CN115107597A - 一种小型连续型调角器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小型连续型调角器，颈圈具有中心点，齿轮齿板的外齿齿轮和齿圈齿板的内齿齿环的齿面具有接触点，中心点与接触点相连形成第一连线，齿轮齿板的接触齿的第一工作圆弧段具有第一弧段圆心，齿圈齿板的接触齿的第二工作圆弧段具有第二弧段圆心，第一弧段圆心与第二弧段圆心相连形成第二连线，接触点位于第二连线上，第一连线与第二连线的夹角介于85°～95°之间。根据本发明的小型连续型调角器，尽可能地减少齿面上的径向分力，不容易出现滑齿及反驱等不利现象，从而通过齿形进行设计，使得齿部抗压，抗弯及疲劳强度提升，提高调角器的强度，在保持强度不变的情况下，使得调角器具有较小的直径和较轻的重量，从而实现轻量化。
Description
技术领域
本发明涉及汽车座椅，更具体地涉及一种小型连续型调角器。
背景技术
随着新能源汽车的崛起，以及碳中和政策的执行力度加强，零件级别的轻量化迫在眉睫。对于调角器产品来说，在保证强度等级不变的前提下，尽可能地减小尺寸，减轻重量，是市场对于该类产品的需求。而在缩小汽车座椅调角器尺寸的同时，对调角器强度要求有增无减，如何通过结构创新在保证强度的前提下减小调角器的尺寸及重量，是汽车座椅调角器制造企业所面临的一大难题。
发明内容
本发明提供一种小型连续型调角器，其能够在保证强度的前提下减小调角器的尺寸及重量。
根据本发明的小型连续型调角器，其包括可相对于彼此转动的齿轮齿板和齿圈齿板，齿轮齿板具有外齿齿轮，齿圈齿板具有内齿齿环，齿轮齿板和齿圈齿板通过相互啮合的外齿齿轮和内齿齿环相互连接，齿轮齿板具有相对于外齿齿轮同心的颈圈；以及由驱动凸轮驱动的偏心件，所述偏心件在周向方向上旋转以驱动齿轮齿板和齿圈齿板的相对滚动运动；其中，颈圈具有中心点，齿轮齿板的外齿齿轮和齿圈齿板的内齿齿环的齿面具有接触点，中心点与接触点相连形成第一连线，齿轮齿板的外齿齿轮的每个齿具有第一工作圆弧段，齿轮齿板的接触齿的第一工作圆弧段具有第一弧段圆心，齿圈齿板的内齿齿环的每个齿具有第二工作圆弧段，齿圈齿板的接触齿的第二工作圆弧段具有第二弧段圆心，第一弧段圆心与第二弧段圆心相连形成第二连线，接触点位于第二连线上，第一连线与第二连线的夹角介于85°～95°之间。
优选地，齿轮齿板的接触齿的第一工作圆弧段具有第一圆弧半径，齿圈齿板的接触齿的第二工作圆弧段具有第二圆弧半径，第一圆弧半径与第二圆弧半径的比值介于1.05～1.15之间。
优选地，齿轮齿板的外齿齿轮的每个齿具有第一齿形宽度，齿圈齿板的内齿齿环的每个齿具有第二齿形宽度，第一齿形宽度与第二齿形宽度的齿宽比介于1.1～1.6之间。
优选地，驱动凸轮具有轴向插入颈圈中伸出的圆柱段。
优选地，圆柱段与颈圈之间的间隙介于0.05mm～0.15mm之间。
优选地，驱动凸轮为一体成型件。
优选地，所述偏心件由楔块和弹簧配合限定，以在啮合位置处将齿轮齿板的外齿齿轮压入到齿圈齿板的内齿齿环内。
优选地，齿轮齿板具有用于支撑楔块的第一台阶面，齿圈齿板具有翻孔凸台，第一台阶面靠近翻孔凸台的顶面设置。
优选地，齿轮齿板具有用于将小型连续型调角器连接至外部连接板的凸台和用于支撑外部连接板的第三台阶面以及随着第三台阶面同时冲压成形的第二台阶面，第一台阶面与第二台阶面处于同一平面。
优选地，第二台阶面与第三台阶面的距离为齿轮齿板的料厚。
优选地，小型连续型调角器还包括用于将齿轮齿板和齿圈齿板保持在一起的抱箍。
优选地，第三台阶面具有凸出高度以便外部连接板放置于第三台阶面时能避开抱箍。
优选地，楔块通过其弯曲内表面支撑于颈圈上，并通过其弯曲外表面承载齿圈齿板。
