專利名稱：傳動緩沖式刮水器電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電機，具體是涉及一種刮水器電機。
背景技術：
汽車風窗玻璃電動刮水器(簡稱刮水器)是由刮水器電機驅動、能刮刷清除汽車風窗玻璃外表面上雨水、霜雪和灰塵等物質。其中，帶減速裝置的刮水器電機通過其輸出軸上的曲柄帶動由連桿一搖桿組成的連桿機構運動，并帶動固定在兩輸出軸上的左、右刮桿作上下擺動，使安裝在左、右刮桿上的橡膠雨刷片作相應的左、右刮刷運動。該帶減速裝置的刮水器電機的傳動副為電樞軸蝸桿一斜齒輪哨合方式，在刮水器作一個周期的往復運動時，蝸桿會交替受到左、右兩方向的軸向力，由于電樞軸蝸桿一斜齒輪傳動副嚙合之間存在間隙，以及蝸桿電樞軸裝配定位件之間存在間隙，故在刮水器電機工作時會產生較大震動和沖擊，增大了刮水器電機的振動和噪音。
發明內容本發明的目的在于克服上述的不足，而提供一種工作時受到的震動和沖擊均較小的、產生的噪音較低的傳動緩沖式刮水器電機。本發明的目的通過如下技術方案實現一種傳動緩沖式刮水器電機,包括電機本體組件、減速箱組件和線路板組件，其中減速箱組件由減速箱體、斜齒輪構成，電機本體組件由換向器、電樞繞組、電樞鐵芯、磁瓦、機殼、電樞軸構成，在所述電機本體組件的電樞軸上、并在減速箱組件的減速箱體內依次裝有開口擋圈、隔套、滾動軸承、固定擋圈，且該滾動軸承由軸承固定卡圈卡住固定。在所述電樞軸上、并在隔套與滾動軸承之間以及固定擋圈與滾動軸承之間均裝有橡膠緩沖調節圈；所述開口擋圈、隔套、滾動軸承、固定擋圈和橡膠緩沖調節圈構成該刮水器電機的傳動緩沖裝置。所述橡膠緩沖調節圈的裝配過盈量為以下三組數據之和第一組組數據為相關尺寸鏈的公差值的平方和的平方根，相關尺寸鏈包括電樞軸的C段尺寸、固定擋圈的寬度尺寸、固定擋圈處電樞軸的凹槽尺寸、滾動軸承的寬度尺寸、隔套的尺寸、開口擋圈的寬度尺寸、開口擋圈處電樞軸的凹槽尺寸；第二組組數據為電樞軸蝸桿一斜齒輪傳動副嚙合時最大嚙合齒側間隙；第三組組數據為預緊力系數乘以電樞軸蝸桿/斜齒輪的法向模數。采用本發明后，通過開口擋圈、滾動軸承與固定擋圈之間的裝配以及兩橡膠緩沖調節圈的緩沖作用，減少了電樞軸蝸桿一斜齒輪傳動副嚙合間存在的間隙以及電樞軸裝配定位件之間可能存在的間隙，使刮水器電機在工作時，電樞軸蝸桿一斜齒輪傳動副減少震動和沖擊，顯著降低電機的振動和噪音，提高刮水器電機的性能和壽命。本發明通用性強、安裝方便，工作效率高，投入成本低，具有顯著的技術進步。以下結合附圖與實施方式對本發明作進一步的詳細描述。
圖1為本發明傳動緩沖式刮水器電機的安裝結構示意圖。圖2為圖1中電機本體組件的電樞軸上的裝配結構圖。圖3為圖1中的傳動緩沖裝置裝配圖。圖4為橡膠緩沖調節圈在電樞軸上經左向受力時的變形圖。 圖5為橡膠緩沖調節圈在電樞軸上經右向受力時的變形圖。圖6為橡膠緩沖調節圈受壓縮力F和變形量δ的直角坐標圖。
具體實施方式
