CN109873529B - 拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆‑斜齿轮传动机构，包括电机、传动丝杆、芯轴、转盘、助力机构一、助力机构二、传动杆、缓冲机构和外部负载，电机设置在传动机构的左下部，传动丝杆与电机的输出端连接，转盘固定套接在芯轴上，转盘包括主动盘和被动盘，主动盘包括调节槽、调节器、连接头一和传动齿轮，传动齿轮与传动丝杆啮合，被动盘上固定设有连接轴，助力机构一两端与连接轴右侧、传动机构右侧内壁分别固定连接，助力机构二包括滑座、旋转轴、连接头二和弹簧杆，传动杆与外部负载连接，缓冲机构设置在传动杆的中部。

Description

拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构

技术领域

本发明属于电机传动技术领域，具体是涉及拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构。

背景技术

在汽车生产中，常规车载电源主要是蓄电池和发电机，车辆在未启动前，唯一的供电电源是蓄电池，车载用电设备在车辆未启动时工作，需要对用电设备的功率和用电量进行有效控制和降低。如果功率过大，会使得电池电量消耗过快，进而造成电池损耗或者亏电，同时电机电流增大，造成线束导电截面增加，发热和防护相应的提高，增加了线束生产成本。

普通的传动形式只能保持普通直流电机的输出特性进行驱动，在大部分驱动状态下，电机的效率不高，并且电机的设计计算和选型时，需要以负载的最大值作为驱动机构的输出能力进行设计，造成电机选型功率大，相应的电机成本增加，在大批量生产中，造成生产成本大幅增加。

本发明使用斜齿轮与涡轮配合传动，在保持原有涡轮蜗杆机构的传动比及传动特性的前提下，降低了制造难度，大幅提高了生产效率，降低成本。并且双助力机构形式打破了传统助力形式，根据负载特性适配恰当的助力输出，最大程度的减小功率元件的输出波动，优化参数，降低驱动元件功率，缩小机构体积，减轻系统重量。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构。

本发明的技术方案是：拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构，主要包括电机、传动丝杆、芯轴、转盘、助力机构一、助力机构二、传动杆、缓冲机构和外部负载，所述电机设置在传动机构的左下部，所述传动丝杆设置在传动机构的内下部，传动丝杆的左端与电机的输出端固定连接，传动丝杆的右端与传动机构内壁活动连接，所述芯轴活动设置在传动丝杆上方的传动机构内部，所述转盘固定套接在芯轴上，转盘包括主动盘和被动盘，所述主动盘位于转盘下半部，主动盘包括调节槽、调节器、连接头一和传动齿轮，所述调节槽为弧形槽，所述调节器活动卡接在调节槽上，所述连接头一旋转连接在调节器的外侧，所述传动齿轮均匀设置在主动盘的外侧，并且传动齿轮与传动丝杆啮合连接，所述被动盘位于转盘上半部，被动盘上固定设有连接轴，所述助力机构一两端与连接轴右侧、传动机构右侧内壁分别固定连接，所述助力机构二包括滑座、旋转轴、连接头二和弹簧杆，所述滑座滑动连接在传动机构内底部的滑槽上，所述旋转轴旋转连接在滑座的顶端，所述连接头二旋转连接在旋转轴的上部外侧，所述弹簧杆与连接头一、连接头二分别固定连接，所述传动杆右端固定连接在连接轴左侧，传动杆左侧与所述外部负载连接，所述缓冲机构设置在传动杆的中部。

进一步地，所述电机在控制电路的控制下作周期性正反转，带动转盘作周期性正反转，助力机构在转盘往复旋转运动时，助力特性呈直线性的特性，助力机构在此过程中提供的助力特性呈正弦线特性，两个助力机构的合力具有与负载特性曲线相近的特征，通过调整两套助力机构的作用点，即可拟合出与负载相近特性曲线。

