CN103419743B - 安全带拉紧器驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种把安全带5（2）围绕缠绕轴（1）拉紧的安全带拉紧器驱动器，其包括一电机（3），一心轴（4）以及一与缠绕轴（1）连接的从动轮（21）和一蜗轮蜗杆传动箱（20），该传动箱通过心轴（4）驱动从动轮（21），蜗轮蜗杆传动箱（20）通过从动轮（21）的倾斜啮合外齿部（22）与心轴（4）上固定的蜗杆（24）固定啮合，根据本发明，从动轮外齿部至少有两个啮合段（22a，22b），第一个啮合段（22a）的齿部结构保持不变，第二个啮合段（22b）的齿根圆直径（dF）和/或齿顶圆直径（dK）和/或齿厚度（s）持续增加。

Description

安全带拉紧器驱动器
技术领域
本发明涉及一种用于拉紧围绕缠绕轴缠绕的安全带的安全带拉紧器的驱动器。
背景技术
一种逆向安全带拉紧器的驱动器在DE 10 2008 048 339 Al有相关介绍，电机通过一个螺旋齿轮传动箱驱动心轴，心轴通过第二个传动箱驱动从动轮，从动轮带动缠绕轴把安全带固定缠绕在轴上。第二个传动箱中包括一个在心轴上固定的蜗杆以及一个从动轮的外部斜齿。
根据需要，逆向安全带拉紧器在遇到轻微碰撞或者严重碰撞以及越野行车或者快速制动时动作，拉紧安全带。电机中通过高电流，从而保证持续拉紧安全带，但是会给汽车电源带来较高的不利载荷。
安全带拉紧器在出现碰撞时通过烟火技术形成全负荷拉紧，因此会导致电机与安全带拉紧器断开。由于电机中还存在剩余电流，电子驱动器能够保证安全带持续被拉紧器固定，因此可能会出现力度限制方面的问题。而且电机中的剩余电流会加大汽车供应系统的载荷。
此外在满载荷拉紧时会出现高动态载荷情况，这种状态会造成安全带拉紧器输出级中出现很高的转矩(持续力矩)以及较高的啮合力，主要是使用的啮合部件斜齿上也会出现较高的轴向力，轴向力会导致齿轮部件如齿轮体变形，并对安全带拉紧器外壳中的轴颈产生不利影响。这也就意味着，啮合深度减少，导致带齿部件啮合时轴向上出现相对位移，会造成有效啮合面大量减少。上述两种影响会造成带齿部件载重能力明显下降。此外由于啮合角度出现问题，导致产生很高的径向力，从而造成啮合偏移及变形，因此啮合深度(有效齿高)和重叠量减少，也就是承载力减少，最后导致带齿部件出现机械损坏。
发明内容
本发明的目的是采用本文开头使用的安全带拉紧器驱动器解决上述问题，此种驱动器会在碰撞时出现很高的消极载荷，该载荷大于安全带拉紧器的有效拉紧载荷，因此会造成承载力明显减少，有时还会导致承载力增加。
利用本发明所述的安全带拉紧器驱动器的特征解决上述任务。
根据本发明所述的特征，此种安全带拉紧器用于拉紧缠绕在轴缠绕上的安全带，从动轮外齿部上至少有两个啮合段，第一个啮合段是一个固定几何结构的圆柱形齿部，紧贴的第二个啮合段的齿根圆直径逐渐和/或齿顶圆直径和/或齿厚度逐渐增大。
蜗轮蜗杆传动装置的驱动方向上(前进方向)，第一个啮合段与蜗杆啮合，在从动轮驱动的第二个传动箱的后退方向上，会产生导致变形的轴向力，第二个啮合段与蜗杆有效连接。
本发明的解决方法是，从动轮固定在第二个啮合段上，发生碰撞时，从动轮上会出现消极载荷，该载荷大于安全带拉紧器驱动器的有效拉紧力，拉紧器压紧第二个啮合段和蜗杆，从而使从动轮和蜗杆有效连接。从动轮和蜗杆之间的两次啮合能够提高力量传输效率和齿轮接触面，因此从动轮产生的径向力和轴向力都能被蜗杆有效抵消，从而减少从动级对轴颈的负载。从而使从动轮和蜗杆之间的啮合支撑力明显增加。
