CN114278714A - 简构式谐波传动装置、应用和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简构式谐波传动装置、应用和方法，柔性传动部件的外齿圈在未受外力的状态下呈现圆形环状结构；第一刚性传动部件和第二刚性传动部件与所述柔性传动部件啮合和/或啮出；第二刚性传动部件内嵌入第一传动部件内腔结构中且能在第一刚性传动部件中转动；至少从轴向将波发生器、第二刚性传动部件封装的封盖；封盖具有与所述第二刚性传动部件形成周向限位配合的结构，第二刚性传动部件与第一刚性传动部件保持同步转动或产生错位转角。对钢轮和柔轮结合面独立封装，使用寿命和运行稳定性均得到大幅提高，结构非常简化且能达到同样的传动效果、成本低有利于批量生产。且能够产生更稳定的使用效果和精确的调节精度。

Description

简构式谐波传动装置、应用和方法

技术领域

本发明涉及本发明属于谐波传动装置，特别涉及具有两个刚性传动部件的谐波传动装置及相关应用和方法。

背景技术

可变气门正时系统(VVT)系统中需要对发动机凸轮的相位进行调节以控制废气排放。目前一般采用凸轮轴相位调节器，这种凸轮轴相位调节器一般包括圆柱齿轮啮合驱动的驱动器。

这种相位调节驱动器一般需配合电磁阀体的设计进行精密设计，结构复杂，工艺成本昂贵，且目前由于相位角度的调节的复杂性，精度无法达到期望。

目前有将谐波减速装置用于该调节驱动器的研究，但是因为谐波装置中柔轮在不受外力情况下需要设计为非圆形结构，因而对柔轮的加工精度要求较高，同时，由于钢轮和柔轮结合面裸露在外，独立性不够影响平稳性和使用寿命，进一步容易影响控制精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种简构式谐波传动装置，对钢轮和柔轮结合面独立封装，使用寿命和运行稳定性均得到大幅提高，结构非常简化且能达到同样的传动效果、成本低有利于批量生产。

同时本发明的调节方法运行稳定，能够产生更稳定的使用效果和精确的调节精度。

最后，本发明提供装置的应用能够适用于凸轮轴调节器，尤其适用于可变气门正时系统(VVT)系统中对发动机凸轮的相位进行调节。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种简构式谐波传动装置，其特征在于包括：

波发生器，包括凸轮和凸轮外固定的柔性轴承；

设置于波发生器外围，且依据波发生器变形的具有外齿圈的环形体柔性传动部件，所述柔性传动部件的外齿圈在未受外力的状态下呈现圆形环状结构；

与所述柔性传动部件的外齿圈间歇啮合和/或啮出的具有内齿圈的第一刚性传动部件和第二刚性传动部件；

第一刚性传动部件具有外齿部、以及由至少径向和轴向方向壁面构成的内腔结构；第二刚性传动部件内嵌入第一传动部件内腔结构中且能在第一刚性传动部件中转动；在第一刚性传动部件和第二刚性传动部件轴向结合处形成用于容纳柔性传动部件和波发生器的环形空间；

封盖，至少从轴向将波发生器、第二刚性传动部件封装在所述第一传动部件的内腔结构中，封盖具有与所述第二刚性传动部件形成周向限位配合的结构；波发生器的输入端从封盖中心沿轴向伸出而连接波发生器驱动装置。

