CN202840810U - 电机的传动缓冲装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机的传动缓冲装置，包括电枢轴(2)，在所述电枢轴(2)上、并在该电机的减速箱组件的减速箱体(8)内依次装有开口挡圈(4)、隔套(5)、滚动轴承(7)、固定挡圈(11)，且该滚动轴承(7)由轴承固定卡圈(9)卡住固定。在所述电枢轴(2)上、并在隔套(5)与滚动轴承(7)之间以及固定挡圈(11)与滚动轴承(7)之间均装有橡胶缓冲调节圈(6)。本实用新型使电枢轴蜗杆--减速箱组件的斜齿轮传动副减少震动和冲击，降低电机振动和噪音，提高电机的性能和寿命。

Description

电机的传动缓冲装置

技术领域

本发明涉及一种电机。

背景技术

汽车风窗玻璃电动刮水器(简称刮水器)是由刮水器电机驱动、能刮刷清除汽车风窗玻璃外表面上雨水、霜雪和灰尘等物质。其中，带减速装置的刮水器电机通过其输出轴上的曲柄带动由连杆--摇杆组成的连杆机构运动，并带动固定在两输出轴上的左、右刮杆作上下摆动，使安装在左、右刮杆上的橡胶雨刷片作相应的左、右刮刷运动。该带减速装置的刮水器电机的传动副为电枢轴蜗杆--斜齿轮啮合方式，在刮水器作一个周期的往复运动时，蜗杆会交替受到左、右两方向的轴向力，由于电枢轴蜗杆--斜齿轮传动副啮合之间存在间隙，以及蜗杆电枢轴装配定位件之间存在间隙，故在刮水器电机工作时会产生较大震动和冲击，增大了刮水器电机的振动和噪音。

发明内容

本发明的目的在于克服上述的不足，而提供一种工作时受到的震动和冲击均较小的、产生的噪音较低的电机的传动缓冲装置。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种电机的传动缓冲装置，包括电枢轴，在所述电枢轴上、并在该电机的减速箱组件的减速箱体内依次装有开口挡圈、隔套、滚动轴承、固定挡圈，且该滚动轴承由轴承固定卡圈卡住固定。

在所述电枢轴上、并在隔套与滚动轴承之间以及固定挡圈与滚动轴承之间均装有橡胶缓冲调节圈。

采用本发明后，通过开口挡圈、滚动轴承与固定挡圈之间的装配以及两橡胶缓冲调节圈的缓冲作用，减少了电枢轴蜗杆--减速箱组件的斜齿轮传动副啮合间存在的间隙以及电枢轴装配定位件之间可能存在的间隙，使电机在工作时，电枢轴蜗杆--斜齿轮传动副减少震动和冲击，显著降低电机的振动和噪音，提高电机的性能和寿命。本发明通用性强、安装方便，工作效率高，投入成本低。

附图说明

下面结合附图与实施方式对本发明作进一步的详细描述。

图1为本发明应用的传动缓冲式刮水器电机的结构示意图。

图2为图1中电机本体组件的电枢轴上的装配结构图。

图3为本发明电机的传动缓冲装置的结构示意图。

图4为橡胶缓冲调节圈在电枢轴上经左向受力时的变形图。

图5为橡胶缓冲调节圈在电枢轴上经右向受力时的变形图。

图6为橡胶缓冲调节圈受压缩力F和变形量δ的直角坐标图。

具体实施方式

参照图1至图3，本发明电机的传动缓冲装置，包括电枢轴2，在所述电枢轴2上、并在该电机的减速箱组件的减速箱体8内依次装有开口挡圈4、隔套5、滚动轴承7、固定挡圈11，且该滚动轴承7由轴承固定卡圈9卡住固定。在所述电枢轴2上、并在隔套5与滚动轴承7之间以及固定挡圈11与滚动轴承7之间均装有橡胶缓冲调节圈6；所述电枢轴2、开口挡圈4、隔套5、滚动轴承7、固定挡圈11和橡胶缓冲调节圈6(左、右侧)构成该电机的传动缓冲装置(即传动缓冲件)。