此外带两个啮合段的蜗杆有效连接会提高从动轮和蜗杆之间的摩擦，以至于在蜗轮蜗杆传动箱的从动轮驱动的后退方向上，电机需要提供一个减少的保持力保持有效系数，电机只需很少的电流即可。因此电机中只需要很少的保持电流就能实现安全带在高载荷条件下固定。通过改变的齿轮结构，能够提高第一个啮合段和第二个啮合段的负载能力。
此种结构简单、效率高的发明利用了机械系统原理，该系统主要由塑料制成，安全带拉紧器的驱动器在载荷的作用下会出现变形，本发明避免了上述情况。第二个传动箱的外部斜齿会产生轴向力，可以根据外齿部的倾斜方向调整轴向力，从动轮固定在可导致系统变形的位置上，在该位置上第二个啮合段与蜗杆齿部有效啮合连接，由于第二个啮合段的齿根圆直径和/或齿顶圆直径和/或齿厚度的持续增加，使从动轮和蜗杆之间的轴向力起到固定作用。
本发明安全带拉紧器的驱动器，其从动轮上有带两部分啮合段的外部斜齿构成，其结构简单，容易制作，例如，以压铸塑料部件的形式。因此本发明的安全带拉紧器驱动器的制造成本较低，只需要制作符合本发明的从动轮。
根据本发明结构，与第一个啮合段连接的第二个啮合段的齿根圆直径，从朝向从动轮端面的第一个啮合段的齿根圆直径逐渐增加到第一个啮合段的齿顶圆直径尺寸。
一方面，从第一个啮合段到第二个啮合段形成连续过渡，另一方面，在第二个传动箱后退方向上驱动时，从动轮和蜗杆之间形成的固定力能够与从动级产生的载荷抵消。
本发明结构的特殊优点为，第二个啮合段设计为包络蜗杆结构。因此在第二个啮合段范围内，齿深成圆弧状增加，在从动轮上径向力逐渐增加时，固定力也逐渐增加。
作为选择，第二个啮合段的包络状齿部的齿根圆直径和齿顶圆直径与第一个啮合段从齿根圆直径和齿顶圆直径相匹配并逐渐提高。
在本发明的进一步实施例中，所述心轴固定在具有一定弹簧刚性的弹性支架上，此种结构的特点是，蜗轮蜗杆传动箱在前进方向上驱动时，蜗杆与第一个从动轮的啮合段有效连接，蜗轮蜗杆传动箱在后退方向上驱动时，通过该消极持续力使蜗杆与从动轮的第二个啮合段有效连接。
弹性支架的弹簧力能够与增加的轴向啮合力相抵消，从而导致摩擦增大，有效系数降低，其结果是可以通过电机的持续电流减少弹簧力。
弹性固定的心轴作用是，在使用安全带拉紧器时，电机形成的拉紧力固定安全带，蜗轮蜗杆传动箱保持在前进方向驱动时，产生较高的有效系数，蜗轮蜗杆传动箱在后退方向上驱动时，比其他力矩大的消极保持力矩会拉紧安全带，有效系数尽量较低，电机只需要很少的电流产生很少的保持力矩固定安全带，因此对汽车电源的载荷也很少。
从而使产生保持力矩的电流能够进一步减少，还能在拉紧状态下给安全带提供很高的保持力矩并持续较长时间，而不会对汽车电源带来很大载荷。
本发明的其他优点是，支架固定在一个弹性部件上，主要是一个弹簧部件，结构十分简单。
根据本发明的最新结构，其中安装有一个传动箱，电机通过该传动箱驱动心轴。先后启动两个传动箱，需要的驱动有效系数较低。
附图说明
参照如下附加的图片进一步了解本发明的结构示例。如图所示：
图1根据本发明结构示例，所示的是一个通过电机驱动的蜗轮蜗杆传动箱的安全带拉紧器的驱动器透视图；