參照圖1至圖3，本發明傳動緩沖式刮水器電機，包括電機本體組件、減速箱組件和線路板組件10，其中減速箱組件由減速箱體8、斜齒輪3構成，電機本體組件由換向器(即整流子)12、電樞繞組15、電樞鐵芯16、磁瓦14、機殼13、電樞軸2 (其端部為蝸桿形而與斜齒輪3相嚙合)等構成(該電樞軸2的兩端分別裝有支承調節螺釘1、球面軸承17)，在所述電機本體組件的電樞軸2上、并在減速箱組件的減速箱體8內(且靠近電機本體組件的機殼13處)依次裝有開口擋圈4、隔套5、滾動軸承7、固定擋圈11，且該滾動軸承7由軸承固定卡圈9卡住固定(即軸承固定卡圈9處于減速箱體8與滾動軸承7之間)。在所述電樞軸2上、并在隔套5與滾動軸承7之間以及固定擋圈11與滾動軸承7之間均裝有橡膠緩沖調節圈6 ;所述開口擋圈4、隔套5、滾動軸承7、固定擋圈11和橡膠緩沖調節圈6 (左、右側)構成該刮水器電機的傳動緩沖裝置(即傳動緩沖件)。其中，電機本體組件的機殼13和減速箱組件的減速箱體8相配合并緊固在一起。支承調節螺釘1、滾動軸承7和球面軸承17，作為電樞軸2的前、中、后的三個支承，作為中間支承的滾動軸承7則固定在減速箱體8和軸承固定卡圈9之間,但可在電樞軸2上滑動，固定擋圈11裝配前固定在電樞軸2上,橡膠緩沖調節圈6 —般選用O型橡膠圈，當電樞軸2及其上的零件在減速箱體8內裝配完成后，開口擋圈4則卡裝在電樞軸2的凹槽中，從而完成電樞軸2的軸向定位。換向器12、電樞繞組15、電樞鐵芯16均固定安裝在電樞軸2上。斜齒輪3與電樞軸2上的蝸桿哨合,組成一對傳動副。如圖2所示根據所述的傳動緩沖式刮水器電機的傳動緩沖件的設置安裝方法是所述電樞軸2的右端已安裝上換向器12、電樞繞組15、電樞鐵芯16和裝配固定擋圈11，然后將右側的橡膠緩沖調節圈6 (在固定擋圈左邊)套入電樞軸2，將該電樞軸2插入固定在減速箱體8里的滾動軸承7內孔中，再先后放入左側的橡膠緩沖調節圈6及隔套5，最后將開口擋圈4卡入電樞軸2的凹槽中。現設定滾動軸承7的寬度為Α，隔套5的寬度為B，開口擋圈和固定擋圈之間的距離為C，橡膠緩沖調節圈為O型橡膠圈，其直徑均為d，安裝后，隔套超過電樞軸凹槽邊的距離為ST。當開口擋圈卡入電樞軸的凹槽時(見圖1或圖2)，橡膠緩沖調節圈受到壓縮變形，隔套5外側和固定擋圈11內側之間的距離將由C'變為C，即 C' -C = δ τ。如圖3所示電樞軸2的軸向定位是依靠滾動軸承7左、右邊的開口擋圈4和固定擋圈11，此兩擋圈均卡在電樞軸的凹槽里，滾動軸承7則裝在減速箱體8內并由軸承固定卡圈9固定，作為電樞軸的左右軸向定位件。該刮水器電機工作時，電樞軸2經受的左右軸向力，通過卡在電樞軸的凹槽里開口擋圈4經隔套5和固定擋圈11，分別作用于滾動軸承7上。現利用在滾動軸承7的左、右邊分別與隔套5、固定擋圈11之間均安裝橡膠緩沖調節圈6，來消除電樞軸裝配中的軸向定位間隙，并對該橡膠緩沖調節圈所設定的裝配過盈量進行分析。現設定左側和右側的橡膠緩沖調節圈經壓縮變形后的軸向寬度均為S。按圖3說明，隔套5外側和固定擋圈11內側之間的距離將由C'變為C，即C' -C= δτ，則S =(2d- δ τ)/20如圖4所示當電機工作電樞軸2經左向受力時，電樞軸工作時左向軸向力為Fl，刮水器電機電樞軸因左向受力向右位移，因滾動軸承7固定在減速箱體內不能作軸向移動，電樞軸就帶動開口擋圈4和隔套5向右位移，壓縮左側的橡膠緩沖調節圈6，使該橡膠緩沖調節圈6的寬度由S壓縮改變成SI。