本发明应用的传动缓冲式刮水器电机，包括电机本体组件、减速箱组件和线路板组件10，其中减速箱组件由减速箱体8、斜齿轮3构成，电机本体组件由换向器12、电枢绕组15、电枢铁芯16、磁瓦14、机壳13、电枢轴2(其端部为蜗杆形而与斜齿轮3相啮合)等构成(该电枢轴的两端分别装有支承调节螺钉1、球面轴承17)，在所述电机本体组件的电枢轴2上、并在减速箱组件的减速箱体8内(且靠近电机本体组件的机壳13处)依次装有开口挡圈4、隔套5、滚动轴承7、固定挡圈11，且该滚动轴承7由轴承固定卡圈9卡住固定(即轴承固定卡圈9处于减速箱体8与滚动轴承7之间)。

其中，电机本体组件的机壳13和减速箱组件的减速箱体8相配合并紧固在一起。支承调节螺钉1、滚动轴承7和球面轴承17，作为电枢轴2的前、中、后的三个支承，作为中间支承的滚动轴承7则固定在减速箱体8和轴承固定卡圈9之间，但可在电枢轴2上滑动，固定挡圈11装配前固定在电枢轴2上，橡胶缓冲调节圈6一般选用O型橡胶圈，当电枢轴2及其上的零件在减速箱体8内装配完成后，开口挡圈4则卡装在电枢轴2的凹槽中，从而完成电枢轴2的轴向定位。斜齿轮3与电枢轴2上的蜗杆啮合，组成一对传动副。

如图2所示：根据所述的传动缓冲式刮水器电机的传动缓冲件的设置安装方法是：所述电枢轴2的右端已安装上换向器12、电枢绕组15、电枢铁芯16和装配固定挡圈11，然后将右侧的橡胶缓冲调节圈6(在固定挡圈左边)套入电枢轴2，将该电枢轴2插入固定在减速箱体8里的滚动轴承7内孔中，再先后放入左侧的橡胶缓冲调节圈6及隔套5，最后将开口挡圈4卡入电枢轴2的凹槽中。现设定滚动轴承7的宽度为A，隔套5的宽度为B，开口挡圈和固定挡圈之间的距离为C，橡胶缓冲调节圈为O型橡胶圈，其直径均为d，安装后，隔套超过电枢轴凹槽边的距离为δ_T。当开口挡圈卡入电枢轴的凹槽时(见图1或图2)，橡胶缓冲调节圈受到压缩变形，隔套5外侧和固定挡圈11内侧之间的距离将由C′变为C，即C′-C＝δ_T。

如图3所示：电枢轴2的轴向定位是依靠滚动轴承7左、右边的开口挡圈4和固定挡圈11，此两挡圈均卡在电枢轴的凹槽里，滚动轴承7则装在减速箱体8内并由轴承固定卡圈9固定，作为电枢轴的左右轴向定位件。该刮水器电机工作时，电枢轴2经受的左右轴向力，通过卡在电枢轴的凹槽里开口挡圈4经隔套5和固定挡圈11，分别作用于滚动轴承7上。现利用在滚动轴承7的左、右边分别与隔套5、固定挡圈11之间均安装橡胶缓冲调节圈6，来消除电枢轴装配中的轴向定位间隙，并对该橡胶缓冲调节圈所设定的装配过盈量进行分析。

现设定左侧和右侧的橡胶缓冲调节圈经压缩变形后的轴向宽度均为S。按图3说明，隔套5外侧和固定挡圈11内侧之间的距离将由C′变为C，即：C′-C＝δ_T，则S＝(2d-δ_T)/2。

