CN114791041B - 换挡执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换挡执行器，包括壳体，设置在壳体内的电机，由电机驱动的蜗杆，与蜗杆啮合并由蜗杆驱动的蜗轮，蜗轮穿设有主轴，蜗轮驱动主轴转动，还包括设置在蜗轮和壳体之间的限位机构，限位机构包括限位槽和限位块，限位块插入限位槽，限位槽具有设置在其两端的第一锁止槽、第二锁止槽，第一锁止槽和第二锁止槽沿蜗轮转动方向间隔设置，限位槽位于第一锁止槽和第二锁止槽之间的部分为滑行槽，蜗轮转动时，限位块在限位槽的第一锁止槽和第二锁止槽之间滑动，当限位块位于第一锁止槽或第二锁止槽时，限位块锁止蜗轮的转动。通过设置蜗轮，及限位槽和限位块的配合，实现在特定位置锁止蜗轮的转动，不需要另外设置需要电动控制的锁止结构。

Description

换挡执行器

技术领域

本发明涉及车辆变速箱控制领域，尤其涉及一种换挡执行器。

背景技术

换挡执行器(Gear Actuator)，是一种接受电信号指令进行变速箱档位切换的装置。当换挡执行器接收到档位切换指令后，换挡执行器内与变速箱机械连接的主轴转动，切换变速箱的运转档位。

换挡执行器包括壳体，以及设置在壳体内的电机和主轴，电机通过齿轮组驱动主轴转动。其中主轴由一个套设在其上，并且由蜗杆驱动的蜗轮直接带动。现有的换挡执行器，蜗轮的转动的角度以及位置的保持由内部齿轮组进行保持，但是在车辆的行驶过程中，变速箱内部齿轮的转动、车辆的振动引起的外部作用力会向主轴施加作用，使变速箱脱离指定运转档位。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种换挡执行器，其不会受到外部作用力的影响，因此可以将变速箱锁定在指定的运转模式。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种换挡执行器，包括壳体，设置在壳体内的电机，由电机驱动的蜗杆，与蜗杆啮合并由蜗杆驱动的蜗轮，所述蜗轮穿设有主轴，蜗轮驱动主轴转动，还包括设置在蜗轮和壳体之间的限位机构，所述限位机构包括可以相对滑动的限位槽和限位块，限位块插入限位槽，所述限位槽具有第一端和第二端，其中第一端为第一锁止槽，限位第二端为第二锁止槽，第一锁止槽和第二锁止槽沿蜗轮转动方向间隔设置，限位槽位于第一锁止槽和第二锁止槽之间的部分为滑行槽，所述蜗轮转动时，限位块在限位槽的第一锁止槽和第二锁止槽之间滑动，当限位块位于第一锁止槽或第二锁止槽时，限位块锁止蜗轮的转动。

对于上述限位机构而言，限位槽和限位块应该分别设置在可以转动的蜗轮上和壳体内相对静止的部件上，例如在蜗轮的周向侧面设置限位槽，在壳体内设置静止的限位块。当蜗轮转动时，限位槽同时移动，静止的限位块限制蜗轮的转动。另外，也可以通过在蜗轮上设置限位块，在壳体上设置限位槽的方式实现上述功能，两者原理是相似的。

优选的，所述限位槽设置在蜗轮的圆周表面，所述限位块与壳体连接固定。将限位槽设置在蜗轮表面相比设置在壳体上，从制造和安装的角度，是更为方便和简单的。

优选的，所述蜗轮可以沿主轴的长度方向移动，所述第一锁止槽和第二锁止槽沿蜗轮的轴向延伸，且第一锁止槽和第二锁止槽的延伸方向相背，所述滑行槽沿蜗轮周向延伸，在蜗杆的推动下，限位槽随蜗轮绕其轴心转动或轴向移动，在限位块进入第一锁止槽或第二锁止槽后，电机停止，限位块锁止蜗轮转动。由于蜗轮和蜗杆直接啮合，蜗杆转动时，对蜗轮施加了轴向和径向两个方向的力，当定位块位于滑行槽内时，蜗轮可以转动，当定位块位于锁定槽内时，蜗轮只能轴向运动而无法转动，蜗轮的旋转被锁止。

其中滑行槽的延伸只要能够达到允许蜗轮转动即可，既滑行槽可以是与蜗轮的转动平面完全平行，也可以是向蜗轮的轴向略微倾斜，由于蜗轮可以上下移动，所以这样的设置并不会限制蜗轮的转动。

