CN219523656U - 一种自校正式珠压锁合机构及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自校正式珠压锁合机构及车辆，属于车辆连接技术领域。一种自校正式珠压锁合机构，包括第一本体，其上部设有上筒体，且上筒体侧壁上形成有若干通孔，通孔内设有锁珠；上筒体内轴向穿设锁轴；锁头抵在锁珠内侧；锁头下部设有锁颈；上筒体外部设有锁套；锁套内壁设有与锁珠外形尺寸适配的锁槽。锁轴以螺纹连接方式安装在第一本体内。锁颈与锁头连接位置为周侧向上倾斜的环形斜面或环形曲面过渡。上筒体与锁套轴向压合时，锁珠相对于锁槽向上偏移。拉紧锁轴时，向上偏移和向下偏移的锁珠均被强制压入锁槽的基准位置，实现对一定误差范围内的机车装配总成校正，使得车载电池包端安装固定的第一本体能够更精确与锁套装配。

Description

一种自校正式珠压锁合机构及车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆连接技术领域，具体地说，涉及一种自校正式珠压锁合机构及车辆。

背景技术

在车辆换电领域，可更换的车载电源采用可控锁机构安装在车辆底盘中。车载电源与车辆的锁合机构有多种形式，包括滚珠式、杠杆锁舌式、螺栓旋合式等等，其中滚珠式锁紧机构技术成熟度高，在现有锁机构中使用较多。

但是相比较于杠杆锁舌式、螺栓旋合式等锁紧程度可调的机构而言，滚珠式锁紧机构的锁紧程度不可调，锁紧极限位置固定，不能根据车辆的实际使用情况进行松紧度调整，这在实际使用中会存在较大问题，以下对具体问题进行分析阐述。

在现有的乘用类车辆加工和装配技术中，绝大多数部分的结构件采用钣金件拼焊而成。钣金件本身存在着件体薄、强度低等问题，在装配中容易发生形变，形成原始误差。更加地，钣金件还需要拼合焊接形成框架总成，焊接形变和装配误差积累会进一步导致误差扩大。因此在行业内，乘用车装配中通常允许有1-1.5mm的误差量。

将滚珠式锁紧机构适用在乘用车辆底盘上，以固定连接车载电源时，滚珠式锁紧机构的松紧不可调属性不能补充乘用车本身的位置误差，以及车载电源总成的误差。误差叠合导致车载电源总成在乘用车底盘位置的装配误差始终存在，这将削弱锁紧机构的锁紧程度，甚至影响基础锁紧功能的实现。通常表现为装配电源总成时，不同位置的锁紧机构处于不同的可锁紧状态，即有些位置的锁紧机构能够顺利锁止，而有些位置的锁紧机构处于对不齐状态，无法锁止。

实用新型内容

1、要解决的问题

针对现有技术中，滚珠式锁紧机构在乘用车安装车载电源中容易出现位置偏差，导致不能一致性锁紧或解锁的问题，本实用新型提供一种自校正式珠压锁合机构及车辆。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种自校正式珠压锁合机构，包括第一本体，其上部设有上筒体，且上筒体侧壁上形成有若干通孔，所述通孔内设有锁珠；上筒体内轴向穿设一根锁轴，所述锁轴的上端为锁头，下端为锁尾；所述锁头抵在锁珠内侧，用于将锁珠抵出上筒体；所述锁头下部设有锁颈，且锁颈直径小于锁头直径，用于避让锁珠，使锁珠得以进入上筒体；所述上筒体外部设有锁套；所述锁套内壁设有与锁珠外形尺寸适配的锁槽，以便锁珠卡入锁槽将锁套锁止在第一本体上；

与现有技术中具有主要区别的技术方案为：锁轴以螺纹连接方式安装在第一本体内。锁颈与锁头连接位置为周侧向上倾斜的环形斜面或环形曲面过渡。上筒体与锁套轴向压合时，所述锁珠相对于锁槽向上偏移距离D，D小于锁珠直径的四分之一。