如图4所示：当电机工作电枢轴2经左向受力时，电枢轴工作时左向轴向力为F1，刮水器电机电枢轴因左向受力向右位移，因滚动轴承7固定在减速箱体内不能作轴向移动，电枢轴就带动开口挡圈4和隔套5向右位移，压缩左侧的橡胶缓冲调节圈6，使该橡胶缓冲调节圈6的宽度由S压缩改变成S1。相反，刮水器电机电枢轴因左向受力向右位移，使右侧的橡胶缓冲调节圈6的宽度由S放松改变成S2，图4所示为电枢轴的传动缓冲装置因电枢轴2左向受力的变形图，其中S1+S2＝2S。

如图5所示：当电机工作电枢轴2经右向受力时，电枢轴工作时右向轴向力为F2，刮水器电机电枢轴因右向受力向左位移，因滚动轴承7固定在减速箱体内不能作轴向移动，电枢轴就带动固定挡圈11向左位移，压缩右侧的橡胶缓冲调节圈6，使该橡胶缓冲调节圈的宽度由S压缩改变成S4。相反，刮水器电机电枢轴因右向受力向左位移，使橡胶缓冲调节圈6的宽度由S放松改变成S3，图5所示为刮水器电机电枢轴的传动缓冲装置因电枢轴2右向受力的变形图，其中S3+S4＝2S。

如图6所示：以δ(单位为微米：μm)为橡胶缓冲调节圈变形量并作为横坐标，以F(单位为牛顿：N)为橡胶缓冲调节圈压缩力并作为纵坐标，X_d1、X_d2、X_d3分别为试验样件橡胶缓冲调节圈(截面直径为d1、d2、d3：d1＜d2＜d3)的性能曲线，P为δ_T和F_M的坐标交点，通过该点的橡胶缓冲调节圈截面直径为d0，d0并作为选择橡胶缓冲调节圈最佳的截面直径，其中δ_T为两个橡胶缓冲调节圈安装时总压缩变形量，δ_M为电枢轴最大轴向力F_M时橡胶缓冲调节圈的变形量，F_M为电枢轴工作时最大轴向力。如不方便选用d0，则可在P点附近就近选择已知的性能曲线，如图6中的X_d2，则其对应的已知的橡胶缓冲调节圈截面直径为d2，并选用d2代替d0，也十分接近最佳的截面直径，其时，δ_T、δ_O对应的纵坐标为F_N和F_O′，F_N为选用最佳点最靠近曲线时(图中为d2)，橡胶缓冲调节圈对应δ_M变形量的压缩力，F_O′为选用最佳点最靠近曲线时(图中为d2)，橡胶缓冲调节圈对应δ_O变形量的压缩力，F_N和F_O′型十分接近F_M和F_O。