所述限位块包括连接固定在壳体上的连接部，以及位于限位槽内的限位端。

所述限位机构具有两组，分别位于蜗轮的径向相对两侧。通过在蜗轮两侧分别设置限位机构，可以使蜗轮整体受力平衡，避免引起配合的卡滞。

所述主轴沿其长度方向分别设有第一端，驱动部和第二端，所述第一端为圆柱形，第一端嵌入壳体上的支撑孔内，支撑孔内开设有通孔，主轴通过通孔可以与变速箱连接，所述驱动部为多边形柱体，蜗轮套设在驱动部并可沿驱动部轴向滑动，所述第二端由固定在壳体上的支撑板支撑，所述主轴由支撑孔和支撑板支撑，并可以自由转动。

需要说明的是，主轴驱动部和蜗轮之间的连接方式，可以是多边形，也可以是其他形状如椭圆形等配合关系，只要能传递转动即可。

所述蜗轮设有蜗齿部，蜗齿部与蜗杆啮合，所述蜗轮还啮合有感应齿轮，感应齿轮跟随蜗轮转动并输出蜗轮的转动角度信息。

其中，蜗齿部沿蜗轮周向设置，其长度至少满足蜗轮转动的角度的范围。另外，蜗轮与感应齿轮之间的配合，可以是直齿，斜齿等能准确传递转动角度信息即可。

所述支撑板设有第一轴承，所述轴承支撑主轴的第二端，所述支撑板还设有第一固定孔和第二固定孔，第一固定孔和第二固定孔分别与设置在壳体上的第一支撑座和第二支撑座连接固定，支撑板与支撑孔间隔，以容纳蜗轮，并限制蜗轮轴向移动的距离。

上述支撑板一方面可以支撑主轴的第二端，另一方面还能够对蜗轮的轴向位移进行限制，避免脱离蜗轮过度移动造成限位槽和限位块的脱离。

所述支撑板还设有第二轴承，所述第二轴承支撑在感应齿轮轴的一端，所述感应齿轮轴的另一端直接支撑在壳体上。

所述电机的输出端设有驱动齿轮，所述蜗杆设有中间齿轮，驱动齿轮与中间齿轮啮合，所述电机通过中间齿轮驱动蜗杆正转或反转。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有以下优点：

通过设置可以沿轴向移动的蜗轮，以及限位槽和限位块的配合，就可以实现在特定位置锁止蜗轮的转动，而不需要另外设置需要电动控制的锁止结构，结构简单，安装方便。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明壳体内部结构示意图；

图2是本发明内部结构爆炸图；

图3是本发明蜗轮及感应齿轮结构示意图；

图4为本发明蜗杆和蜗轮的受力分析图；

图5a，5b，5c，5d为本发明限位机构工作原理图；

图6a，6b，6c，6d为本发明限位机构工作时蜗轮和蜗杆位置关系图；

图7为本发明壳体内局部的俯视图；

图8为安装支撑板之后的结构示意图；

图9为本发明主轴的结构示意图；

图10为本发明支撑板的结构示意图；

以上附图的附图标记：1、壳体；11、第一支撑座；12、第二支撑座；13、支撑孔；131、通孔；2、电机；21、电机齿轮；3、蜗杆；31、中间齿轮；4、主轴；41、第一端；411、连接端；412、轴颈部；42、驱动部；43第二端；5、蜗轮；51、限位槽；511、第一锁止槽；512、第二锁止槽；513、滑行槽；514，515，516，517，518，519、侧壁；52、蜗齿部；53、方孔；6、感应齿轮；7、限位块；71、连接部；72、限位端；8、支撑板；81、第一轴承；82、第一固定孔；83、第二固定孔；84、第二轴承。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1所示，一种换挡执行器，包括壳体1，壳体1内设有电机2，电机2的输出端设有电机齿轮21，电机齿轮21与中间齿轮31啮合，中间齿轮31设置在蜗杆3上并带动蜗杆3转动，蜗杆3与蜗轮5啮合，蜗轮5带动穿设在蜗轮5上的主轴4绕其轴心转动。当主轴4与变速箱连接时，主轴4通过正向或反向的转动，控制变速箱的档位变化。所述电机2由壳体内PCB板(未示出)控制，该PCB作为探测档位的模块，通过霍尔传感器把执行器主轴的角度变化转化为电信号，传递给外部的ECU控制器。

如图2所示，换挡执行器的蜗轮5套设在主轴4上，蜗轮5可以绕其轴心转动，也可以沿其轴线滑动。蜗轮5驱动主轴4转动，所述蜗轮沿其周向表面具有与蜗杆啮合的蜗齿部52和与限位块7配合的限位槽51。所述蜗齿部52沿蜗轮5周向延伸，其长度满足主轴切换变速箱内档位所需要达到的转动角度。