其他附加技术特征优选地，锁颈下部设有螺纹段，锁轴以所述螺纹段旋合在第一本体上。

优选地，锁颈下部设有配合抵压第一本体的挡环，用以对锁轴下移进行限位。

优选地，第一本体下部设有下筒体；所述锁轴贯穿所述上筒体和所述下筒体，且所述锁头位于上筒体内，所述锁尾位于下筒体内。

优选地，下筒体内设有固定安装在锁尾的螺帽，下筒体下部开口为倾斜导向口。

优选地，螺帽以焊接方式固定在锁尾；螺帽与下筒体内壁之间设置密封圈，以封堵锁轴螺纹连接处的润滑油。

优选地，锁套外部安装有第二本体和位于第二本体下方的止回螺母；所述止回螺母旋合在锁套上，对第二本体进行下部限位，且止回螺母与第二本体之间设置轴向浮动间隙。

优选地，第二本体与锁套之间设有径向浮动衬套。

优选地，锁套下端口与第一本体上表面之间隔设缓冲垫圈；缓冲垫圈套设在上筒体外部，缓冲垫圈靠近第一本体上表面的一端面上开设环槽；所述锁套的下端口正压在所述环槽上方，且环槽内侧垫圈厚度大于环槽外侧垫圈厚度。

本技术内容还提供一种车辆，该车辆采用上述任意一种方案组合的锁结构，用于将汽车底盘与车载电源总成相互锁合。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)锁套固定于车端，第一本体则固定安装在车载电池包端，由车端下方的支撑平台向上顶起。当锁珠与锁槽位置水平对合时，锁套与第一本体之间留有间隙，而当车体压在车载电池包上时，锁套与第一本体完全抵合压紧。

在上述抵合过程中，假设不同位置的锁止机构高度差具有4mm以下的偏差值，通过设置将上述间隙控制在2mm，则4mm的偏差值将被上述间隙消耗掉2mm，余下2mm偏差值。回过头再来分析锁珠的位置：当锁套抵合第一本体的同时，锁珠相对于锁槽位置向上偏移。假设采用8mm直径的锁珠，当锁珠相对于锁槽向上偏移距离小于锁珠直径的四分之一，即小于2mm，在这种偏移比例下，锁轴斜面施加在锁珠上的水平分力比锁槽施加在锁珠上的摩擦力大得多(以金属件之间的摩擦力系数测算和试验)，能够使锁珠在较大的冗余水平复位力作用下顺利回槽。

前面分析到偏差值仍余下2mm，则该2mm偏差的锁珠位于对应锁槽基准位置的下方2mm。以上就将4mm的偏差值分别调整到了锁槽基准位置的上方2mm、下方2mm，且均未超出锁珠可复位的偏移量。

在上述前提下，通过螺纹连接和驱动的方式向下旋转锁轴，令锁轴的锁头下侧的斜面将锁珠复位压入对应锁槽内，并处于完整配合状态。在向下拉紧锁轴的过程中，锁套与第一本体之间预留的间隙得以重新释放，向上偏移和向下偏移的锁珠均被强制地校正压入锁槽的基准位置中，从而实现对一定误差范围内的机车装配总成进行校正，使得车载电池包端安装固定的第一本体能够更精确地与车端固定的锁套按照预定设计的配合位置标准装配。

此处需要补充说明的是：我国现代的一般制造和装配工艺下，乘用车端的锁结构与车载电池包端的对应锁结构，二者相互配合时，高度方向偏差绝对值不会超过4mm，通常误差在2mm以内。

(2)现有技术中采用弹簧向上抵紧锁轴的方式实现锁轴的解锁状态，这种方式下存在以下问题：弹簧的支撑属于柔性支撑，在汽车与车载电源的巨大压力下，弹簧可将锁轴推动解锁，但是无法克服上述压力实现锁止。本实用新型采用螺栓驱动方式代替弹簧张紧，可以解决弹簧锁止力度不够，不能克服汽车与车载电源之间的巨大压力的问题。

在螺纹连接方式中，也会出现另一个问题，即在解锁和锁合的互逆过程中，外接驱动设备会沿正转和反转反复旋动螺帽，以间接驱动锁轴。螺纹连接本身并不牢固，自锁功能通常难以保持，在长期反复正反转驱动下，螺纹连接将次趋松散，最终导致螺纹破坏。因此本实施例中，在将锁轴尾部穿插至下筒体之后，将螺帽焊接在锁尾，以实现可靠互连，满足外接驱动设备大扭力加解锁的机械操动需求。