相反，刮水器電機電樞軸因左向受力向右位移，使右側的橡膠緩沖調節圈6的寬度由S放松改變成S2，圖4所示為電樞軸的傳動緩沖裝置因電樞軸2左向受力的變形圖，其中S1+S2 = 2S。如圖5所示當電機工作電樞軸2經右向受力時，電樞軸工作時右向軸向力為F2，刮水器電機電樞軸因右向受力向左位移，因滾動軸承7固定在減速箱體內不能作軸向移動，電樞軸就帶動固定擋圈11向左位移，壓縮右側的橡膠緩沖調節圈6，使該橡膠緩沖調節圈的寬度由S壓縮改變成S4。相反，刮水器電機電樞軸因右向受力向左位移，使橡膠緩沖調節圈6的寬度由S放松改變成S3，圖5所示為刮水器電機電樞軸的傳動緩沖裝置因電樞軸2右向受力的變形圖，其中S3+S4 = 2S。如圖6所示以δ (單位為微米μ m)為橡膠緩沖調節圈變形量并作為橫坐標，以F(單位為牛頓N)為橡膠緩沖調節圈壓縮力并作為縱坐標，Xdl, Xd2, Xd3分別為試驗樣件橡膠緩沖調節圈(截面直徑為dl、d2、d3 dl < d2 < d3)的性能曲線，P為31和？ 的坐標交點，通過該點的橡膠緩沖調節圈截面直徑為d0，d0并作為選擇橡膠緩沖調節圈最佳的截面直徑，其中St為兩個橡膠緩沖調節圈安裝時總壓縮變形量，S μ為電樞軸最大軸向力Fm時橡膠緩沖調節圈的變形量，Fm為電樞軸工作時最大軸向力。如不方便選用d0，則可在P點附近就近選擇已知的性能曲線，如圖6中的Xd2，則其對應的已知的橡膠緩沖調節圈截面直徑為d2，并選用d2代替d0，也十分接近最佳的截面直徑，其時，δτ、對應的縱坐標SFn和Fty，Fn為選用最佳點最靠近曲線時(圖中為d2)，橡膠緩沖調節圈對應δΜ變形量的壓縮力，Fty為選用最佳點最靠近曲線時(圖中為d2)，橡膠緩沖調節圈對應δ ^變形量的壓縮力，Fn和F。,型十分接近Fm和F。。當選用左右側相同的橡膠緩沖調節圈(O型橡膠圈)6時，其裝配過盈量δτ =C' -C，S = (2d-δ τ)/2 或 δ T = 2d_2S。為保證消除電樞軸裝配中的軸向定位間隙，則設定δ τ > ( Σ Δ i2)1/2+ Λ γ = (Δ 12+Δ22+Δ 32+ Δ 42+ Δ 52+ Δ 62+ Δ 72)1/2+ Δ γ,為保證消除電樞軸裝配中的軸向定位間隙外，橡膠緩沖調節圈還應保留一定的預緊力，則可設定為δ τ = ( Σ Δ 2)1/2+Δγ+α M = ( Δ I2+ Δ 22+ Δ 32+ Δ 42+ Δ 52+ Δ 62+ Δ 72)1/2+ Δ γ+0. 2m，其中Δ i相關尺寸鏈的公差值；[0030]Δ1---電樞軸2的尺寸C的公差值；Δ2固定擋圈11的寬度尺寸的公差值；Δ3固定擋圈11處電樞軸2的凹槽尺寸的公差值；Δ 4滾動軸承7的寬度尺寸A的公差值；Δ 5隔套5的尺寸的公差值；Δ6開口擋圈4的寬度尺寸的公差值；Δ7開口擋圈4處電樞軸2的凹槽尺寸的公差值；Δγ---電樞軸蝸桿一斜齒輪傳動副嚙合時最大嚙合齒側間隙； M電樞軸蝸桿/斜齒輪的法向模數；α ---預緊力系數，此處選α = O. 2 (當電機功率為50瓦時)。