进一步地，第一刚性传动部件齿数与柔性传动部件的齿数相同，第二刚性传动部件的齿数与第一刚性传动部件齿数相差2个齿数。

进一步地，所述第一刚性传动部件和第二刚性传动部件中心孔在所述环形空间处设置为轴承座，在各轴承座和波发生器的凸轮之间沿轴向设置支撑轴承。

进一步地，在所述环形空间中设置润滑脂。

进一步地，所述凸轮包括椭圆形凸轮结构，柔性轴承固定在椭圆形凸轮结构上并形成一致的椭圆形结构。

进一步地，所述柔性传动部件在工作状态下呈现与凸轮一致的椭圆形结构。

进一步地，第二刚性传动部件上设置轴向从动轴。

进一步地，第一刚性传动部件的外齿部与链式或带式或齿轮输入装置啮合，借助于皮带或链之类的牵引机构或齿轮驱动。

一种所述的简构式谐波传动装置的应用，所述简构式谐波传动装置用作为凸轮轴调节器的调节传动装置，或用作为用于调节内燃机压缩比的设备的调节传动装置。

一种用于运行波发生器的方法，其特征在于：

所述波发生器外围设有依据波发生器变形的具有外齿圈的环形体柔性传动部件，所述柔性传动部件的外齿圈在未受外力的状态下呈现圆形环状结构；

具有内齿圈的第一刚性传动部件和第二刚性传动部件与所述柔性传动部件的外齿圈间歇啮合和/或啮出；

第一刚性传动部件具有外齿部、以及由至少径向和轴向方向壁面构成的内腔结构，第二刚性传动部件内嵌入第一传动部件内腔结构中且能在第一刚性传动部件中转动；在第一刚性传动部件和第二刚性传动部件之间形成用于容纳柔性传动部件和波发生器的环形空间；

至少从轴向将波发生器、第二刚性传动部件封装在所述第一传动部件的内腔结构中的封盖；封盖具有与所述第二刚性传动部件形成周向限位配合的结构；

当圆形环状柔性传动部件的外齿圈被波发生器撑成椭圆形后，柔性传动部件外齿圈的齿形与输出法兰或第二刚性传动部件的齿形会根据长短轴的不断变化而不断处于啮入、啮合、啮出、脱开，使第二刚性传动部件转动输出而与输入部件或第一刚性传动部件保持同步转动或产生错位转角。

本发明的工作原理是：

由于柔性轴承安装在椭圆形的凸轮上，迫使柔性轴承同样也呈椭圆形结构。由于波发生器的长轴的长度略大于圆形的帽型柔轮的直径。当波发生器安装入柔轮内孔后直接将圆形柔轮撑成椭圆形，使柔轮或柔性传动部件在长轴方向的齿形与输出法兰的齿形完全啮合，在短轴方向的齿形与输出法兰的齿形完全脱离：而在柔轮其它各处齿形分别处于“啮入”或者“啮出”状态。由于第二刚性传动部件相对于第一刚性传动部件能够转动，当波发生器处于连续运转状态时，柔轮或柔性传动部件长轴、短轴方向的齿形会不断变化，同时柔轮的齿形与第二刚性传动部件的齿形会根据柔轮的长短轴的不断变化而不断处于啮入、啮合、啮出、脱开，使第二刚性传动部件连续转动。

当带轮或第一刚性传动部件与第二刚性传动部件同步转动的时候，波发生驱动电机需要与带轮同步转动；当第一刚性传动部件与第二刚性传动部件需要有转角的时候，波发生驱动电机的转速就要与第一刚性传动部件的转速不同，波发生器作用使第二刚性传动部件转动从而使得第二刚性传动部件从动轴与带轮或第一刚性传动部件产生所需要的错位转角。

本发明产生的有益效果是：

相对于目前柔轮在不受外力情况下需要设计为非圆形结构，现有技术对柔轮的设计验证和加工精度要求较高，而本发明的谐波传动装置柔轮采用在非受力状态下为圆形结构，设计和制造工艺简单，对柔轮的可靠性验证过程难度降低，特别适于大批量生产。

本发明第一刚性传动部件自身设置为具有内腔的封闭式，采用封闭式扁平结构将柔轮、波发生器和两个刚性传动部件封装一体，且在封闭式的结构中可以设置润滑脂，保证了谐波传动装置的寿命和平稳性。

此外，封闭式结构的第一刚性传动部件和第二传动部件自身均设置成轴承座形式，无需增加额外装置即可通过设置支撑轴承增加波发生器凸轮的平稳性和可靠性，保证了错位转角的调节精度，也保证了结构最简化的能效提升效果。

本发明适合于在凸轮轴调节器中使用，尤其适用于可变气门正时系统(VVT)系统中对发动机凸轮的相位进行调节。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明简构式谐波传动装置的侧视图。