作为另一个重要的有益效果：锁紧到位与否，关系车载电源的安装安全性、可靠性，在弹簧支撑解锁的技术方案中，锁轴的动作状态无法通过柔性的弹簧连接件进行检测，因此解锁、锁合状态是否到位，只能通过嵌设的视觉传感器或红外位置传感器等方案进行确定，安全性差，可靠性受到灰尘、异物等很多因素的干扰。本技术方案中，锁尾的螺帽固定焊接在锁轴上，锁轴又是通过螺纹连接方式控制锁珠，因此借助螺纹旋合圈数、扭矩等可以精确控制锁合和解锁进程，为车联网和数据上网提供基础条件。

(3)本技术方案中，第一本体与锁套之间具有轴向相对位移，设置在上筒体外圈的缓冲垫圈具有避让设计，即环槽。当锁套挤压在缓冲垫圈时，缓冲垫圈得以利用环槽空间发生形变，避免被压裂。

实际使用中，如果锁套下端口完全地压在缓冲垫圈上，缓冲垫圈也难以有避让空间，所以在设计锁套下端口时，将其下端口内侧设置倒角，一方面使得锁套下端面仅压在缓冲垫圈具有环槽的结构部位；另一方面，倒角便于上筒体导入锁套。

但是上述设计也会带来另一个问题，即具有环槽的缓冲垫圈在锁套下端口压力下翻折，并反向包裹在锁套下端口上，随着锁套上移脱离第一本体，缓冲垫圈也将跟随锁套上移。在上、下往复移动中，缓冲垫圈逐渐沿倒角被挤入上筒体与锁套内壁的位置，不但导致缓冲垫圈功能失效，也会阻塞上筒体和锁套的配合活动。

本技术方案中，将环槽内侧的缓冲垫圈壁厚加厚，并减薄环槽外侧的缓冲垫圈壁厚，使得缓冲垫圈的形变转移至外侧圈层，由于缓冲垫圈内侧圈层基本不会发生形变，保持了与上筒体的良好配合关系，即使缓冲垫圈外侧圈层发生形变，也会被内侧圈层牵拉，保持在原位，而不会包裹在锁套下端口，并跟随锁套移动。

附图说明

图1为立体图一；

图2为立体图二；

图3为立体图三；

图4为第二本体立体图；

图5为锁套立体图；

图6为止回螺母立体图；

图7为第一本体和缓冲垫圈立体图；

图8为锁轴立体图；

图9为锁合机构俯视图；

图10为沿图9中沿A线剖视图；

图11为沿图9中沿B线剖视图；

图12为锁珠偏移状态下受力示意图；

图13为锁珠偏移与回槽状态位置变化图；

图14为第一本体系统向上偏移配合的结构示意图；

图15为第一本体系统负向偏差配合的结构示意图；

图16为第一本体系统径向浮动偏差配合的结构示意图；

图17为第一本体系统倾斜姿态配合前的结构示意图；

图18为第一本体系统倾斜姿态配合时的结构示意图。

图中：

100、第一本体；

11、螺纹孔；12、上筒体；13、下筒体；14、锁珠；

200、锁轴；

21、锁头；22、锁尾；23、锁颈；24、挡环；25、螺帽；

300、锁套；

31、锁槽；32、浮动衬套；33、止回螺母；34、阻挡结构；

400、缓冲垫圈；

41、环槽；

500、第二本体；

51、阶梯结构；52、环形空腔。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于了解，下面结合实施例对本实用新型作进一步阐述。

实施例1

参见图1至图18所示，一种自校正式珠压锁合机构，包括固定安装在车载电源(电池包)端的第一本体100。第一本体100中部为平台结构，以便与电池包贴合安装。第一本体100平台结构的中央位置开设螺纹孔11，并将一根锁轴200通过螺纹配合的方式竖直旋合在螺纹孔11内。第一本体100上部为上筒体12、下部为下筒体13。上筒体12和下筒体13分别同轴位于螺纹孔11的上、下两侧，以便保护和容纳锁轴200上部的锁头21、锁轴200下部的锁尾22等相关结构。