当选用左右侧相同的橡胶缓冲调节圈(O型橡胶圈)6时，其装配过盈量：δ_T＝C′-C，S＝(2d-δ_T)/2或δ_T＝2d-2S。

为保证消除电枢轴装配中的轴向定位间隙，则设定：

δ_T＞(∑Δi²)^1/2+Δ_Y＝(Δ1²+Δ2²+Δ3²+Δ4²+Δ5²+Δ6²+Δ7²)^1/2+Δ_Y，

为保证消除电枢轴装配中的轴向定位间隙外，橡胶缓冲调节圈还应保留一定的预紧力，则可设定为：

δ_T＝(∑Δi²)^1/2+Δ_Y+αM＝(Δ1²+Δ2²+Δ3²+Δ4²+Δ5²+Δ6²+Δ7²)^1/2+Δ_Y+0.2m，其中：

Δi---相关尺寸链的公差值；

Δ1---电枢轴2的尺寸C的公差值；

Δ2---固定挡圈11的宽度尺寸的公差值；

Δ3---固定挡圈11处电枢轴2的凹槽尺寸的公差值；

Δ4---滚动轴承7的宽度尺寸A的公差值；

Δ5---隔套5的尺寸的公差值；

Δ6---开口挡圈4的宽度尺寸的公差值；

Δ7---开口挡圈4处电枢轴2的凹槽尺寸的公差值；

Δ_Y---电枢轴蜗杆--斜齿轮传动副啮合时最大啮合齿侧间隙；

M---电枢轴蜗杆/斜齿轮的法向模数；

α---预紧力系数，此处选α＝0.2(当电机功率为50瓦时)。

该公式用文字表达如下：为保证消除电枢轴装配中的轴向定位间隙外，橡胶缓冲调节圈还应保留(一定的)预紧力，所述橡胶缓冲调节圈6的装配过盈量(δ_T)设定为以下三组数据之和：

第一组组数据为：相关尺寸链的公差值的平方和的平方根，相关尺寸链包括电枢轴2的C段尺寸(即开口挡圈4至固定挡圈11之间的距离)、固定挡圈11的宽度尺寸、固定挡圈11处电枢轴2的凹槽尺寸、滚动轴承7的宽度尺寸A、隔套5的尺寸、开口挡圈4的宽度尺寸、开口挡圈4处电枢轴2的凹槽尺寸；第二组组数据为：电枢轴蜗杆--减速箱组件的斜齿轮传动副啮合时最大啮合齿侧间隙；第三组组数据为：预紧力系数乘以电枢轴蜗杆/斜齿轮的法向模数(当电机功率为50瓦时，此处选预紧力系数为0.2)。

以型号为ZD1531A的功率为50瓦的刮水器电机为例：

δ_T＝(∑Δi²)^1/2+Δ_Y+αM＝(Δ1²+Δ2²+Δ3²+Δ4²+Δ5²+Δ6²+Δ7²)^1/2+Δ_Y+0.2m＝(0.1²+0.1²+0.1²+0.01²+0.1²+0.1²+0.1²)^1/2+0.25+0.2X1＝0.695(mm)。

根据图4说明，当电机工作电枢轴2经左向受力时，其左向轴向力为F1，刮水器电机电枢轴因左向受力向右位移，设定左向轴向力最大值为F_1M，及相对应的左侧橡胶缓冲调节圈6变形量为δ_1M；同理，根据图5说明，当电机工作电枢轴2经右向受力时，其工作时右向轴向力为F2，刮水器电机电枢轴因右向受力向左位移，设定右向轴向力最大值为F_2M，及相对应的右侧橡胶缓冲调节圈6变形量为δ_2M。又因刮水器电机电枢轴因左向受力向右位移，使右侧橡胶缓冲调节圈6的宽度由S放松改变成S2，为保证电枢轴装配中的轴向定位不出现间隙，则又可设定：S2＝d；同理要求：S3＝d，则：δ_T＝δ_1M；δ_T＝δ_2M。当δ_1M＝δ_2M时，δ_T＝δ_1M＝δ_2M＝δ_M。

其中δ_M为电枢轴左右最大轴向力相等时，最大轴向力时橡胶缓冲调节圈的变形量。

安装橡胶缓冲调节圈，作为电枢轴传动中的传动缓冲装置部件，并对设定其最佳过盈量及尺寸进行分析。在刮水器作一个周期的往复运动时，刮水器电机的电枢轴(含蜗杆)会交替受到左、右两方向的轴向力，由于电枢轴蜗杆--斜齿轮传动副啮合间存在间隙以及电枢轴装配定位件之间可能存在间隙，在刮水器电机工作时会产生振动和噪音，本发明提供了一种刮水器电机传动缓冲装置及其设计安装方法，在电机工作时，使电枢轴蜗杆--斜齿轮传动副减少震动和冲击，显著降低刮水器电机的振动和噪音，提高电机性能和寿命。

刮水器电机电枢轴因左向受力向右位移，使右侧的橡胶缓冲调节圈6的宽度由S放松改变成S2，为保证电枢轴装配中的轴向定位不出现间隙，要求：S2≥d；同理要求：S3≥d。

