CN110219542A - 一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，包括为汽车车窗开闭提供动力的电机及其减速装置、连接在电机及其减速装置动力输出端的动力传输自动中断机械装置组件、与动力传输自动中断机械装置组件动力输出端与车窗玻璃支架之间的传动组件。本发明通过机械结构传动中断汽车车窗的动力传输，能够解决现有汽车车窗防夹技术与装置依靠电子元器件及相应控制电路而出现的防夹效能不稳定或完全失效问题，使汽车车窗的防夹功能具有稳定性、持久性和低成本性等优点。
Description
技术领域
本发明属于汽车车窗零部件技术领域，主要是涉及一种能使汽车车窗关闭过程中遇到障碍物时动力传输自动中断的机械装置，以避免汽车车窗关闭过程中夹人现象的产生。
背景技术
车窗在汽车中普遍存在，不仅增强了汽车整体结构的美观性，还可调控车内外空气的流通交换，提高了驾驶者及乘客的乘车舒适性。据统计，超过80%以上的汽车车窗配备了电动车窗控制系统，每年至少有500起因汽车电动车窗关闭过程中的误操作而引发的夹人及其他伤亡事故，其中50%以上的事故发生在婴幼儿、儿童身上。汽车车窗关闭过程中遇到障碍物时，能够及时、有效中断动力传输是避免事故产生的关键因素。
现阶段，汽车车窗防夹技术多采用以霍尔感应传感器、压敏传感器为核心元器件，并辅以对应的控制电路等实现。发明专利CN102678008B公开了一种自适应的车窗防夹控制电路及控制方法，主要由控制器单元、霍尔传感器、检测电路和驱动电路等4部分组成；控制器单元通过驱动电路连接车窗电机，同时车窗电机运行过程中的参数变化通过检测电路连接至单元控制器，控制单元通过外部中断引脚与霍尔传感器相连；本发明涉及的全新驱动电路解决了汽车车窗防夹控制领域电流法普适性不强的问题，同时给出了一种自适应的车窗防夹控制方法。发明专利CN101046139A公开了一种车窗防夹系统，包括检测控制电路、传感器、微处理器等3部分，人体接触电容传感器会引起其电容的变化，检测电路迅速采集该信息，及时中止汽车车窗的上升运动，实现汽车车窗的防夹功能，避免夹人事故的产生。发明专利CN101182748B公开了一种汽车车窗防夹系统，所述系统通过LIN总线把车身控制模块BCM及防夹模块连接起来组成一个LIN网络，BCM为LIN网络的主节点，防夹模块为LIN网络的从节点，通过LIN总线的应用，能够促进汽车分级制网络结构的实施和完善，实现车窗防夹功能。实用新型CN204184175U公开了一种用于车辆的车窗防夹组件，主要部件包括压敏传感器和驱动装置，依靠压敏传感器采集的压力信号控制驱动装置的启动和停止，可有效避免防夹现象的发生。
上述发明专利和实用新型专利涉及的汽车车窗防夹技术与装置，多依靠电子元器件及其控制电路实现动力传输中断，虽能使汽车车窗产生防夹功能，但电子元器件及其控制电路的使用显著提高了汽车车窗的制造成本，更为重要的是由于电子元器件易在高温、严寒、粉尘、雨水等外界苛刻条件的影响下失效，导致防夹功能不稳定或完全丧失。因此，有必要研制一种基于机械部件的新型汽车车窗动力传输自动中断的机械装置。
发明内容
本发明基于上述技术背景，提供一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，基于机械部件传动，使汽车车窗具有稳定、持久性与低成本的防夹功能。
为实现上述技术目标，本发明所采取的技术方案是：
一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，包括为汽车车窗开闭提供动力的电机及其减速装置、连接在电机及其减速装置动力输出端的动力传输自动中断机械装置组件、动力传输自动中断机械装置组件动力输出端与车窗玻璃支架之间的传动组件；
所述传动组件包括与动力传输自动中断机械装置组件动力输出端齿传动的扇形齿板、下端固定在扇形齿板扇形中心处的主动臂、通过转轴转动连接在主动臂中部的从动臂、固定在车窗玻璃支架下部的移动导轨和固定在移动导轨下方车体上并与移动导轨平行设置的固定导轨。