更具体地，上筒体12侧壁沿径向均匀设有4个通孔，每个通孔内均设有一锁珠14。锁头21抵紧锁珠14可将锁珠14抵出通孔，并卡设在上筒体12外部的锁套300内。锁头21下部设有锁颈23，锁颈23的直径小于锁头21的直径，故当锁颈23抵在锁珠14上时，锁珠14可内收至上筒体12内，且不突出于通孔外部，以解除对锁套300的锁合。为了方便锁珠14从与锁颈23相抵位置平顺变换为与锁头21相抵，在锁头21和锁颈23过渡处采用斜面过渡，且棱角处用曲面处理。

在锁轴200旋合于螺纹孔11时，为避免锁轴200过度下移导致脱螺旋，本实施例中，在锁颈23下部设置挡环24。

锁轴200外部套设锁套300。锁套300内侧面设置一圈尺寸和形状与锁珠14适配的锁槽31，以供锁珠14卡入锁合。锁套300的下端口靠近第一本体100的上表面，其内缘处倒角，倒角的设置一方面使得上筒体12顺利插入锁套300；另一方面，收束和集中了抵压第一本体100的零件尺寸，通过垫设在锁套300与第一本体100之间的缓冲垫圈400能够更充分地承载锁套300的冲击，缓冲垫圈400未受锁套300抵压的部分能够有充分的空间发生形变，释放锁套300的冲击力。

由于锁套300的冲击集中在缓冲垫圈400的中部，缓冲垫圈400下端面中部又设置了环槽41用于提供形变空间，故缓冲垫圈400的两侧极容易在冲击下向上翻边，并包裹在锁套300的下端口上，跟随锁套300沿上筒体12移动。长期往复移动中，缓冲垫圈400将脱离锁套300，并沿锁套300内缘倒角进入锁套300与上筒体12之间，此时即发生垫圈失效，并引起加、解锁过程的阻塞。为了解决上述问题，本实施例中将环槽41靠近上筒体12一侧的缓冲垫圈400壁厚加厚，并明显厚于缓冲垫圈400位于环槽41另一侧的壁厚，从而转移形变位置至该较薄的壁厚处。加厚的位置能够更加稳定地套在上筒体12上，大大缓解缓冲垫圈400翻边的问题。而即使有局部的单侧的翻边，也难以引起缓冲垫圈400整体跟随锁套300下端口移动，即保证了缓冲垫圈400的有效工作状态。

下筒体13内，锁尾22通过螺纹连接方式安装螺帽25。装配时，锁轴200自上筒体12以锁尾22插入螺纹孔11，并旋合进入下筒体13，直至挡环24抵在上筒体12的底面，即第一本体100的上表面。螺帽25旋合在锁尾22上之后，以焊接方式将二者固定。在RGV(有轨制导车辆)换电平台的驱动下，借助螺帽25旋转锁轴200，锁轴200沿螺纹孔11相对于上筒体12升降，从而以锁头21和锁颈23实现对锁珠14的抵压与解压，即实现第一本体100与锁套300的锁合与解锁。至于焊接的必要性，详见有益效果部分。概括而言，紧靠螺纹连接方式无法负载外接驱动装置对螺帽25和锁轴200的同步驱动，往往会出现螺帽25滑丝。

螺帽25外侧面套设密封圈，该密封圈可防止下筒体13内的润滑油外溢，保持螺纹孔11与锁轴200的润滑。

在锁珠14与锁槽31一一对应配合的状态下，上筒体12与锁套300之间轴向预留间隙C，其值为1-2mm(毫米)。本实施例中，锁珠14的直径选取8mm。使用时，RGV将汽车向上顶起，汽车的重量完全由RGV负荷。此时，固定在车端的锁套300压在位于RGV和电池包端的第一本体100上。上筒体12与锁套300之间轴向预留的1-2mm间隙被压力弥合。此时，残留在RGV和电池包端不同位置的锁结构之间的偏差残值通常不会超过2mm，这是由于按照当前的机加工水平和乘用车辆装配制造水平，车载电源总成或车辆底盘的垂直误差均可以控制在4mm以内。在此情况下，原本正常与锁槽31对齐的锁珠14被向上挤压偏移1-2mm，其他位置的原本有机加工偏差的锁槽31，其偏差值被削减1-2mm，而残留误差基本处在2mm以内。换言之，由于上筒体12与锁套300之间预留间隙的设置，导致某处原本向下偏移4mm以内的锁珠14，其偏移量被压缩到2mm以内，这2mm的误差值位于对应锁槽31水平中线L以下。