如图3所示，所述蜗轮5的限位槽51设置在蜗轮5圆周方向的表面。限位槽51包括分别设置在其两端的第一锁止槽511和第二锁止槽512，第一锁止槽511和第二锁止槽512之间为滑行槽513。壳体1固定有与限位槽51配合的限位块7，所述限位块7在限位槽51的第一锁止槽511和第二锁止槽512之间滑动，限制蜗轮5的转动角度，并通过第一锁止槽511或第二锁止槽512对蜗轮5的转动进行锁定。

蜗杆和蜗轮的受力分析如图4所示，电机3驱动蜗杆转3动，蜗杆3向蜗轮5施加沿蜗杆轴向的驱动力F可以分解为力Ft，力Fx和力Fr，沿蜗杆3轴向的力Ft，力Fx推动蜗轮转动，力Ft推动蜗轮轴向移动，力Fr则是蜗杆3沿径向蜗轮5施加的力。

具体的工作原理如图5a和图6a所示，当限位块7处于第一锁止槽511内时，电机正向转动，蜗杆3转动对蜗轮5施加驱动力，由于位于第一锁止槽的限位块7受到限位槽侧壁(514,519)的阻挡，力Fx无法使蜗轮转动。由于限位块7的上方没有阻挡，如图5b和6b所示，蜗杆对蜗轮施加的力Ft使蜗轮沿其轴向向下运动，限位块7进入滑行槽513。限位7块进入滑行槽513以后，由于侧壁515的阻挡，力Ft无法使蜗轮继续向下运动，如图5c和6c所示，力Ft则使蜗轮转动，直到限位块7抵在侧壁517，蜗轮无法继续转动。此时由于限位块的上方没有阻挡，如5d和6d所示，在力Ft的驱动下，蜗轮5得以继续下降，限位块7进入第二锁止槽512，电机停止转动，第二锁止槽512通过侧壁516和517抵挡在限位块的两侧，蜗轮5的转动被锁止。

其中，上述第一锁止槽511和第二锁止槽512分别对应于变速箱两个不同的档位。同理，当限位块7在第二锁止槽512内时，电机反方向转动切换档位，轴向力驱动蜗轮5，限位块7从第二锁止槽512进入滑行槽513，在侧壁518抵在限位块7下方，蜗轮5开始转动，最终进入第一锁止槽511，其原理与前述原理相同，在此不再赘述。

另外，如图7所示，蜗轮的径向两侧分别设有一个限位槽51，限位槽51对称设置，使得涡轮能稳定的转动或轴向移动，不会因此单侧受力引起卡滞。

本实施例的限位槽51的截面为矩形，所述第一锁止槽511与第二锁止槽512与蜗轮5的轴线平行，滑行槽513平行于蜗轮转动的平面，第一锁止槽511，第二锁止槽512分别垂直于滑行槽513。本领域技术人员可以理解的是，滑行槽513并不一定需要与蜗轮5的转动平面相互平行.由于蜗轮5可以轴向移动，滑行槽513与蜗轮平面之间的夹角可以大于0°。另外，第一锁止槽511或第二锁止槽512与滑行槽513之间的夹角也可以大于或者小于90°，但是需要设计成当限位块7在在第一锁止槽511或第二锁止槽512内且电机停止转动后，限位块7不会因为来自变速箱的所用力而从第一锁止槽511或第二锁止槽512内滑出。

如图7所示，限位块7包括连接部71，连接部71设有通孔，连接部71的通孔与形成在壳体1内壁上的支柱连接，并通过支柱固定。连接部71靠近限位槽51的一端设有限位端72，所述限位端72伸入限位槽51内。

图9是主轴的示意图，所述主轴4沿其长度方向分别设有第一端41，驱动部42和第二端43，驱动部42位于第一端41和第二端43之间。所述第一端为圆柱形，第一端41嵌入开设在壳体1上的支撑孔13内，并可以在支撑孔13内自由旋转，支撑孔13内还开设有通孔131，主轴4第一端41内部中空，设置在变速箱内的连接轴可以插入主轴第一端41，并通过花键与主轴机械连接。

主轴4驱动部的截面为正方形，蜗轮5中心设有正方形的方孔53，蜗轮5通过方孔53套设在驱动部42并可沿驱动部42轴向滑动。当蜗轮5旋转时，蜗轮5带动主轴4一起旋转。

如图8所示，所述第二端43由固定在壳体1上的支撑板8支撑，支撑板8设置在蜗轮5的上方，由设置在壳体上的支撑座支撑固定。位于壳体1上的支撑孔13和支撑板8间隔设置，支撑在主轴4的两端。位于蜗轮5上方的支撑板还能够限制蜗轮5过度向上移动的距离，防止限位块7从其第二定位槽512上方的开口中滑出。