图2本发明的另一个结构示例，所示的是一个通过电机驱动的蜗轮蜗杆传动箱的安全带拉紧器的驱动器透视图；
图3a参照图1和2，所示的是横截面I-I的从动轮截面图及蜗杆法截面；
图3b所示的是放大俯视图及参照图1和2，安全带拉紧器驱动器中，带有齿圆直径逐渐增大的第二个啮合段的从动轮放大截面图；
图3c所示的是放大的俯视图和参照图1和2，安全带拉紧器驱动器中，带有齿根圆直径逐渐增大的第二个啮合段的从动轮齿部放大截面图；
图3d，所示的是放大的俯视图和参照图1和2，安全带拉紧器驱动器中，带有齿厚度逐渐增大的第二个啮合段的从动轮齿部放大截面图；
图3c，所示的是放大的俯视图和参照图1和2，安全带拉紧器驱动器中，齿高度不减少的带包络状齿部的第二啮合段的从动轮齿部的放大截面图；
图4，所示的是参照图1安装有弹性心轴的安全带拉紧器驱动器的示意图。
具体实施方式
参照图1，2和4，在本发明中对安全带拉紧器驱动器30的主要部件做了介绍，部分做了简要介绍。
参照图1安全带拉紧器驱动器30包括一个电机3，蜗轮蜗杆传动箱20的电机轴3a直接和心轴4连接，拉紧缠绕轴1，驱动缠绕轴缠绕安全带2。
参照图2，安全带拉紧器驱动器30的蜗轮蜗杆传动箱20由电机3通过传动箱20驱动。传动箱10设计为蜗轮蜗杆传动箱，其中有一个在电机3的电机轴3a上固定的蜗杆11以及一个在心轴4上固定的蜗轮12。
安全带拉紧器驱动器30外罩在图1和2中未显示。
蜗轮蜗杆传动箱20中包括一个固定在心轴4上的蜗杆24以及一个与蜗杆固定的从动轮21，从动轮上有外部斜齿22。从动轮21通过一个连接器与缠绕轴1连接。
参照图1，2和3，斜齿啮合的外部斜齿22包括两个啮合段，不同啮合方式的第一个啮合段22a以及第二个啮合段22b。
从动轮21的端面21a上起始的第一个啮合段22a是一个连续啮合结构形式的圆柱形齿部。持续啮合结构的齿深度T1一致，齿根圆直径dF一致，齿顶圆直径dK一致，(参照图2)。
第一个啮合段22a连接着第二个啮合段22b，第二个啮合段的齿深T2逐渐减少，齿根圆直径dF逐渐增加，齿顶圆直径dK相对于第一个啮合段22a不变，延伸至端面21b的相对位置。参照图3a，第二个啮合段22b为包络状啮合部，参照图3，其下部截面图清楚可见，显示的是蜗杆24啮合部与第二个啮合段22b的圆球状啮合部的啮合情况。
参照图3a的截面A-A，其在第二个啮合段22b的两个齿之间的范围延伸，显示的是齿根圆直径dF圆弧走向，采用标号23进行标示，其中，相应的半径R比圆柱形齿部22a的齿深T1要大。不仅包络状齿部的齿根圆直径dF是弧形的，基圆直径及节圆直径dT也是弧形的。
第一个啮合段22a的圆柱形齿部到第二个啮合段22b之间的过渡段是连续的，也就是说，包络状齿部22b从与齿深T1对应的齿深T2延伸至从动轮21的端面21b减少到零，在从动轮21的整个齿部宽度范围内的齿顶半径dK保持不变。
从动轮21的外部斜齿22可分离成第一个啮合段22a和第二个啮合段22b，这样包络状啮合部22b基本上等于所述从动轮21正面宽度的1/3。
安全带拉紧器驱动器30的功能如下所述。
为了形成拉紧安全带2的拉紧力，在前进方向上通过蜗轮蜗杆传动箱10(参照图1)或者通过蜗轮蜗杆的传动箱10和传动箱20(参照图2)驱动，蜗轮蜗杆20的蜗杆24与从动轮21的第一啮合段22a的圆柱形齿部啮合，通过较高的驱动有效系数保证啮合效果。图中所示，蜗轮蜗杆传动箱20位于规定位置。