又因S1+S2＝2S，及S3+S4＝2S，及S＝(2d-δ_T)/2；

当S2＝S3＝d及设定S1＝S4时，则S1＝S4＝d-δ_T；

表明此时，橡胶缓冲调节圈受最大轴向力的弹性压缩而变形，并储存能量，成为电枢轴蜗杆传动中的缓冲装置部件。

对确定其安装最佳总过盈量δ_T及橡胶缓冲调节圈直径d的设计方法：利用安装橡胶缓冲调节圈(即O型橡胶圈)，消除电枢轴装配中的轴向定位间隙，并作为电枢轴传动中的储存能量的缓冲装置部件，对确定其最佳过盈量δ_O及橡胶缓冲调节圈直径d的尺寸已进行上述分析，其设计方法如下。为保证消除电枢轴蜗杆装配中的轴向定位间隙，现设定：

δ_T＝(Δ1²+Δ2²+Δ3²+Δ4²+Δ5²+Δ6²+Δ7²)^1/2+Δ_Y+0.2m，及选定：δ_T＝δ_1M＝δ_2M＝δ_M。

其中δ_1M、δ_2M为电枢轴左、右两方向的最大轴向力F_M时的变形量，当δ_1M＝δ_2M时，设定δ_1M＝δ_2M＝δ_M。δ_M为电枢轴最大轴向力F_M时橡胶缓冲调节圈的变形量。选择橡胶缓冲调节圈最佳截面直径。

见图6，X_d1、X_d2、X_d3分别为试验样件橡胶缓冲调节圈截面直径为d1、d2、d3(d1＜d2＜d3)的性能曲线，P为δ_M和F_M的坐标交点，通过该点的橡胶缓冲调节圈截面直径为d0，d0则作为选择橡胶缓冲调节圈最佳的截面直径，其中δ_T为左右两个橡胶缓冲调节圈安装时总压缩变形量，δ_T＝2δ_O＝δ_M，或δ_O＝0.5δ_T＝0.5δ_M。

其中：δ_O为单个橡胶缓冲调节圈安装时压缩变形量；

δ_M为电枢轴最大轴向力F_M时O型橡胶圈的变形量；

F_M为电枢轴工作时最大轴向力。

如不方便选用d0，则可在P点附近就近选择已知的性能曲线，如图6中的X_d2，则其对应的已知的O型橡胶圈截面直径为d2，并选用d2代替d0，也十分接近最佳的截面直径，其时，δ_T、δ_O对应的纵坐标为F_N和F_O′，F_N为选用最佳点最靠近曲线时(图6中为d2)，O型橡胶圈对应δ_M变形量的压缩力，F_O′为选用最佳点最靠近曲线时(图6中为d2)，O型橡胶圈对应δ_O变形量的压缩力，F_N和F_O′型十分接近F_M和F_O。