作为本发明的进一步改进，所述主动臂的上端铰接在固定导轨上，所述从动臂的下端滑动连接在固定导轨内，所述从动臂的上端滑动连接在移动导轨内。
作为本发明的进一步改进，所述动力传输自动中断机械装置组件包括组件保护罩、设置在组件保护罩内的蜗轮、同轴固定设置在蜗轮两侧的涡轮轴、与一个涡轮轴同轴设置的下棘爪齿轮、传动连接在一个涡轮轴与下棘爪齿轮之间的棘爪传动组件以及固定设置在涡轮轴端部的涡轮轴轴承；
所述涡轮轴端部通过涡轮轴轴承连接在组件保护罩内侧壁上，以使蜗轮轴在组件保护罩内转动。
作为本发明的进一步改进，所述棘爪传动组件包括同轴固定在一个涡轮轴端部的上棘爪方轴、同轴固定设置在上棘爪方轴端部的上棘爪、与上棘爪配合的下棘爪、同轴固定设置在下棘爪底部的下棘爪齿轮轴以及套装在上棘爪方轴上的载荷传导弹簧；
所述上棘爪的上棘轮端面与下棘爪的下棘轮端面相贴合，形成端面摩擦配合；
所述下棘爪齿轮同轴固定在下棘爪齿轮轴上。
作为本发明的进一步改进，所述下棘爪底部开设有下棘爪安装方孔，所述下棘爪齿轮轴设置有插在下棘爪安装方孔内进行固定的方键。
作为本发明的进一步改进，所述组件保护罩上设置有用来固定安装在车门内部的固定壳体。
作为本发明的进一步改进，所述电机及其减速装置包括电机和通过联轴器固定连接在电机输出轴上的蜗杆，所述蜗杆与蜗轮相配合形成蜗轮蜗杆机构传动。
作为本发明的进一步改进，所述蜗轮轴包括涡轮轴本体以及间隔固定设置在涡轮轴本体上的蜗轮定位轴肩和蜗轮安装套筒；
所述蜗轮定位轴肩和蜗轮安装套筒分别形成突出涡轮轴本体的环形凸台。
作为本发明的进一步改进，所述蜗轮定位轴肩和蜗轮安装套筒将涡轮轴本体分隔为三段：位于蜗轮安装套筒外侧用来安装涡轮轴轴承的轴承安装定轴段、位于蜗轮定位轴肩与蜗轮安装套筒之间用来定位蜗轮位置的蜗轮安装轴段以及位于蜗轮定位轴肩外侧用来连接棘爪传动组件的连接轴端；
所述蜗轮安装轴段上设置有蜗轮安装键槽，蜗轮通过键连接固定安装在蜗轮安装轴段上。
作为本发明的进一步改进，所述上棘爪的上棘轮端面与下棘爪的下棘轮端面之间的摩擦系数为0.3-0.6；所述载荷传导弹簧的弹性系数为27.8 N/mm。
与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下：
本发明提供一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，通过机械结构传动中断汽车车窗的动力传输，能够解决现有汽车车窗防夹技术与装置依靠电子元器件及相应控制电路而出现的防夹效能不稳定或完全失效问题，使汽车车窗的防夹功能具有稳定性、持久性和低成本性等优点。
附图说明
图1 本发明的整体结构示意图；
图2 本发明的动力传输自动中断机械装置整体结构示意图；
图3 本发明的动力传输自动中断机械装置整体结构主视图；
图4 本发明的涡轮轴结构主视图；
图5 本发明的棘轮装置结构主视图；
其中：1、电机及其减速装置；1-1电机、1-2蜗杆；2、动力传输自动中断机械装置组件；2-1、蜗轮；2-2、蜗轮轴；2-2-1、上棘爪方轴安装孔；2-2-2、涡轮定位轴肩；2-2-3、蜗轮安装轴段；2-2-4、蜗轮安装键槽；2-2-5、蜗轮安装套筒；2-2-6、轴承安装定轴段；2-2-7连接轴端；2-3、涡轮轴轴承；2-4、载荷传导弹簧；2-5、上棘爪；2-5-1、上棘爪方轴；2-6、下棘爪；2-6-1、下棘爪安装方孔；2-7、下棘爪齿轮；2-7-1、下棘爪齿轮轴；2-8、组件保护罩；3、固定壳体；4、扇形齿板；5、主动臂；6、从动臂；7、固定导轨；8、移动导轨；9、车窗玻璃支架。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1-5所示，一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，包括为汽车车窗开闭提供动力的电机及其减速装置1、连接在电机及其减速装置1动力输出端的动力传输自动中断机械装置组件2、与动力传输自动中断机械装置组件2动力输出端与车窗玻璃支架9之间的传动组件；动力传输自动中断机械装置组件2的作用是在车窗关闭过程中遇到障碍物时能够实现传输动力自动中断。