安全带2通过电机拉紧后，安全带2会产生很高的压力，能够把乘客保持在固定位置。传输到从动轮21上的压力会把蜗轮蜗杆传动箱20(图2，安全带拉紧器驱动器30中的传动箱10)带入后退方向。
根据蜗轮蜗杆传动箱20的斜齿部，从动轮21会产生一个轴向力，轴向力的方向取决于斜齿部的斜度方向。根据图1，2和3，选用的斜度方向应该保证产生的轴向力会把从动轮21沿着箭头P1标注的方向挤压，使圆柱形齿部22a与蜗杆24不再啮合，第二个啮合段22b的包络状齿部在固定啮合时与蜗杆24啮合，且有效系数减少，从而在后退以及前进方向上驱动第二个传动箱20。蜗轮蜗杆传动箱20从固定位置到与包络状齿部啮合的位置，且有效系数持续减少。
从动轮21的包络状齿部22b与蜗杆24齿部之间的力传输面以及贴合面增加，从动轮21上出现的额定轴向力和径向力，并通过蜗杆24抵消。通过改变的包络状齿部22b的齿部结构提升安全带拉紧器驱动器30的消极承受能力。
从动轮21在后退方向上驱动两个变速箱20，有效系数减少，因此要求电机3产生持续降低的保持力，因此电机需要通过少量电流。在载荷较高时，电机3只需要通过较少电流即可达到固定安全带的电子固定功能。
如图1，2，3和3a的结构示例所示，从动轮21和蜗杆24齿部之间固定时出现消极结合力，通过第二个啮合段22b的包络状齿部抵消这个力。可以通过第二个啮合段22b的其他齿部结构与新形式的包络状齿部达到规定效果，如图3b至3e所示。
图3b中显示的是第二个啮合段22b，其齿部，齿顶高和/或齿根高持续增加到规定的数值DK，也就是说，参照图3b，齿顶圆半径从第一个啮合段22a起呈弧形提高到规定数值DK。
图3c显示的是新形式的包络状齿部，齿顶圆直径，基圆直径或节圆直径从第一个啮合段22a到第二个啮合段22b持续延伸，齿根圆直径dF呈弧形，至齿顶圆直径持续增加到规定值，同时齿深T2持续减少，第一个啮合段22a的齿深T1减少到零。
另一种使从动轮21与蜗杆24有效连接的方式，通过如图3d中所示的第二个啮合段的齿部来实现。第一个啮合段22a的齿厚度s在整个啮合段22b的范围内增大直至数值S。
如图3e中所示，第二个啮合段22b为包络状齿部结构，其齿根圆直径dF，基圆直径和节圆直径dT及齿顶圆直径dK在第二个齿部段22b的范围内持续延伸，直至达到规定的尺寸dF，dT和dK为止。相对于图3和3a的球状结构，其齿高没有减少。
上述第二个啮合段22b的齿部结构可以单独或者结合或者混合使用。原理是，第二个啮合段22b的齿根圆直径，齿顶圆直径或者齿厚度逐渐增加，其制造方法的优点在于，第二个啮合段22b齿部结构的两种尺寸可以综合成一体。
本发明的安全带拉紧器驱动器30的其他结构示例的优点见图4，如图1中，安全带拉紧器驱动器30的结构特点是，心轴4为弹性安装。通过支架6实现弹性安装，弹簧部件7固定在壳体与支架之间。
弹簧部件7的弹簧刚性的调节规定是，施加在从动轮21上产生拉紧力的消极载荷转矩大于通过电机产生的拉紧力矩，在该力矩作用下产生的蜗轮蜗杆传动箱20的啮合力使心轴4保持在方向P2中，也就是轴向平行于缠绕轴1方向上施加压力，因此蜗杆24与第二个啮合段22b的包络状齿部挤压啮合，造成与产生的固定力有关的驱动有效系数下降。