图2是本发明实施例1简构式谐波传动装置的装配图(图1的A-A剖视图)。

图3是本发明实施例1简构式谐波传动装置的爆破图。

图4是本发明简构式谐波传动装置的柔轮俯视图。

图5是本发明简构式谐波传动装置的钢轮立体结构图。

图6是本发明实施例2简构式谐波传动装置的装配结构示意图(图1的A-A剖视图)。

图7是本发明实施例2的爆破图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

根据本发明实施例的简构式谐波传动装置如图1-5所示，各附图标记对应如下：

1、柔轮，设有外齿部的柔性传动部件；

2、凸轮；

3、柔性轴承；

4、带轮或链轮，设有内齿部的第一刚性传动部件；

5、输出法兰，设有内齿部的第二刚性传动部件；

51、内齿圈；

52、轴向端盖；

6、封盖；

7、电机轴；

8、支撑轴承。

本发明的简构式谐波传动装置包括一个带有内齿圈41的带轮或第一刚性传动部件4，带轮或第一刚性传动部件4具有径向外齿部用于被带或链式牵引机构输入外部传动。带轮或第一刚性传动部件4具有至少径向壁和轴向壁形成的环体内腔结构。

输出法兰或设有内齿部或内齿圈51的第二刚性传动部件5为一个具有轴向端盖52的环体件，环体件内嵌于带轮或第一刚性传动部件4的内腔结构中，并与带轮或第一刚性传动部件4形成一个容纳波发生器和柔轮1的中心空腔。输出法兰或设有内齿部的第二刚性传动部件5的径向内环壁具有与柔轮1外齿部11配合的内齿部51，输出法兰5与未示出的从动轴刚性耦联进行输出。

柔轮或设有外齿部11的柔性环体传动部件1，如图4俯视图所示，柔轮1具有外齿部11的传动部分具有在非受力状态下呈圆形的环状结构。外齿部11沿轴向方向同时与第一刚性传动部件4和第二刚性传动部件5的各自内齿圈形成可间歇啮合的结构。

波发生器的结构由内部的椭圆形凸轮2和外部柔性轴承3构成。柔性轴承3安装在凸轮2的椭圆环柱体上。柔性轴承3径向位于凸轮2和柔轮1中间，柔性轴承3可以平衡波发生器上的径向力，促使柔轮1带动输出法兰或设有内齿部的第二刚性传动部件5转动。

输出法兰5轴向外侧通过封盖6卡置限位在带轮4的环体内腔结构中，封盖6与带轮或第一刚性传动部件4刚性固定。输出法兰5与带轮4滑动配合且可以自由在带轮4内转动。在本发明中优选带轮或第一刚性传动部件4齿数与柔性环体传动部件1齿数相同，输出法兰或设有内齿部的第二刚性传动部件5的齿数与带轮或第一刚性传动部件4齿数相差2个齿数。由此，当需要产生转角时，电机转动带动凸轮2旋转迫使柔轮1变形，输出法兰5相对带轮或第一刚性传动部件4发生转动。

封盖6从轴向将柔轮1、凸轮2、柔性轴承3封闭在带轮4的环体空间内。凸轮2一端从封盖6中心孔往外伸出，且刚性连接用于驱动凸轮2的电机轴7或其他驱动机构。本实施例中凸轮2通过输出法兰或设有内齿部的第二刚性传动部件5的轴向端盖卡置进行轴向限位。

柔轮1轴向卡置在第一刚性传动部件4和第二刚性传动部件5之间，且径向位于柔性轴承3外部，在柔性轴承3轴向两端分别设置支撑轴承8，使得凸轮2径向分别通过支撑轴承8可旋转地支撑设置在第一刚性传动部件4和第二刚性传动部件5上。

具体的，支撑轴承8的轴端外侧通过支撑轴承卡簧(未示出)轴向限位。

在封盖6和带轮4之间的封闭空间内设置润滑物质，如润滑脂，由此使得整体传动装置寿命高，且运动平稳。

带轮或第一刚性传动部件4与输出法兰或第二刚性传动部件5同步转动的时候，电机轴7需要与带轮4同步转动；当带轮或第一刚性传动部件4与输出法兰5需要有转角的时候，电机轴7的转速就要与带轮或第一刚性传动部件4的转速不同，此时，电机轴7上电机直接驱动波发生器，使波发生器转动,从而带动输出法兰或第二刚性传动部件5转动，从而调节带轮或第一刚性传动部件4与第二刚性传动部件5输出轴的相对错位转角。

优选的，如图1和3所示，由于第二刚性传动部件5和封盖6的封闭结合面设置周向限位结构(第二刚性传动部件5轴向端部设置凸起部52与封盖6内圈的周向卡槽61相配合)，使得第二刚性传动部件5和第一刚性传动部件4的转角角度限位为60度。