所述传动组件包括与动力传输自动中断机械装置组件2动力输出端齿传动的扇形齿板4、下端固定在扇形齿板4扇形中心处的主动臂5、通过转轴转动连接在主动臂5中部的从动臂6、固定在车窗玻璃支架9下部的移动导轨8和固定在移动导轨8下方车体上并与移动导轨8平行设置的固定导轨7。扇形齿板4能够将动力传输给移动导轨8，由移动导轨8带动车窗玻璃支架9上下移动。
进一步的，所述主动臂5的上端铰接在固定导轨7上，所述从动臂6的下端滑动连接在固定导轨7内，所述从动臂6的上端滑动连接在移动导轨8内。扇形齿板4与主动臂5的下端以焊接的方式固定连接，主动臂5与从动臂6铰连接，从动臂6的下端与固定导轨7连接，从动臂6的上端与移动导轨8连接，主动臂5的上端与移动导轨8连接，在移动导轨8的两端设置能够夹持车窗玻璃的车窗玻璃支架9，以此实现汽车车窗玻璃打开与关闭过程所需要动力传递。
进一步的，所述动力传输自动中断机械装置组件2包括组件保护罩2-8、设置在组件保护罩2-8内的蜗轮2-1、同轴固定设置在蜗轮2-1两侧的涡轮轴2-2、与一个涡轮轴2-2同轴设置的下棘爪齿轮2-7、传动连接在一个涡轮轴2-2与下棘爪齿轮2-7之间的棘爪传动组件以及固定设置在涡轮轴2-2端部的涡轮轴轴承2-3；组件保护罩2-8内的各结构部件能够免受灰尘、雨水等污染物的污染；
所述涡轮轴2-2端部通过涡轮轴轴承2-3连接在组件保护罩2-8内侧壁上，以使蜗轮轴2-2在组件保护罩2-8内平稳转动。
进一步的，所述棘爪传动组件包括同轴固定在一个涡轮轴2-2端部的上棘爪方轴2-5-1、同轴固定设置在上棘爪方轴2-5-1端部的上棘爪2-5、与上棘爪2-5配合的下棘爪2-6、同轴固定设置在下棘爪2-6底部的下棘爪齿轮轴2-7-1以及套装在上棘爪方轴2-5-1上的载荷传导弹簧2-4；所述上棘爪2-5的上棘轮端面与下棘爪2-6的下棘轮端面相贴合，形成端面摩擦配合；所述下棘爪齿轮2-7同轴固定在下棘爪齿轮轴2-7-1上。
进一步的，所述下棘爪2-6底部开设有下棘爪安装方孔2-6-1，所述下棘爪齿轮轴2-7-1设置有插在下棘爪安装方孔2-6-1内进行固定的方键。
上棘爪2-5的上棘爪方轴2-5-1插入蜗轮轴2-2的上棘爪方轴安装孔2-2-1中，能够实现动力传输，又可使上棘爪2-5沿轴向小范围移动；载荷传导弹簧2-4套装在上棘爪2-5的上棘爪方轴2-5-1上，依靠上棘爪2-5与蜗轮轴2-2的底部定位，其作用是依靠弹簧收缩产生正压力，施加到上棘爪2-5与下棘爪2-6的摩擦面上，增大两者支架的摩擦，产生较强的摩擦配合，确保动力传递；下棘爪2-6与上棘爪2-5配合，在汽车车窗打开过程中依靠棘轮结构传递动力，在汽车车窗关闭过程中依靠摩擦传递动力，下棘爪2-6的底部设置下棘爪安装方孔2-6-1，与下棘爪齿轮2-7连接，实现汽车车窗打开与关闭过程中所需要的动力传输，也使下棘爪2-6沿轴向小范围移动。
进一步的，所述组件保护罩2-8上设置有用来固定安装在车门内部的固定壳体3，便于动力传输自动中断机械装置组件保护罩2-8在车门内部的固定安装。
进一步的，所述电机及其减速装置1包括电机1-1和通过联轴器固定连接在电机1-1输出轴上的蜗杆1-2，获取电机1-1输出的动力，所述蜗杆1-2与蜗轮2-1相配合形成蜗轮蜗杆机构传动。
进一步的，所述蜗轮轴2-2包括涡轮轴本体以及间隔固定设置在涡轮轴本体上的蜗轮定位轴肩2-2-2和蜗轮安装套筒2-2-5；
所述蜗轮定位轴肩2-2-2和蜗轮安装套筒2-2-5分别形成突出涡轮轴本体的环形凸台。