与此同时，当锁珠14相对于锁槽31竖直偏移量D不超过锁珠14直径的四分之一，即不超过2mm时，经过测算和试验，锁珠14与锁槽31之间的摩擦力基本不会导致锁珠14被卡死在锁槽31和通孔之间。换言之，在此偏移比例下，在水平力的作用下，锁珠14将能够比较轻松地再次回复到对应锁槽31中，实现锁紧。锁紧过程参见螺帽25与锁尾22处的描述，此处不再赘述。螺纹硬拉锁紧之后，原本2mm以内的误差也被锁珠14与锁槽31之间的限位力所消弭，实现以RGV及车载电源总成为基准的精确装配与紧固安装。以上装配方案避免了车载电源总成无法顺利换电锁合的问题，也通过校正误差，张紧了车载电源总成与汽车底盘的配合松紧度，无论对于电池包的使用安全，还是底盘稳定性提高，以及对驾驶者感受的改善，都起到了积极作用。

本实施例中，锁套300并非直接固定安装在车端，而是通过第二本体500安装。具体地，第二本体500套设在锁套300外部，二者相互独立，之间具有活动间隙。锁套300外表面嵌设有浮动衬套32，第二本体500相对于锁套300的内侧面设有阶梯结构51。阶梯结构51中靠近锁套300的部分抵压在浮动衬套32上。阶梯结构51中另一远离锁套300的部分与锁套300之间形成环形空腔52。在锁套300相对于第二本体500径向浮动挤压浮动衬套32时，被挤压的浮动衬套32能够向环形空腔52中释放形变内容，从而保证浮动避让的顺利实现。

如此设置的原因在于：只有保证锁珠14与锁槽31的紧密可靠配合，才能保证锁紧，因此不能在锁轴200与上筒体12之间设置径向浮动配合关系。故本实施例中，在锁套300与第二本体500之间设置径向浮动空间，以便在不同位置的车载电源总成锁紧结构同时装配时，所有锁结构均能适应位置误差，不会出现某些位置的上筒体12对不入对应的锁套300的问题。

锁套300外部安装有止回螺母33。止回螺母33通过螺纹旋合在锁套300上，且位于第二本体500下方。锁套300外部设有阻挡结构34，对止回螺母33的上旋合极限进行限位。在上极限位置，止回螺母33与第二本体500之间留有微量间隙E。

不同位置的锁结构，其之间的位置误差不仅限于水平方向和竖直方向。本实施例中，在止回螺母33与第二本体500之间留有微量间隙E，除了如上所述实现锁套300的径向浮动，还能够为某些位置的上筒体12以微倾斜姿态插入锁套300提供了锁套300的旋转适应条件。

本技术内容还提供一种车辆，该车辆采用上述任意一种方案组合的锁结构，用于将汽车底盘与车载电源总成相互锁合。

本实施例中，对锁结构的受力和机械性能进行有限元分析，具体预设定参数如表1。

表1锁结构材料性能参数

按照本实施例中装配结构和装配关系，对第二本体两侧的螺栓孔施加约束，对第一本体两侧的螺栓孔施加静应力载荷5000N(500Kg)集中力后，第一本体最大应力值达300.8MPa，失效风险较低；第一本体端部最大位移量0.38mm。通过对车端结构的第二本体和锁套进行静应力分析，锁套最大应力值达253.22MPa，失效风险较低，锁套最大位移量0.05mm，在材料的抗拉极限范围内。