优选地，驱动凸轮具有驱动段，楔块由两个楔形段组成，驱动段插入两楔形段的窄侧之间的游隙中，弹簧的两端分别连接两楔形段的相互面对的宽侧以通过弹簧在周向方向上作用于楔形段迫使两楔形段分开。
优选地，小型连续型调角器还包括摩擦轴承，其设置于楔块的弯曲外表面和齿圈齿板的中心孔之间。
优选地，小型连续型调角器还包括覆盖在驱动凸轮上并连接固定于齿圈齿板的罩盖。
根据本发明的小型连续型调角器，通过将接触点设置于第二连线上，且第一连线与第二连线的夹角介于85°～95°之间，尽可能地减少齿面上的径向分力，不容易出现滑齿及反驱等不利现象，从而通过齿形进行设计，使得齿部抗压，抗弯及疲劳强度提升，提高调角器的强度，在保持强度不变的情况下，使得调角器具有较小的直径和较轻的重量，从而实现轻量化。总之，根据本发明的小型连续型调角器，在结构上进行创新，使得零件的制造加工进一步简化，在降低重量，减小尺寸的同时，保证高强度等级，满足市场需求。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的小型连续型调角器的爆炸图；
图2是根据本发明的一个优选实施例的小型连续型调角器的剖视图；
图3示出了图1-图2的小型连续型调角器的齿轮齿板和齿圈齿板的啮合齿形；
图4是图3的局部放大图；
图5进一步示出了图1-图2的小型连续型调角器的齿轮齿板和齿圈齿板的啮合齿形；
图6示出了图1-图2的小型连续型调角器的驱动凸轮的圆柱段的支撑作用；
图7示出了图1-图2的小型连续型调角器的偏置力臂；
图8是现有技术的调角器的齿轮齿板的示意图；
图9示出了图1-图2的小型连续型调角器的齿轮齿板的齐平台阶面。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
如图1-图2所示，根据本发明的一个优选实施例的小型连续型调角器包括抱箍1、齿轮齿板2和齿圈齿板3，其中，齿轮齿板2和齿圈齿板3被设置为可相对于彼此转动，抱箍1用于将齿轮齿板2和齿圈齿板3保持在一起。在本实施例中，用于吸收轴向作用力的抱箍1固定连接于齿圈齿板3。应该理解，抱箍1并不妨碍齿轮齿板2和齿圈齿板3的相对转动。
对于小型连续型调角器的安装而言，齿轮齿板2可安装到椅座上，而齿圈齿板3安装到靠背上，从而调节靠背相对于椅座的倾斜角度。当然，齿轮齿板2和齿圈齿板3的安装位置也可以进行调换，即齿轮齿板2可安装到靠背上，而齿圈齿板3安装到椅座上。
齿轮齿板2和齿圈齿板3通过齿轮连接到彼此以便调整和固定。为了形成齿轮连接，齿轮齿板2上形成外齿齿轮，齿圈齿板3上形成内齿齿环，外齿齿轮和内齿齿环相互啮合。外齿齿轮的外齿齿顶圆的直径与内齿齿环的内齿齿根圆的直径相比小至少一个齿的高度。外齿齿轮和内齿齿环在齿数上相差至少一个齿的差异，该差异允许内齿齿环在外齿齿轮上进行滚动运动。
齿轮齿板2具有相对于外齿齿轮同心的颈圈2.1。根据本实施例的小型连续型调角器还包括楔块5，通过其弯曲内表面支撑于颈圈2.1上，并通过其弯曲外表面承载齿圈齿板3。相应地，根据本实施例的小型连续型调角器还包括摩擦轴承4，其设置于楔块5的弯曲外表面和齿圈齿板3的中心孔3.1之间。另外，根据本实施例的小型连续型调角器还包括驱动凸轮6，其轴向伸出的圆柱段6.1插入颈圈2.1中并在中央设有用于接纳和匹配驱动轴的镗孔，以通过驱动轴制动驱动凸轮6。在本实施例中，该驱动凸轮6为金属件。另外，驱动凸轮6还具有驱动段6.2。楔块5由两个楔形段组成，驱动凸轮6的驱动段6.2插入两楔形段的窄侧之间的游隙中。而且，根据本实施例的小型连续型调角器还包括弹簧7，其两端分别连接两楔形段的相互面对的宽侧，从而通过弹簧7在周向方向上作用于楔形段迫使两楔形段分开。如此，楔块5和弹簧7配合限定偏心件，其用于在啮合位置处将齿轮齿板2的外齿齿轮压入到齿圈齿板3的内齿齿环内。进一步地，根据本实施例的小型连续型调角器还包括罩盖8，其覆盖在驱动凸轮6上并连接固定于齿圈齿板3。