需要说明的是，如图9所示，所述主轴4的第一端41，包括连接端411和轴颈部412，连接端411插入位于支撑孔13内的通孔131内通过花键与变速箱连接。轴颈部412设置在连接端411和驱动部42之间，支撑孔13支撑在轴颈部412。

如图所示，支撑板8设有第一轴承81，所述第一轴承81支撑主轴4的第二端43，所述支撑板8还设有第一固定孔82和第二固定孔83，第一固定孔82和第二固定83孔分别位于第一轴承81的两侧，通过设置在壳体上的第一支撑座11和第二支撑座12连接固定在壳体1内。

需要进步说明的是，由于支撑板8和轴颈部412的限制，蜗轮5只能在限定的范围内轴向移动。因此，如图3中所示，虽然蜗轮第一锁止槽511的下端和第二锁止槽512的上端没有封闭，但是由于支撑板8和轴颈部412的限制，并不需要单独设置侧壁来阻挡限位块7，来防止蜗杆推动蜗轮过度移动，对于蜗轮的加工而言，也更为简单。

支撑板8还设有第二轴承84，所述第二轴承84支撑在感应齿轮6轴的一端，所述感应齿轮6轴的另一端直接固定在壳体1上。

另外，如图3所示，所述蜗轮5还与感应齿轮6啮合，感应齿轮6跟随蜗轮7转动，并通过霍尔传感器(未示出)输出蜗轮5的转动角度信息。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种换挡执行器，包括壳体，设置在壳体内的电机，由电机驱动的蜗杆，与蜗杆啮合并由蜗杆驱动的蜗轮，所述蜗轮穿设有主轴，蜗轮驱动主轴转动，其特征在于：还包括设置在蜗轮和壳体之间的限位机构，所述限位机构包括可以相对滑动的限位槽和限位块，限位块插入限位槽，所述限位槽具有第一端和第二端，其中第一端为第一锁止槽，第二端为第二锁止槽，第一锁止槽和第二锁止槽沿蜗轮转动方向间隔设置，限位槽位于第一锁止槽和第二锁止槽之间的部分为滑行槽，所述蜗轮转动时，限位块在限位槽的第一锁止槽和第二锁止槽之间滑动，当限位块位于第一锁止槽或第二锁止槽时，限位块锁止蜗轮的转动；所述限位槽设置在蜗轮的圆周表面，所述限位块与壳体连接固定；所述蜗轮可以沿主轴的长度方向移动，所述滑行槽沿蜗轮周向延伸，所述第一锁止槽和第二锁止槽沿蜗轮的轴向延伸，且第一锁止槽和第二锁止槽的延伸方向相背，在蜗杆的推动下，限位槽随蜗轮绕其轴心转动或轴向移动，当限位块进入第一锁止槽或第二锁止槽后，限位块锁止蜗轮转动。

2.根据权利要求1所述的一种换挡执行器，其特征在于：所述限位块包括连接固定在壳体上的连接部，以及位于限位槽内的限位端。

3.根据权利要求1所述的一种换挡执行器，其特征在于：所述限位机构具有两组，分别位于蜗轮的径向相对两侧。

4.根据权利要求1所述的一种换挡执行器，其特征在于：所述主轴沿其长度方向分别设有第一端，驱动部和第二端，所述第一端为圆柱形，第一端嵌入壳体上的支撑孔内，支撑孔内开设有通孔，主轴通过通孔可以与变速箱连接，所述驱动部为多边形柱体，蜗轮套设在驱动部并可沿驱动部轴向滑动，所述第二端由固定在壳体上的支撑板支撑，所述主轴由支撑孔和支撑板支撑，并可以自由转动。

5.根据权利要求1所述的一种换挡执行器，其特征在于：所述蜗轮设有蜗齿部，蜗齿部与蜗杆啮合，所述蜗轮还啮合有感应齿轮，感应齿轮跟随蜗轮转动并输出蜗轮的转动角度信息。

6.根据权利要求4所述的一种换挡执行器，其特征在于：所述支撑板设有第一轴承，所述第一轴承支撑主轴的第二端，所述支撑板还设有第一固定孔和第二固定孔，第一固定孔和第二固定孔分别与设置在壳体上的第一支撑座和第二支撑座连接固定，支撑板与支撑孔间隔，以容纳蜗轮，并限制蜗轮轴向移动的距离。

7.根据权利要求4所述的一种换挡执行器，其特征在于：所述支撑板还设有第二轴承，所述第二轴承支撑在感应齿轮轴的一端，所述感应齿轮轴的另一端直接支撑在壳体上。

8.根据权利要求1所述的一种换挡执行器，其特征在于：所述电机的输出端设有驱动齿轮，所述蜗杆设有中间齿轮，驱动齿轮与中间齿轮啮合，所述电机通过中间齿轮驱动蜗杆正转或反转。