实施例2：

根据本实施例实施的简构式谐波传动装置如图1、4-7所示，与实施例1不同的是在凸轮2和柔性轴承3两端省去了支撑轴承8。

使用此种在非受力状态下的圆环形简易柔轮结构，可以形成的封闭状态下的独立最简谐波传动结构，同样可以实现实施例1的效果，运行平稳，错齿数转角调节精度高，且部件数量大幅减少同时减少生产和装配成本。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种简构式谐波传动装置，其特征在于包括：

波发生器，包括凸轮和凸轮外固定的柔性轴承；

设置于波发生器外围，且依据波发生器变形的具有外齿圈的环形体柔性传动部件，所述柔性传动部件的外齿圈在未受外力的状态下呈现圆形环状结构；

与所述柔性传动部件的外齿圈间歇啮合和/或啮出的具有内齿圈的第一刚性传动部件和第二刚性传动部件；

第一刚性传动部件具有外齿部、以及由至少径向和轴向方向壁面构成的内腔结构，第二刚性传动部件内嵌入第一传动部件内腔结构中且能在第一刚性传动部件中转动；在第一刚性传动部件和第二刚性传动部件轴向结合处形成用于容纳柔性传动部件和波发生器的环形空间；

封盖，至少从轴向将波发生器、第二刚性传动部件封装在所述第一传动部件的内腔结构中，封盖具有与所述第二刚性传动部件形成周向限位配合的结构；波发生器的输入端从封盖中心沿轴向伸出而连接波发生器驱动装置。

2.根据权利要求1所述的简构式谐波传动装置，其特征在于第一刚性传动部件齿数与柔性传动部件的齿数相同，第二刚性传动部件的齿数与第一刚性传动部件齿数相差2个齿数。

3.根据权利要求1所述的简构式谐波传动装置，其特征在于所述第一刚性传动部件和第二刚性传动部件中心孔在所述环形空间处设置为轴承座，在各轴承座和波发生器的凸轮之间沿轴向设置支撑轴承。

4.根据权利要求1所述的简构式谐波传动装置，其特征在于在所述环形空间中设置润滑脂。

5.根据权利要求1所述的简构式谐波传动装置，其特征在于所述凸轮包括椭圆形凸轮结构，柔性轴承固定在椭圆形凸轮结构上并形成一致的椭圆形结构。

6.根据权利要求1所述的简构式谐波传动装置，其特征在于所述柔性传动部件在工作状态下呈现与凸轮一致的椭圆形结构。

7.根据权利要求1所述的简构式谐波传动装置，其特征在于第二刚性传动部件上设置轴向从动轴。

8.根据权利要求1所述的简构式谐波传动装置，其特征在于第一刚性传动部件的外齿部与链式或带式或齿轮输入装置啮合，借助于皮带或链之类的牵引机构或齿轮驱动。

9.一种简构式谐波传动装置的应用，其特征在于采用上述权利要求1-8任一项所述简构式谐波传动装置作为凸轮轴调节器的调节传动装置，或作为用于调节内燃机压缩比的设备的调节传动装置。

10.一种用于运行波发生器的方法，其特征在于：

所述波发生器外围设有依据波发生器变形的具有外齿圈的环形体柔性传动部件，所述柔性传动部件的外齿圈在未受外力的状态下呈现圆形环状结构；

具有内齿圈的第一刚性传动部件和第二刚性传动部件与所述柔性传动部件的外齿圈间歇啮合和/或啮出；

第一刚性传动部件具有外齿部、以及由至少径向和轴向方向壁面构成的内腔结构，第二刚性传动部件内嵌入第一传动部件内腔结构中且能在第一刚性传动部件中转动；在第一刚性传动部件和第二刚性传动部件之间形成用于容纳柔性传动部件和波发生器的环形空间；

至少从轴向将波发生器、第二刚性传动部件封装在所述第一传动部件的内腔结构中的封盖；封盖具有与所述第二刚性传动部件形成周向限位配合的结构；

当圆形环状柔性传动部件的外齿圈被波发生器撑成椭圆形后，柔性传动部件外齿圈的齿形与第二刚性传动部件的齿形会根据长短轴的不断变化而不断处于啮入、啮合、啮出、脱开，使第二刚性传动部件转动输出而与第一刚性传动部件保持同步转动或产生错位转角。

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