所述橡胶缓冲调节圈6的设计选用方法是：

①采用材料为丁腈橡胶的O形圈为橡胶缓冲调节圈，该O形圈内径D与电枢轴2的C段尺寸一致；

②计算橡胶缓冲调节圈装配过盈量δ_T：

δ_T＝(∑Δi²)^1/2+Δ_Y+αM＝(Δ1²+Δ2²+Δ3²+Δ4²+Δ5²+Δ6²+Δ7²)^1/2+Δ_Y+0.2m

选定：电枢轴最大轴向力F_M时橡胶缓冲调节圈的变形量δ_M。

δ_M＝δ_1M＝δ_2M＝δ_T。

③计算电枢轴工作时最大轴向力F_M；

④将该O形圈相同内径D，具有不同的截面直径(d1、d2、d3等)的O型圈分别作δ(μm)-F(N)性能曲线(见图6)；

⑤在O型圈的性能曲线的δ(μm)-F(N)座标上选取δ_M＝δ_T及F_M，得交点P；

⑥选取与P点最近的性能曲线，其对应的截面直径(d2)即为O型圈拟选用的截面直径尺寸；

⑦校验：要求：PP′/F_M≤5％。

以型号为ZD1531A的功率为50瓦的刮水器电机为例：

①采用材料为丁腈橡胶的O型圈为橡胶缓冲调节圈，该O型圈内径D与电枢轴2的C段尺寸一致，D＝8。

②计算橡胶缓冲调节圈装配过盈量δ_T

δ_T＝(∑Δi²)^1/2+Δ_Y+αM＝(Δ1²+Δ2²+Δ3²+Δ4²+Δ5²+Δ6²+Δ7²)^1/2+Δ_Y+0.2m＝(0.1²+0.1²+0.1²+0.01²+0.1²+0.1²+0.1²)^1/2+0.25+0.2X1＝0.695(mm)。

选定：电枢轴最大轴向力F_M时橡胶缓冲调节圈的变形量δ_M。

δ_M＝δ_1M＝δ_2M＝δ_T＝0.695(mm)。

③计算电枢轴工作时最大轴向力F_M。型号ZD1531A、功率为50瓦的刮水器电机，在输出工作转矩为4.4N·m时，经计算，F_M＝80N。

④将该O形圈相同内径D，作有关不同的截面直径(d1、d2、d3等)的O型圈的δ(μm)-F(N)性能曲线，见图6。

⑤在O型圈的性能曲线的δ(μm)-F(N)座标上选取δ_M＝δ_T＝0.695(mm)及F_M＝80N，得交点P，见图6。

⑥选取与P点最近的性能曲线，其对应的截面直径为d2，d2＝2即为O型圈拟选用的截面直径尺寸。

(⑦校验：PP′/F_M＝4.5％≤5％。

上述确定其安装最佳总过盈量δ_T及橡胶缓冲调节圈截面直径d的设计方法，提供了一种刮水器电机传动缓冲装置及其设计方法，经试验，在刮水器电机工作时，使电枢轴蜗杆--斜齿轮传动副减少震动和冲击，显著降低电机的振动和噪音，提高了电机性能和寿命。

另外，当电枢轴左、右两方向的最大轴向力不等时，可以应用上述设计方法，选用不同的橡胶缓冲调节圈截面直径d。

本发明可广泛应用于车辆上配套的各种永磁直流电机，如刮水器电机、座椅电机、玻璃升降电机、天窗电机等等。

Claims (3)

1.一种电机的传动缓冲装置，包括电枢轴(2)，其特征在于：在所述电枢轴(2)上、并在该电机的减速箱组件的减速箱体(8)内依次装有开口挡圈(4)、隔套(5)、滚动轴承(7)、固定挡圈(11)，且该滚动轴承(7)由轴承固定卡圈(9)卡住固定。

2.根据权利要求1所述的电机的传动缓冲装置，其特征在于：在所述电枢轴(2)上、并在隔套(5)与滚动轴承(7)之间以及固定挡圈(11)与滚动轴承(7)之间均装有橡胶缓冲调节圈(6)。

3.根据权利要求2所述的电机的传动缓冲装置，其特征在于：所述橡胶缓冲调节圈(6)的装配过盈量为以下三组数据之和：

第一组组数据为：相关尺寸链的公差值的平方和的平方根，相关尺寸链包括电枢轴的C段尺寸、固定挡圈的宽度尺寸、固定挡圈处电枢轴的凹槽尺寸、滚动轴承的宽度尺寸、隔套的尺寸、开口挡圈的宽度尺寸、开口挡圈处电枢轴的凹槽尺寸；第二组组数据为：电枢轴蜗杆--减速箱组件的斜齿轮传动副啮合时最大啮合齿侧间隙；第三组组数据为：预紧力系数乘以电枢轴蜗杆/斜齿轮的法向模数。

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