进一步的，所述蜗轮定位轴肩2-2-2和蜗轮安装套筒2-2-5将涡轮轴本体分隔为三段：位于蜗轮安装套筒2-2-5外侧用来安装涡轮轴轴承2-3的轴承安装定轴段2-2-6、位于蜗轮定位轴肩2-2-2与蜗轮安装套筒2-2-5之间用来定位蜗轮2-1位置的蜗轮安装轴段2-2-3以及位于蜗轮定位轴肩2-2-2外侧用来连接棘爪传动组件的连接轴端2-2-7；所述蜗轮安装轴段2-2-3上设置有蜗轮安装键槽2-2-4，蜗轮2-1通过键连接固定安装在蜗轮安装轴段2-2-3上。
实施例
一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，包括上述结构。在该实施例中，2-5上棘爪和2-6下棘爪的半径200 mm，偏斜角α=15°，厚度3.5 mm，啮合总厚度6 mm。上棘爪2-5的材质为合金钢，下棘爪2-6的材质为铸铁，之间的摩擦系数为0.3，并对上棘爪2-5、下棘爪2-6的摩擦面进行淬火和氮化处理，以增强摩擦面的硬度与耐磨特性。设定汽车车窗关闭过程中传输机构及执行结构产生的阻力为15 N，设定汽车车窗关闭过程中遇到障碍物产生的阻力为35 N时，动力传输自动中断，即上棘爪2-5和下棘爪2-6脱啮合，启动汽车车窗防夹功能。35 N的障碍物阻力，亦为夹紧力，即汽车车窗玻璃夹紧障碍物时产生的阻力，在该大小的阻力作用下，被夹紧的婴幼儿童会产生疼痛感但不会产生身体伤害。
根据以上设定条件，障碍物产生的阻力35 N时，则此时汽车车窗关闭过程中的总阻力为50 N，依据下棘爪2-6与上棘爪2-5摩擦面之间的摩擦系数0.3，可计算出由载荷传导弹簧2-4提供的最大正压力为166.7 N。由下棘爪2-6与上棘爪2-5之间的啮合总厚度6 mm，确定载荷传导弹簧2-4的行程为6 mm，即载荷传导弹簧2-4被压缩6 mm时产生的弹力（正压力）为166.7 N，由此计算载荷传导弹簧2-4的弹性系数应为27.8 N/mm。根据上述参数，选定载荷传导弹簧2-4的材料为C级碳素弹簧钢。
汽车车窗在关闭过程中，突遇障碍物且受到阻碍作用，产生的阻力会随车窗玻璃的推进而逐渐增大。当障碍物阻力超过35 N即汽车车窗关闭过程中的总阻力超过50N时，若要使上棘爪2-5和下棘爪2-6继续保持摩擦啮合，则需上棘爪2-5和下棘爪2-6之间摩擦面的摩擦力超过50 N。在该情况下，则需载荷传导弹簧2-4提供的弹力，即下棘爪2-6和上棘爪2-5之间的正压力，超过166.7 N。但实际上，预设的载荷传导弹簧2-4的最大弹力为166.7 N，故此时上棘爪2-5和下棘爪2-6脱啮合，导致电机1-1输出的动力不能正常传导给车窗玻璃支架9，以此实现了了汽车车窗关闭过程中遇到障碍物时动力传输的自动中断，达到了汽车车窗的防夹效果。
Claims (10)
1.一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，其特征在于：包括为汽车车窗开闭提供动力的电机及其减速装置（1）、连接在电机及其减速装置（1）动力输出端的动力传输自动中断机械装置组件（2）、动力传输自动中断机械装置组件（2）动力输出端与车窗玻璃支架（9）之间的传动组件；
所述传动组件包括与动力传输自动中断机械装置组件（2）动力输出端齿传动的扇形齿板（4）、下端固定在扇形齿板（4）扇形中心处的主动臂（5）、通过转轴转动连接在主动臂（5）中部的从动臂（6）、固定在车窗玻璃支架（9）下部的移动导轨（8）和固定在移动导轨（8）下方车体上并与移动导轨（8）平行设置的固定导轨（7）。
2.根据权利要求1所述的一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，其特征在于：所述主动臂（5）的上端铰接在固定导轨（7）上，所述从动臂（6）的下端滑动连接在固定导轨（7）内，所述从动臂（6）的上端滑动连接在移动导轨（8）内。