本实施例中还对径向的浮动衬套的受力进行了分析，具体预设定参数如表2。

表2浮动衬套材料性能参数

按照本实施例中装配结构和装配关系，对第二本体两侧的螺栓孔施加约束，对锁套施加水平向载荷，使之位移2mm，得到三元乙丙橡胶材料的浮动衬套反作用力100.5N，最大Mises应力0.5MPa。

实施例2

在实施例1中其他技术方案不变的基础上，本实施例中，采用13mm直径的锁珠，相关试验分析结果如下。

按照本实施例中装配结构和装配关系，对第二本体两侧的螺栓孔施加约束，对第一本体两侧的螺栓孔施加静应力载荷20000N(2000Kg)后，锁珠最大应力值达319.6MPa，第一本体端部最大位移量0.6mm，在材料的抗拉极限范围内。

实施例3

在实施例1中其他技术方案不变的基础上，本实施例中，采用6.5mm直径的锁珠，相关试验分析结果如下。

按照本实施例中装配结构和装配关系，对第二本体两侧的螺栓孔施加约束，对第一本体两侧的螺栓孔施加静应力载荷5000N(500Kg)后，锁珠最大应力值达321.5MPa，第一本体端部最大位移量0.3mm，在材料的抗拉极限范围内。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本领域的普通技术人员应当了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都应落入要求保护的本实用新型内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种自校正式珠压锁合机构，包括第一本体，其上部设有上筒体，且上筒体侧壁上形成有若干通孔，所述通孔内设有锁珠；上筒体内轴向穿设一根锁轴，所述锁轴的上端为锁头，下端为锁尾；所述锁头抵在锁珠内侧，用于将锁珠抵出上筒体；所述锁头下部设有锁颈，且锁颈直径小于锁头直径，用于避让锁珠，使锁珠得以进入上筒体；所述上筒体外部设有锁套；所述锁套内壁设有与锁珠外形尺寸适配的锁槽，以便锁珠卡入锁槽将锁套锁止在第一本体上；

其特征在于：所述锁轴以螺纹连接方式安装在第一本体内；

所述锁颈与锁头连接位置为周侧向上倾斜的环形斜面或环形曲面过渡；

所述上筒体与锁套轴向压合时，所述锁珠相对于锁槽向上偏移。

2.根据权利要求1所述的一种自校正式珠压锁合机构，其特征在于：

所述锁颈下部设有螺纹段，锁轴以所述螺纹段旋合在第一本体上。

3.根据权利要求1所述的一种自校正式珠压锁合机构，其特征在于：

所述锁颈下部设有配合抵压第一本体的挡环，用以对锁轴下移进行限位。

4.根据权利要求1所述的一种自校正式珠压锁合机构，其特征在于：

所述第一本体下部设有下筒体；所述锁轴贯穿所述上筒体和所述下筒体，且所述锁头位于上筒体内，所述锁尾位于下筒体内。

5.根据权利要求4所述的一种自校正式珠压锁合机构，其特征在于：

所述下筒体内设有固定安装在锁尾的螺帽，下筒体下部开口为倾斜导向口。

6.根据权利要求5所述的一种自校正式珠压锁合机构，其特征在于：

所述螺帽以焊接方式固定在锁尾；螺帽与下筒体内壁之间设置密封圈，以封堵锁轴螺纹连接处的润滑油。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种自校正式珠压锁合机构，其特征在于：

所述锁套外部安装有第二本体和位于第二本体下方的止回螺母；所述止回螺母旋合在锁套上，对第二本体进行下部限位，且止回螺母与第二本体之间设置轴向浮动间隙。

8.根据权利要求7所述的一种自校正式珠压锁合机构，其特征在于：

所述第二本体与锁套之间设有径向浮动衬套。

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种自校正式珠压锁合机构，其特征在于：

所述锁套下端口与第一本体上表面之间隔设缓冲垫圈；

所述缓冲垫圈套设在上筒体外部，缓冲垫圈靠近第一本体上表面的一端面上开设环槽；所述锁套的下端口正压在所述环槽上方，且环槽内侧垫圈厚度大于环槽外侧垫圈厚度。

10.一种车辆，其特征在于：采用权利要求1-9中任意一项中的锁结构。