进一步地，所述转盘两侧的芯轴上设有两个限位螺栓，避免转盘在芯轴上转动时偏移。

进一步地，所述传动机构两侧设有减震撑座，在传动机构工作时，会产生震动，减震撑座可以避免传动机构因震动而产生偏移。

进一步地，所述弹簧杆为预应力弹簧杆，预应力弹簧杆可以对主动盘施加预应力，减小电机运行功率。

进一步地，所述缓冲机构内部为减速弹簧，减速弹簧可以将传动机构对负载做的功吸收，并在转盘回转的时候释放，对转盘反向做功。

进一步地，所述滑槽底部根据滑座移动对弹簧杆产生的力大小对应标有刻度，可以根据需求调节滑座位置，从而调节弹簧杆预应力大小。

本发明的工作原理是：首先将外部负载安装在传动机构上，根据负载参数调节助力机构一在被转盘上的助力点，通过将调节器在调节槽上滑动固定，调节助力机构二在主动盘上的助力点，通过将滑座在滑槽上移动来调整助力机构二的助力大小，开启电机，电机带动传动丝杆作周期性正反转，将与传动丝杆通过传动齿轮啮合的主动盘带动以芯轴为圆心旋转，被动盘带动传动杆对外部负载做功，缓冲机构将传动机构对外部负载做的功吸收，转盘旋转90°后反向旋转，缓冲机构对转盘反向做功，转盘回到初始位置，如此反复，助力机构一在转盘往复旋转运动时，助力特性呈直线性的特性，助力机构二在此过程中提供的助力特性呈正弦线特性。两个助力机构的合力具有与负载特性曲线相近的特征，通过调整两套助力机构的作用点，即可拟合出与负载特性曲线相近特性曲线。

本发明的有益效果是：本发明提供的拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构，通过分别调整助力机构的力值大小、力的作用点和助力方向，使得助力机构的合力与负载方向相反，特性相似，剩余的驱动力由电机提供。如此可降低电机的输出力矩，负载的最大力值和助力机构的合力最大值处于同一位置或时间，助力与负载相减，即是电机的输出力，以负载和助力机构合力的最大值进行电机的设计计算，可大幅降低电机的输出需求。电机成本、控制系统、线束的加工成本都相应的降低。在回程驱动中，助力机构储能，正向驱动中，助力机构释放储能，降低电机的输出。往复运动中，使得电机的运行更稳定，冲击小，提高电机的输出效率，极大延长电机的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是助力机构一、助力机构二分别的输出特性图；

图3是助力机构一、助力机构二合力输出特性图；

图4是普通直流电机的输出特性图；

图5是负载的特性曲线图；

图6是现有助力系统数据合成图。

其中，1-电机、2-传动丝杆、3-芯轴、4-转盘、41-主动盘、411-调节槽、412-调节器、413-连接头一、414-传动齿轮、42-被动盘、421-连接轴、5-助力机构一、6-助力机构二、61-滑座、62-旋转轴、63-连接头二、64-弹簧杆、7-传动杆、8-缓冲机构、9-外部负载、10-滑槽、11-减震撑座。

具体实施方式

为便于对本发明技术方案的理解，下面结合附图1-6和具体实施例对本发明做进一步的解释说明，实施例并不构成对发明保护范围的限定。

实施例1

如图1所示，拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构，主要包括电机1、传动丝杆2、芯轴3、转盘4、助力机构一5、助力机构二6、传动杆7、缓冲机构8和外部负载9，电机1设置在传动机构的左下部，电机1在控制电路的控制下作周期性正反转，传动丝杆2设置在传动机构的内下部，传动丝杆2的左端与电机1的输出端固定连接，传动丝杆2的右端与传动机构内壁活动连接，芯轴3活动设置在传动丝杆2上方的传动机构内部，转盘4固定套接在芯轴3上，转盘4两侧的芯轴3上设有两个限位螺栓31，转盘4包括主动盘41和被动盘42，主动盘41位于转盘4下半部，主动盘41包括调节槽411、调节器412、连接头一413和传动齿轮414，调节槽411为弧形槽，调节器412活动卡接在调节槽411上，连接头一413旋转连接在调节器412的外侧，传动齿轮414均匀设置在主动盘41的外侧，并且传动齿轮414与传动丝杆2啮合连接，被动盘42位于转盘4上半部，被动盘42上固定设有连接轴421，助力机构一5两端与连接轴421右侧、传动机构右侧内壁分别固定连接，助力机构二6包括滑座61、旋转轴62、连接头二63和弹簧杆64，滑座61滑动连接在传动机构内底部的滑槽10上，滑槽10底部根据滑座61移动对弹簧杆64产生的力大小对应标有刻度，旋转轴62旋转连接在滑座61的顶端，连接头二63旋转连接在旋转轴62的上部外侧，弹簧杆64与连接头一413、连接头二63分别固定连接，弹簧杆64为预应力弹簧杆，传动杆7右端固定连接在连接轴421左侧，传动杆7左侧与外部负载9连接，缓冲机构8设置在传动杆7的中部，缓冲机构8内部为减速弹簧，传动机构两侧设有减震撑座11。

工作原理：首先将外部负载9安装在传动机构上，根据负载参数调节助力机构一5在被转盘42上的助力点，通过将调节器412在调节槽411上滑动固定，调节助力机构二在主动盘41上的助力点，通过将滑座61在滑槽10上移动来调整助力机构二6的助力大小，开启电机1，电机1带动传动丝杆2作周期性正反转，将与传动丝杆2通过传动齿轮414啮合的主动盘41带动以芯轴3为圆心旋转，被动盘带动传动杆7对外部负载9做功，缓冲机构8将传动机构对外部负载9做的功吸收，转盘4旋转90°后反向旋转，缓冲机构8对转盘4反向做功，转盘4回到初始位置，如此反复。