3.根据权利要求1所述的一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，其特征在于：所述动力传输自动中断机械装置组件（2）包括组件保护罩（2-8）、设置在组件保护罩（2-8）内的蜗轮（2-1）、同轴固定设置在蜗轮（2-1）两侧的涡轮轴（2-2）、与一个涡轮轴（2-2）同轴设置的下棘爪齿轮（2-7）、传动连接在一个涡轮轴（2-2）与下棘爪齿轮（2-7）之间的棘爪传动组件以及固定设置在涡轮轴（2-2）端部的涡轮轴轴承（2-3）；
所述涡轮轴（2-2）端部通过涡轮轴轴承（2-3）连接在组件保护罩（2-8）内侧壁上，以使蜗轮轴（2-2）在组件保护罩（2-8）内转动。
4.根据权利要求3所述的一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，其特征在于：所述棘爪传动组件包括同轴固定在一个涡轮轴（2-2）端部的上棘爪方轴（2-5-1）、同轴固定设置在上棘爪方轴（2-5-1）端部的上棘爪（2-5）、与上棘爪（2-5）配合的下棘爪（2-6）、同轴固定设置在下棘爪（2-6）底部的下棘爪齿轮轴（2-7-1）以及套装在上棘爪方轴（2-5-1）上的载荷传导弹簧（2-4）；
所述上棘爪（2-5）的上棘轮端面与下棘爪（2-6）的下棘轮端面相贴合，形成端面摩擦配合；
所述下棘爪齿轮（2-7）同轴固定在下棘爪齿轮轴（2-7-1）上。
5.根据权利要求4所述的一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，其特征在于：所述下棘爪（2-6）底部开设有下棘爪安装方孔（2-6-1），所述下棘爪齿轮轴（2-7-1）设置有插在下棘爪安装方孔（2-6-1）内进行固定的方键。
6.根据权利要求3所述的一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，其特征在于：所述组件保护罩（2-8）上设置有用来固定安装在车门内部的固定壳体（3）。
7.根据权利要求3所述的一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，其特征在于：所述电机及其减速装置（1）包括电机（1-1）和通过联轴器固定连接在电机（1-1）输出轴上的蜗杆（1-2），所述蜗杆（1-2）与蜗轮（2-1）相配合形成蜗轮蜗杆机构传动。
8.根据权利要求3所述的一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，其特征在于：所述蜗轮轴（2-2）包括涡轮轴本体以及间隔固定设置在涡轮轴本体上的蜗轮定位轴肩（2-2-2）和蜗轮安装套筒（2-2-5）；
所述蜗轮定位轴肩（2-2-2）和蜗轮安装套筒（2-2-5）分别形成突出涡轮轴本体的环形凸台。
9.根据权利要求8所述的一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，其特征在于：所述蜗轮定位轴肩（2-2-2）和蜗轮安装套筒（2-2-5）将涡轮轴本体分隔为三段：位于蜗轮安装套筒（2-2-5）外侧用来安装涡轮轴轴承（2-3）的轴承安装定轴段（2-2-6）、位于蜗轮定位轴肩（2-2-2）与蜗轮安装套筒（2-2-5）之间用来定位蜗轮（2-1）位置的蜗轮安装轴段（2-2-3）以及位于蜗轮定位轴肩（2-2-2）外侧用来连接棘爪传动组件的连接轴端（2-2-7）；
所述蜗轮安装轴段（2-2-3）上设置有蜗轮安装键槽（2-2-4），蜗轮（2-1）通过键连接固定安装在蜗轮安装轴段（2-2-3）上。
10. 根据权利要求4所述的一种具有动力传输自动中断机械装置的汽车车窗，其特征在于：所述上棘爪（2-5）的上棘轮端面与下棘爪（2-6）的下棘轮端面之间的摩擦系数为0.3-0.6；所述载荷传导弹簧（2-4）的弹性系数为27.8 N/mm。
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