根据本实施例的小型连续型调角器的具体装配过程包括：摩擦轴承4压入齿圈齿板3的中心孔3.1中，过盈紧密配合；齿轮齿板2的外齿齿轮与齿圈齿板3的内齿齿环啮合；驱动凸轮6的圆柱段6.1嵌入齿轮齿板2的颈圈2.1中；弹簧7的两端分别插入楔块5的两楔形段的宽侧的孔中；楔块5放置于摩擦轴承4与颈圈2.1形成的空间内，并保持紧贴；抱箍1与齿圈齿板3采用焊接连接；罩盖8与齿圈齿板3焊接连接。
根据本实施例的小型连续型调角器的具体工作机理包括：在通过旋转驱动轴进行驱动的过程中，转矩首先都被传递到驱动凸轮6，然后通过驱动段6.2传递到偏心件(由楔块5和弹簧7形成)上，偏心件沿着摩擦轴承4滑动，使其偏心方向偏移，并因而使得齿轮齿板2的外齿齿轮在齿圈齿板3的内齿齿环中的啮合位置偏移，由此可以使得靠背的倾斜度进行连续可变地调节。
特别地，本发明的小型连续型调角器对齿轮齿板2和齿圈齿板3的齿形进行设计，使得齿部抗压，抗弯及疲劳强度提升，从而使得同样直径的齿轮齿板2和齿圈齿板3具有较高的强度。在保持强度不变的情况下，通过对齿轮齿板2和齿圈齿板3的齿形进行设计，可以使得齿轮齿板2和齿圈齿板3及其抱箍1具有较小的直径和较轻的重量，从而实现轻量化。
如图3所示，齿轮齿板2的齿形宽度为A，齿圈齿板3的齿形宽度为B。在本发明中，齿宽比A/B介于1.1～1.6之间。如此，在保证动态强度的前提下，也使得齿在疲劳工况下的强度得到保证。
如图4所示，齿轮齿板2的外齿齿轮的每个齿具有工作圆弧段a～b，齿圈齿板3的内齿齿环的每个齿具有工作圆弧段c～d，两者相互配合。
如图5所示，以接触齿为例，齿轮齿板2的接触齿的工作圆弧段a～b(参见图4)具有弧段圆心O1和圆弧半径R1，齿圈齿板3的接触齿的工作圆弧段c～d(参见图4)具有弧段圆心O2和圆弧半径R2。O为齿轮齿板2的颈圈2.1的中心，齿轮齿板2和齿圈齿板3的齿面的接触点D位于弧段圆心O1与弧段圆心O2的连线上，且OD连线与O1D连线(即O1O2连线)的夹角介于85°～95°之间。如此可以尽可能地减少齿面上的径向分力，不容易出现滑齿及反驱等不利现象。另外，圆弧半径R1与圆弧半径R2的比值R1/R2介于1.05～1.15之间(略大于1)。这样的设计方式可以增大两齿之间受力作用时的接触面，增强齿表面抗压强度，对疲劳及动态强度均能产生有利影响。
特别地，本发明的小型连续型调角器的驱动凸轮6通过圆柱段6.1插入颈圈2.1中来提升调角器强度。在保持强度不变的情况下，可以使得齿轮齿板2和齿圈齿板3及其抱箍1具有较小的直径和较轻的重量，从而实现轻量化。而且，本发明的小型连续型调角器的驱动凸轮6为一体成型的单个零件，即圆柱段6.1和驱动段6.2一体成型在本体上，相对于由多个零件(例如三个零件)组成的分体式驱动系统，本发明的驱动凸轮6的制作工艺及装配工艺均同时得到简化。
本发明的小型连续型调角器的受力传递情况如图6所示，外力F1由齿圈齿板3经摩擦轴承4和楔块5最终作用在齿轮齿板2的颈圈2.1上，颈圈2.1则通过自身的形变产生抵抗力。当颈圈2.1的形变量太大时，会造成调角器滑齿，即强度失效，所以颈圈2.1自身强度的高低直接影响着调角器的强度。受到精冲制作工艺的限制，颈圈2.1无法无限加厚加强，因此该处往往成为限制调角器强度提升的短板。本发明通过插入颈圈2.1中的驱动凸轮6的圆柱段6.1来有效抵抗颈圈2.1的变形，提升强度。应该理解，在应用低强度工况时，颈圈2.1的变形量很小，驱动凸轮6的材料可相应更改为例如塑料等。