該公式用文字表達如下為保證消除電樞軸裝配中的軸向定位間隙外，橡膠緩沖調節圈還應保留(一定的)預緊力，所述橡膠緩沖調節圈6的裝配過盈量(δτ)設定為以下三組數據之和第一組組數據為相關尺寸鏈的公差值的平方和的平方根，相關尺寸鏈包括電樞軸2的C段尺寸(即開口擋圈4至固定擋圈11之間的距離)、固定擋圈11的寬度尺寸、固定擋圈11處電樞軸2的凹槽尺寸、滾動軸承7的寬度尺寸Α、隔套5的尺寸、開口擋圈4的寬度尺寸、開口擋圈4處電樞軸2的凹槽尺寸；第二組組數據為電樞軸蝸桿一斜齒輪傳動副嚙合時最大嚙合齒側間隙；第三組組數據為預緊力系數乘以電樞軸蝸桿/斜齒輪的法向模數(當電機功率為50瓦時，此處選預緊力系數為O. 2)。以型號為ZD1531A的功率為50瓦的刮水器電機為例δ T = ( Σ Δ i2)1/2+ Δ γ+ α M = (Δ 12+Δ22+Δ 32+ Δ 42+ Δ 52+ Δ 62+ Δ 72)1/2+ Δ γ+0. 2m=(O. 12+0. 12+0. 12+0. 012+0. 12+0. 12+0.12) 1/2+0. 25+0. 2X1 = O. 695 (mm)。根據圖4說明，當電機工作電樞軸2經左向受力時，其左向軸向力為Fl，刮水器電機電樞軸因左向受力向右位移，設定左向軸向力最大值為F1M，及相對應的左側橡膠緩沖調節圈6變形量為δ 1M ;同理，根據圖5說明，當電機工作電樞軸2經右向受力時，其工作時右向軸向力為F2，刮水器電機電樞軸因右向受力向左位移，設定右向軸向力最大值為F2M，及相對應的右側橡膠緩沖調節圈6變形量為δ2Μ。又因刮水器電機電樞軸因左向受力向右位移，使右側橡膠緩沖調節圈6的寬度由S放松改變成S2，為保證電樞軸裝配中的軸向定位不出現間隙，貝1J又可設定S2 = d ;同理要求S3 = d,則δ τ = δ 1Μ ； δ τ = δ 2Μ。當δ m =δ 2Μ Bi, δ τ = δ 1Μ = δ2Μ = δ Μ。其中δ μ為電樞軸左右最大軸向力相等時,最大軸向力時橡膠緩沖調節圈的變形量。安裝橡膠緩沖調節圈，作為電樞軸傳動中的傳動緩沖裝置部件，并對設定其最佳過盈量及尺寸進行分析。在刮水器作一個周期的往復運動時，刮水器電機的電樞軸(含蝸桿)會交替受到左、右兩方向的軸向力，由于電樞軸蝸桿一斜齒輪傳動副嚙合間存在間隙以及電樞軸裝配定位件之間可能存在間隙，在刮水器電機工作時會產生振動和噪音，本發明提供了一種刮水器電機傳動緩沖裝置及其設計安裝方法，在電機工作時，使電樞軸蝸桿一斜齒輪傳動副減少震動和沖擊，顯著降低刮水器電機的振動和噪音，提高電機性能和壽命。[0047]刮水器電機電樞軸因左向受力向右位移，使右側的橡膠緩沖調節圈6的寬度由S放松改變成S2，為保證電樞軸裝配中的軸向定位不出現間隙，要求S2 > d;同理要求S3 彡 do又因S1+S2 = 2S,及 S3+S4 = 2S，及 S = (2d- δ τ) /2 ；當S2 = S3 = d 及設定 SI = S4 時，則 SI = S4 = d_ δ τ ;表明此時，橡膠緩沖調節圈受最大軸向力的彈性壓縮而變形，并儲存能量，成為電樞軸蝸桿傳動中的緩沖裝置部件。對確定其安裝最佳總過盈量δ τ及橡膠緩沖調節圈直徑d的設計方法利用安裝 橡膠緩沖調節圈(即O型橡膠圈)，消除電樞軸裝配中的軸向定位間隙，并作為電樞軸傳動中的儲存能量的緩沖裝置部件，對確定其最佳過盈量\及橡膠緩沖調節圈直徑d的尺寸已進行上述分析，其設計方法如下。為保證消除電樞軸蝸桿裝配中的軸向定位間隙，現設定:δτ= (Δ I2+ Δ 22+ Δ 32+ Δ 42+ Δ 52+ Δ 62+ Δ 72)1/2+ Δ Y+0. 