实施例2

利用实施例1提供的拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构研究助力机构一与助力机构二对传动机构的具体影响。

首先拆除助力机构二，测出助力机构一在转盘往复旋转运动时，提供的助力特性呈直线性的特性，然后拆除助力机构一，安装助力机构二，测出助力机构二在转盘往复旋转运动时，提供的助力特性呈正弦线特性，如图2所示，将助力机构一与助力机构二同时安装并分别调整助力机构一与助力机构二的力值大小、力的作用点和助力方向，测出助力机构的合力与负载方向相反，特性相似，如图3所示。

结论：两个助力机构的合力具有与负载特性曲线相近的特征，通过调整两套助力机构的作用点，即可拟合出与负载相近特性曲线，负载的最大力值和助力机构的合力最大值处于同一位置或时间，助力与负载相减，即是电机的输出力，以负载和助力机构合力的最大值进行电机的设计计算，可大幅降低电机的输出需求。

对比例1

对普通直流电机的输出特性进行研究，得到普通直流电机的输出特性图，如图4所示，以普通直流电机驱动负载，负载的特性曲线如图5所示。

普通的传动形式只能保持普通直流电机的输出特性进行驱动，在大部分驱动状态下，电机的效率不高，并且普通电机的设计计算和选型时，需要以负载的最大值作为驱动机构的输出能力进行设计，造成电机选型功率大，相应的电机成本增加，在大批量生产中，造成生产成本大幅增加。

结论，本发明提供的拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构可以提高电机的输出效率，极大延长电机的使用寿命。

对比例2

选取现有的助力机构，研究发现，现有的助力机构大多数为线性助力系统，助力系统数据合成图如图6所示。

结论：现有的结构对电源要求较高，功率要求高，现有的涡轮蜗杆传动机构，涡轮制造较为复杂且成本较高，在对应离合器膜片弹簧等非线性负载时不能很好的发挥其助力作用，并且体积重量大、效率低，本发明提供的传动机构明显优于现有技术。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构，其特征在于，主要包括电机(1)、传动丝杆(2)、芯轴(3)、转盘(4)、助力机构一(5)、助力机构二(6)、传动杆(7)、缓冲机构(8)和外部负载(9)，所述电机(1)设置在传动机构的左下部，所述传动丝杆(2)设置在传动机构的内下部，传动丝杆(2)的左端与电机(1)的输出端固定连接，传动丝杆(2)的右端与传动机构内壁活动连接，所述芯轴(3)活动设置在传动丝杆(2)上方的传动机构内部，所述转盘(4)固定套接在芯轴(3)上，转盘(4)包括主动盘(41)和被动盘(42)，所述主动盘(41)位于转盘(4)下半部，主动盘(41)包括调节槽(411)、调节器(412)、连接头一(413)和传动齿轮(414)，所述调节槽(411)为弧形槽，所述调节器(412)活动卡接在调节槽(411)上，所述连接头一(413)旋转连接在调节器(412)的外侧，所述传动齿轮(414)均匀设置在主动盘(41)的外侧，并且传动齿轮(414)与传动丝杆(2)啮合连接，所述被动盘(42)位于转盘(4)上半部，被动盘(42)上固定设有连接轴(421)，所述助力机构一(5)两端与连接轴(421)右侧、传动机构右侧内壁分别固定连接，所述助力机构二(6)包括滑座(61)、旋转轴(62)、连接头二(63)和弹簧杆(64)，所述滑座(61)滑动连接在传动机构内底部的滑槽(10)上，所述旋转轴(62)旋转连接在滑座(61)的顶端，所述连接头二(63)旋转连接在旋转轴(62)的上部外侧，所述弹簧杆(64)与连接头一(413)、连接头二(63)分别固定连接，所述传动杆(7)右端固定连接在连接轴(421)左侧，传动杆(7)左侧与所述外部负载(9)连接，所述缓冲机构(8)设置在传动杆(7)的中部。

2.根据权利要求1所述的拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构，其特征在于，所述电机(1)在控制电路的控制下作周期性正反转。

3.根据权利要求1所述的拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构，其特征在于，所述转盘(4)两侧的芯轴(3)上设有两个限位螺栓(31)。

4.根据权利要求1所述的拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构，其特征在于，所述传动机构两侧设有减震撑座(11)。

5.根据权利要求1所述的拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构，其特征在于，所述弹簧杆(64)为预应力弹簧杆。

6.根据权利要求1所述的拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构，其特征在于，所述缓冲机构(8)内部为减速弹簧。

7.根据权利要求1所述的拟合负载特性的双助力机构形式的蜗杆-斜齿轮传动机构，其特征在于，所述转盘(4)两侧的芯轴(3)上分别设有限位螺栓(31)。

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