驱动凸轮6的圆柱段6.1与齿轮齿板2的颈圈2.1之间的配合首先是需要间隙的，因为驱动凸轮6在颈圈2.1内做旋转运动来驱动调角器，如无间隙或间隙太小，会造成装配困难以及操作扭矩增大的弊端。但从强度方面考虑，圆柱段6.1与颈圈2.1之间的间隙越小越好，这样即便颈圈2.1发生微小变形，圆柱段6.1即可参与抵抗颈圈2.1的变形。本发明经过公差分析及结合有限元强度计算软件分析，来达到两头兼顾的效果。具体地，本发明的圆柱段6.1与颈圈2.1之间的间隙设定为介于0.05mm～0.15mm之间，在保证驱动凸轮6的顺畅安装及运转的前提下，尽可能地贴近颈圈2.1的内表面，当颈圈2.1受力发生较小形变即与驱动凸轮6的圆柱段6.1接触，此时圆柱段6.1开始提供反作用力F2帮助颈圈2.1抵抗自身形变，从而提升调角器强度，即在强度工况时及时给予颈圈2.1强有力的支撑，保证调角器的强度。
特别地，本发明的小型连续型调角器的通过齐平的台阶面的设置，使得调角器在受力路径上的偏置力减小，优化强度性能的同时也使得零件的制造变得简单。
如图7所示，调角器内部传力路径为：外力F0通过齿圈齿板3作用，经摩擦轴承4传递到楔块5，最终使楔块5对颈圈2.1施加一个F1的作用力，外力F0的作用线通过齿上受力中心平面P1表示，作用力F1的作用线通过颈圈受力中心平面P2表示，两平面P1，P2不在同一高度面时，由此产生偏置力臂L，进而产生偏置力矩，偏置力矩越大，对调角器强度性能越不利，因此应该尽可能地减小偏置力臂L。
如图8所示，现有技术中的调角器的齿轮齿板具有第一台阶面2.2’、第二台阶面2.3’、凸台2.4’和第三台阶面2.5’，其中，凸台2.4’用于调角器与外部连接板的焊接，第三台阶面2.5’用于支撑外部连接板，第三台阶面2.5’具有凸出高度d以便外部连接板放置于第三台阶面2.5’时能避开抱箍。由于精冲工艺的特性，第二台阶面2.3’是随第三台阶面2.5’成形时同时形成的冲压面，第二台阶面2.3’与第三台阶面2.5’的距离为齿板料厚，即第二台阶面2.3’的位置取决于凸出高度d需要多高。另外，已知地，齿圈齿板具有翻孔凸台，翻孔凸台受到材料厚度及强度的限制，翻孔高度较小，这就使需要抬高用于放置楔块的第一台阶面2.2’去接近翻孔凸台的顶面，由此使得第一台阶面2.2’与第二台阶面2.3’存在高度差t，这会使得偏置力臂L(参见图7)较大。而且，由于第一台阶面2.2’与第二台阶面2.3’不在同一平面上，在冲压成型的过程中需要分多步进行冲压制造才能将第一台阶面2.2’与第二台阶面2.3’分别做出，工艺较为复杂。
如图9所示，本发明的齿轮齿板2同样具有第一台阶面2.2和第二台阶面2.3，其中，第一台阶面2.2为支撑楔块5的平面，需要与齿圈齿板3的翻孔凸台3.1的顶面P3尽可能地接近，才能保证楔块5在受力时姿态保持相对稳定。本发明通过增加齿圈齿板3的料厚，可以将翻孔凸台3.1的高度h做的更高，第一台阶面2.2不需要抬高去适应翻孔凸台3.1的高度h，同时还，第二台阶面2.3的位置不变，因此，第一台阶面2.2可以做成与第二台阶面2.3处于同一平面上，没有高度差，减小了偏置力臂L(参见图7)，达到优化强度性能的目的。同时，从制造工艺上，也可以仅通过一步冲压即可将第一台阶面2.2和第二台阶面2.3同时冲出，简化制造工艺。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (16)
1.一种小型连续型调角器，其特征在于，该小型连续型调角器包括：
可相对于彼此转动的齿轮齿板(2)和齿圈齿板(3)，齿轮齿板(2)具有外齿齿轮，齿圈齿板(3)具有内齿齿环，齿轮齿板(2)和齿圈齿板(3)通过相互啮合的外齿齿轮和内齿齿环相互连接，齿轮齿板(2)具有相对于外齿齿轮同心的颈圈(2.1)；以及
由驱动凸轮(6)驱动的偏心件(5，7)，所述偏心件(5，7)在周向方向上旋转以驱动齿轮齿板(2)和齿圈齿板(3)的相对滚动运动；
其中，
颈圈(2.1)具有中心点(O)，齿轮齿板(2)的外齿齿轮和齿圈齿板(3)的内齿齿环的齿面具有接触点(D)，中心点(O)与接触点(D)相连形成第一连线(OD)，