2m, δ τ = δ 1Μ = S2m= δΜ。其中δ1Μ、δ2Μ為電樞軸左、右兩方向的最大軸向力Fm時的變形量，當δ1Μ= δ2Μ時，設定δ1Μ= δ2Μ= δΜ。δ Μ為電樞軸最大軸向力Fm時橡膠緩沖調節圈的變形量。選擇橡膠緩沖調節圈最佳截面直徑。見圖6，Xdl、Xd2、Xd3*別為試驗樣件橡膠緩沖調節圈截面直徑為dl、d2、d3(dl < d2<d3)的性能曲線，P為δΜ和Fm的坐標交點，通過該點的橡膠緩沖調節圈截面直徑為d0，d0則作為選擇橡膠緩沖調節圈最佳的截面直徑，其中δ τ為左右兩個橡膠緩沖調節圈安裝時總壓縮變形量，δτ = 2δ。= δΜ，*δα = 0.5δτ = 0.5δΜ。其中δ ^為單個橡膠緩沖調節圈安裝時壓縮變形量；δ μ為電樞軸最大軸向力Fm時O型橡膠圈的變形量；Fm為電樞軸工作時最大軸向力。如不方便選用d0，則可在P點附近就近選擇已知的性能曲線，如圖6中的Xd2，則其對應的已知的O型橡膠圈截面直徑為d2，并選用d2代替d0，也十分接近最佳的截面直徑，其時，δτ> δ0對應的縱坐標為Fn和Fty，Fn為選用最佳點最靠近曲線時(圖6中為d2)，O型橡膠圈對應\變形量的壓縮力，Fty為選用最佳點最靠近曲線時(圖6中為d2)，0型橡膠圈對應S 0變形量的壓縮力，Fn和F。，型十分接近Fm和F。。所述橡膠緩沖調節圈6的設計選用方法是①采用材料為丁腈橡膠的O形圈為橡膠緩沖調節圈，該O形圈內徑D與電樞軸2的C段尺寸一致；②計算橡膠緩沖調節圈裝配過盈量δ τ δ τ = ( Σ Δ 2)1/2+ Δ γ+ α M = (Δ 12+Δ22+Δ 32+ Δ 42+ Δ 52+ Δ 62+ Δ 72)1/2+ Δ γ+0. 2m選定電樞軸最大軸向力Fm時橡膠緩沖調節圈的變形量δ Μ。δΜ = δ 1M = δ2Μ = δτ。③計算電樞軸工作時最大軸向力Fm;④將該O形圈相同內徑D，具有不同的截面直徑(dl、d2、d3等)的O型圈分別作δ (ym)-F(N)性能曲線(見圖6)；⑤在O型圈的性能曲線的δ ( μ m)-F (N)座標上選取δΜ= ST&FM,得交點P;[0068]⑥選取與P點最近的性能曲線，其對應的截面直徑(d2)即為O型圈擬選用的截面直徑尺寸；⑦校驗要求PP^/FmS 5%。以型號為ZD1531A的功率為50瓦的刮水器電機為例①采用材料為丁腈橡膠的O型圈為橡膠緩沖調節圈，該O型圈內徑D與電樞軸2的C段尺寸一致，D = 8。②計算橡膠緩沖調節圈裝配過盈量δτδ τ = ( Σ Δ i2)1/2+ Δ γ+ α M = (Δ 12+Δ22+Δ 32+ Δ 42+ Δ 52+ Δ 62+ Δ 72)1/2+ Δ γ+0. 2m=(O. 12+0. 12+0. 12+0. 012+0. 12+0. 12+0.12) 1/2+0. 25+0. 2X1 = O. 695 (mm)。選定電樞軸最大軸向力Fm時橡膠緩沖調節圈的變形量δ Μ。δ Μ = δ 1Μ = δ 2Μ = δ τ = O. 695 (mm)。③計算電樞軸工作時最大軸向力Fm。型號ZD1531A、功率為50瓦的刮水器電機，在輸出工作轉矩為4. 