在前进驱动中，蜗杆24的齿部与从动轮21的第一个啮合段22a的圆柱形齿部啮合，从而产生与斜齿部倾斜角度有关的拉紧安全带的高效拉紧力。消极保持力较高时，通过弹簧部件7的弹簧刚性调节，调节成较低的驱动有效系数，部分消极保持力被蜗杆24抵消，而且还须给电机通过少量电流抵消剩余保持力。
给电机3通入相反方向的电流使固定在一起的蜗杆和第二个啮合段22b松脱，蜗杆24再次“回滚”到第一个啮合段22a，即圆柱形齿部22a的位置，心轴返回到初始位置。
符号说明
1 缠绕轴
2 安全带
3 电机
3a 电机3的电机轴
4 心轴
5 外壳壳体件
10 传动箱
11 传动箱10的蜗杆
12 传动箱10的蜗轮
20 蜗轮蜗杆传动箱
21 从动轮
21a 从动轮21的端面
21b 从动轮21的端面
22 从动轮外齿部
22a 外齿部22的第一个啮合段
22b 外齿部22的第二个啮合段
23 第二个啮合段22b的齿根圆直径
24 蜗杆
30 安全带拉紧器驱动器

Claims (7)

1.一种安全带拉紧器驱动器，其用于拉紧缠绕在缠绕轴(1)上的安全带(2)，包括：
一电机(3)，一心轴(4)以及一与缠绕轴(1)连接的从动轮(21)，和
一蜗轮蜗杆传动箱(20)，从动轮(21)通过传动箱由心轴(4)驱动，其中从动轮(21)的斜外齿部(22)与心轴(4)上固定的蜗杆(24)啮合，以形成所述蜗轮蜗杆传动箱(20)；
其特征在于，
从动轮的外齿部包括至少两个啮合段(22a，22b)，其中第一个啮合段(22a)上是持续的齿部结构，第二个啮合段(22b)的齿根圆直径(dF)和/或齿顶圆直径(dK)和/或齿厚度(s)持续增加；并且从动轮(21)固定在第二个啮合段(22b)上，如果出现消极载荷，拉紧器压紧第二个啮合段(22b)和蜗杆(24)，从而使从动轮(21)和蜗杆(24)有效连接。
2.根据权利要求1所述的安全带拉紧器驱动器，其特征在于，与第一个啮合段(22a)连接的第二个啮合段(22b)的齿根圆直径(dF)，基于朝向从动轮(21)的端面(21b)的第一个啮合段(22a)的齿根圆直径增加到第一个啮合段(22a)的齿顶圆直径(dK)尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的安全带拉紧器驱动器，其特征在于，第二个啮合段(22b)为包络状齿部结构。
4.根据权利要求1所述的安全带拉紧器驱动器，其特征在于，第二个啮合段(22b)为一包络状齿部，其齿根圆直径(dF)和齿顶圆直径(dK)从第一个啮合段(22a)的齿根圆直径(dF)和齿顶圆直径(dK)开始增加到规定数值(D)。
5.根据权利要求1所述的安全带拉紧器驱动器，其特征在于，所述心轴(4)设置于一具有一定弹簧刚性的弹性支架(6，7)上，这样蜗轮蜗杆传动箱(20)在前进方向上驱动时，蜗杆(24)与从动轮(21)的第一个啮合段(22a)有效连接，蜗轮蜗杆传动箱(20)在后退方向上驱动时，在一个消极持续载荷下，蜗杆(24)与从动轮(21)的第二个啮合段(22b)有效连接。
6.根据权利要求5所述的安全带拉紧器驱动器，其特征在于，支架(6)安装在一有弹性的结构部件(7)上。
7.根据权利要求1所述的安全带拉紧器驱动器，其特征在于，安装有一传动箱(10)，电机(3)通过该传动箱驱动心轴(4)。
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