齿轮齿板(2)的外齿齿轮的每个齿具有第一工作圆弧段(a～b)，齿轮齿板(2)的接触齿的第一工作圆弧段(a～b)具有第一弧段圆心(O1)，齿圈齿板(3)的内齿齿环的每个齿具有第二工作圆弧段(c～d)，齿圈齿板(3)的接触齿的第二工作圆弧段(c～d)具有第二弧段圆心(O2)，第一弧段圆心(O1)与第二弧段圆心(O2)相连形成第二连线(O1O2)，
接触点(D)位于第二连线(O1O2)上，第一连线(OD)与第二连线(O1O2)的夹角介于85°～95°之间。
2.根据权利要求1所述的小型连续型调角器，其特征在于，齿轮齿板(2)的接触齿的第一工作圆弧段(a～b)具有第一圆弧半径(R1)，齿圈齿板(3)的接触齿的第二工作圆弧段(c～d)具有第二圆弧半径(R2)，第一圆弧半径(R1)与第二圆弧半径(R2)的比值(R1/R2)介于1.05～1.15之间。
3.根据权利要求1所述的小型连续型调角器，其特征在于，齿轮齿板(2)的外齿齿轮的每个齿具有第一齿形宽度(A)，齿圈齿板(3)的内齿齿环的每个齿具有第二齿形宽度(B)，第一齿形宽度(A)与第二齿形宽度(B)的齿宽比(A/B)介于1.1～1.6之间。
4.根据权利要求1所述的小型连续型调角器，其特征在于，驱动凸轮(6)具有轴向插入颈圈(2.1)中伸出的圆柱段(6.1)。
5.根据权利要求4所述的小型连续型调角器，其特征在于，圆柱段(6.1)与颈圈(2.1)之间的间隙介于0.05mm～0.15mm之间。
6.根据权利要求1所述的小型连续型调角器，其特征在于，驱动凸轮(6)为一体成型件。
7.根据权利要求1所述的小型连续型调角器，其特征在于，所述偏心件(5，7)由楔块(5)和弹簧(7)配合限定，以在啮合位置处将齿轮齿板(2)的外齿齿轮压入到齿圈齿板(3)的内齿齿环内。
8.根据权利要求7所述的小型连续型调角器，其特征在于，齿轮齿板(2)具有用于支撑楔块(5)的第一台阶面(2.2)，齿圈齿板(3)具有翻孔凸台(3.1)，第一台阶面(2.2)靠近翻孔凸台(3.1)的顶面(P3)设置。
9.根据权利要求8所述的小型连续型调角器，其特征在于，齿轮齿板(2)具有用于将小型连续型调角器连接至外部连接板的凸台和用于支撑外部连接板的第三台阶面以及随着第三台阶面同时冲压成形的第二台阶面(2.3)，第一台阶面(2.2)与第二台阶面(2.3)处于同一平面。
10.根据权利要求9所述的小型连续型调角器，其特征在于，第二台阶面(2.3)与第三台阶面的距离为齿轮齿板(2)的料厚。
11.根据权利要求9所述的小型连续型调角器，其特征在于，小型连续型调角器还包括用于将齿轮齿板(2)和齿圈齿板(3)保持在一起的抱箍(1)。
12.根据权利要求11所述的小型连续型调角器，其特征在于，第三台阶面具有凸出高度(d)以便外部连接板放置于第三台阶面时能避开抱箍(1)。
13.根据权利要求7所述的小型连续型调角器，其特征在于，楔块(5)通过其弯曲内表面支撑于颈圈(2.1)上，并通过其弯曲外表面承载齿圈齿板(3)。
14.根据权利要求13所述的小型连续型调角器，其特征在于，驱动凸轮(6)具有驱动段(6.2)，楔块(5)由两个楔形段组成，驱动段(6.2)插入两楔形段的窄侧之间的游隙中，弹簧(7)的两端分别连接两楔形段的相互面对的宽侧以通过弹簧(7)在周向方向上作用于楔形段迫使两楔形段分开。
15.根据权利要求13所述的小型连续型调角器，其特征在于，小型连续型调角器还包括摩擦轴承(4)，其设置于楔块(5)的弯曲外表面和齿圈齿板(3)的中心孔(3.1)之间。
16.根据权利要求13所述的小型连续型调角器，其特征在于，小型连续型调角器还包括覆盖在驱动凸轮(6)上并连接固定于齿圈齿板(3)的罩盖(8)。
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