4N · m時，經計算，Fm = 80N。④將該O形圈相同內徑D，作有關不同的截面直徑(dl、d2、d3等)的O型圈的δ (ym)-F(N)性能曲線，見圖6。⑤在O型圈的性能曲線的δ ( μ m)-F (N)座標上選取δΜ= δ τ = O. 695 (mm)及Fm= 80N，得交點P，見圖6。⑥選取與P點最近的性能曲線，其對應的截面直徑為d2，d2 = 2即為O型圈擬選用的截面直徑尺寸。⑦校驗PP'/Fm = 4. 5 % 彡 5 %。上述確定其安裝最佳總過盈量δτ及橡膠緩沖調節圈截面直徑d的設計方法，提供了一種刮水器電機傳動緩沖裝置及其設計方法，經試驗，在刮水器電機工作時，使電樞軸蝸桿一斜齒輪傳動副減少震動和沖擊，顯著降低電機的振動和噪音，提高了電機性能和壽命O另外，當電樞軸左、右兩方向的最大軸向力不等時，可以應用上述設計方法，選用不同的橡膠緩沖調節圈截面直徑d。本發明可廣泛應用于車輛上配套的各種永磁直流電機，如 刮水器電機、座椅電機、玻璃升降電機、天窗電機等等。
權利要求1.一種傳動緩沖式刮水器電機，包括電機本體組件、減速箱組件和線路板組件(10)，其中減速箱組件由減速箱體(8)、斜齒輪(3)構成，電機本體組件由整流子(12)、電樞繞組(15)、電樞鐵芯(16)、磁瓦(14)、機殼(13)、電樞軸⑵構成，其特征在于在所述電機本體組件的電樞軸(2)上、并在減速箱組件的減速箱體(8)內依次裝有開口擋圈(4)、隔套(5)、滾動軸承(7)、固定擋圈(11)，且該滾動軸承(7)由軸承固定卡圈(9)卡住固定。
2.根據權利要求1所述的傳動緩沖式刮水器電機，其特征在于在所述電樞軸⑵上、并在隔套(5)與滾動軸承(7)之間以及固定擋圈(11)與滾動軸承(7)之間均裝有橡膠緩沖調節圈(6);所述開口擋圈(4)、隔套(5)、滾動軸承(7)、固定擋圈(11)和橡膠緩沖調節圈(6)構成該刮水器電機的傳動緩沖裝置。
3.根據權利要求2所述的傳動緩沖式刮水器電機，其特征在于所述橡膠緩沖調節圈(6)的裝配過盈量為以下三組數據之和 第一組組數據為相關尺寸鏈的公差值的平方和的平方根，相關尺寸鏈包括電樞軸的C段尺寸、固定擋圈的寬度尺寸、固定擋圈處電樞軸的凹槽尺寸、滾動軸承的寬度尺寸、隔套的尺寸、開口擋圈的寬度尺寸、開口擋圈處電樞軸的凹槽尺寸；第二組組數據為電樞軸蝸桿一斜齒輪傳動副嚙合時最大嚙合齒側間隙；第三組組數據為預緊力系數乘以電樞軸蝸桿/斜齒輪的法向模數。
專利摘要本實用新型公開了一種傳動緩沖式刮水器電機，包括電機本體組件、減速箱組件和線路板組件，在電機本體組件的電樞軸上、并在減速箱組件的減速箱體內依次裝有開口擋圈、隔套、滾動軸承、固定擋圈，且該滾動軸承由軸承固定卡圈卡住固定。在所述電樞軸上、并在隔套與滾動軸承之間以及固定擋圈與滾動軸承之間均裝有橡膠緩沖調節圈。本實用新型使電機本體組件的電樞軸蝸桿一斜齒輪傳動副減少震動和沖擊，降低電機振動和噪音，提高電機的性能和壽命。
文檔編號H02K7/116GK202840809SQ201220520290
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月9日 優先權日2012年10月9日
發明者王上勝, 徐正宥 申請人:浙江勝華波電器股份有限公司