锁，而不降低蜗杆和蜗轮之间的界面。
尽管相对于一个特定应用的一个实施例对本发明进行了说明，对本领域熟练技术人员来说，更多的应用和许多变形是显而易见的。因此，本发明应该只被限制在后面的权利要求所限定的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种蜗轮传动机构，包括：
轴(32)；
轮系，包括轴(32)上的蜗杆(34)、与蜗杆(34)啮合的蜗轮(35)以及与蜗轮(35)连接并由其驱动的输出件(26)；
其中轴(32)由轴承可旋转地支撑并轴向设置于第一和第二推力轴承(29、60)之间，第一和第二推力轴承(29、60)每一个都包括一个推力面(54)，用于分别与轴(32)的第一和第二端接触以限制轴(32)的轴向运动，
其特征为，轴(32)的第一端与第一推力轴承(29)的推力面(54)之间形成高摩擦滑动接触，其中第一推力轴承(29)的推力面(54)具有非平表面，用于在不位于轴(32)的轴线上的位置接触轴(32)的第一端。
2.如权利要求1所述的蜗轮传动机构，其中第一推力轴承(29)的推力面(54)在相应于轴(32)的轴线的位置具有凹穴(56)。
3.如权利要求2所述的蜗轮传动机构，其中凹穴(56)是盲孔。
4.如权利要求3所述的蜗轮传动机构，其中该盲孔为圆形并与轴(32)共轴线。
5.如权利要求3或4所述的蜗轮传动机构，其中轴(32)的第一端是圆形，并在凹穴的边缘(58)上接触第一推力面(54)。
6.如权利要求5所述的蜗轮传动机构，其中第一推力轴承(29)的推力面(54)与轴(32)的圆形第一端形成圆形线接触。
7.如权利要求6所述的蜗轮传动机构，其中圆形线接触为连续线接触。
8.如权利要求6所述的蜗轮传动机构，其中凹穴(56)具有不规则形状。
9.如权利要求1-4中任一项所述的蜗轮传动机构，其中轴(32)的第二端与第二推力轴承(60)的推力面(54)形成高摩擦滑动接触。
10.如权利要求1-4中任一项所述的蜗轮传动机构，其中第二推力轴承(60)的推力面(54)具有与第一推力轴承(29)的推力面(54)相似的外形。
11.如权利要求1-4中任一项所述的蜗轮传动机构，还包括电机(12)，且轴(32)是电机(12)的一部分。
12.如权利要求11所述的蜗轮传动机构，其中电机(12)具有壳体(16)，该壳体支撑两个形成电机定子的弓形金属陶瓷磁铁，轮系具有连接于电机壳体(16)的齿轮箱壳体(22)，并且第一和第二推力轴承(29、60)由电机壳体(16)和齿轮箱壳体(22)支撑，齿轮箱壳体(22)还支撑一根短轴(28)，蜗轮(35)和输出件(26)可旋转地安装在该短轴上，输出件(26)通过冲击吸收面连接于蜗轮(35)。
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