УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ ДЛЯ КРЕСЛА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
FASTENER ASSEMBLY FOR VEHICLE SEAT

Изобретение относится к узлу крепления для кресла автомобиля, имеющему признаки ограничительной части п.1 формулы.
Из патента DE 40 34 843 С2 известен узел крепления, который служит в качестве регулятора положения спинки кресла. Прилегающие боковые стороны зуба зубчатого колеса и зубчатого венца выполнены по типу эвольвентного зубчатого зацепления.
Задачей изобретения является создание узла крепления указанного типа с альтернативным зубчатым зацеплением. Эта задача решается согласно изобретению с помощью узла крепления, имеющего признаки п.1 формулы изобретения. Выгодные формы выполнения являются предметом зависимых пунктов формулы.
Благодаря тому, что боковые стороны зубьев зубчатого колеса и зубчатого венца, прилегающие друг к другу в точке контакта, следуют конфигурации отрезка логарифмической спирали, контактная сила в точке контакта совершает примерно равномерный виток в определенном направлении и с определенно действующим плечом силы. Головки и ножки зубьев прилегают мягко, т.е. плавно и дифференцируемо. Отрезок логарифмической спирали можно ввести в задние углубления в области боковых сторон зубьев, т.е. в отдельных областях зубья внутри в радиальном направлении сужаются, а снаружи в радиальном направлении расширяются.
Применение эксцентриковой планетарной передачи в узле крепления делает возможной плавную регулировку наклона спинки кресла транспортного средства. Паз центральной ведущей шестерни напротив планетарной передачи приводит к возникновению движения шатания, которое накладывается на движение элементов узла крепления друг относительно друга. Эксцентрик, который состоит, например, из двух клиновидных сегментов, разжатых между собой при помощи пружины, или серповидного элемента, установлен предпочтительно своей стороной, находящейся напротив подшипника скольжения, например внутренней стороной, на краевом выступе другого элемента узла крепления.
В качестве альтернативы известным решениям, в которых применяют либо основные геометрические формы - прямые, дуги окружности, циклоиды, трохоиды, либо для других применений передачи с другими краевыми условиями и соответствующими для этого формами боковых сторон (эвольвенты) и по возможности наилучшим образом подгоняют под реальные условия в узле крепления с передачей, с помощью заявленного решения появляется возможность задавать желаемые соотношения сил в передаче во время движения обкатки и в результате этого определить в соответствующей ситуации необходимый контур поверхности зубьев и шаг за шагом формировать общий контур зубьев путем расположения в ряд необходимых отдельных геометрических элементов.
Существенная причина для, как правило, неидеальных и с физической точки зрения не совсем точных соотношений при применении форм боковых сторон общепринятых передаточных зубчатых зацеплений заключается в особых требованиях регулировочного механизма, который наряду с традиционной задачей передачи крутящего момента дополнительно требует выполнения условия быть в нерабочем положении в обоих направлениях нагрузки самотормозящим и тем самым блокирующим и в то же время не иметь зазора. Известные передачи и разработанные для них формы боковых поверхностей имеют, как правило, одну единственную точку контакта или область контакта между зубчатым колесом и зубчатым венцом. Эта область обкатки почти всегда находится вблизи продолжения эксцентриситета, т.е. соединительной линии осей. Достижение такого состояния, когда в нерабочем положении нет зазора, способствует при передаточных узлах крепления указанного типа изменению расстояния между осями, когда, таким образом, зубчатое колесо и зубчатый венец - в большинстве случаев с помощью систем с нагруженной пружиной в эксцентрике - по возможности в соответствующем состоянии перемещаются навстречу друг другу. В крайнем случае в известных формах выполнения зубчатого зацепления своими боковыми поверхностями прилегает только один единственный зуб - точно в продолжении эксцентриситета. Это состояние, когда сила, уменьшающаяся в осевом направлении, и точка контакта находятся почти на одной линии, естественно не очень стабильно, и поэтому согласно изобретению не должно иметь место. Для очень устойчивого положения зубья выполнены таким образом, что в состоянии, когда зазор отсутствует, между точками контакта получается прямой угол.
Далее изобретение описывается более подробно с помощью примера выполнения и его вариантов, представленных на чертежах.
Фиг.1 - сечение в радиальном направлении зубчатого колеса и зубчатого венца примера выполнения,
Фиг.2 - увеличенный фрагмент фиг.1,
Фиг.3 - сечение по оси примера выполнения,
Фиг.4 - изображение узла крепления в разобранном виде,
Фиг.5 - схематичное изображение кресла автомобиля,
Фиг.6 - изображение узла крепления в разобранном виде при измененном положении кресла.
Кресло автомобиля 1 имеет сиденье 3 и спинку 4, регулируемую с точки зрения наклона относительно сиденья 3. Регулировать степень наклона спинки 4 можно вручную, например, с помощью ручного маховичка 5, или при помощи мотора, например, с помощью электромотора с приводным валом 7, установленным горизонтально в переходной области между сиденьем 3 и спинкой 4. По обеим сторонам кресла автомобиля приводной вал 7 входит без возможности поворота в узел крепления 10. Приводной вал определяет применяемые характеристики направления системы цилиндрических координат.
Узел крепления 10 имеет первый элемент 11 и второй элемент 12, выполненные с возможностью поворота друг относительно друга. Оба элемента узла крепления 11 и 12 имеют округлую форму. Оба элемента узла крепления 11 и 12 выполнены из металла, в частности из стали, которую можно закалить, по меньшей мере в отдельных областях. Для приема сил, действующих в осевом направлении, т.е. для сцепления в осевом направлении элементов узла крепления 11 и 12, предусмотрено зажимное кольцо 13. Такое сцепление при помощи зажимного кольца описано, например, в патенте US 6,799,806 В2. Зажимное кольцо 13 выполнено предпочтительно из металла, в частности из стали, предпочтительно незакаленной. Зажимное кольцо 13 имеет по существу плоскую кольцевую форму.
Зажимное кольцо 13 (представлено на внешнем краевом участке) жестко соединено с одним из двух элементов узла крепления 11 и 12, в данном случае с первым элементом узла крепления, например, приварено или (в направлении окружности, по меньшей мере, частично) отбортовано. Своим краевым участком, указывающим в радиальном направлении вовнутрь, зажимное кольцо 13 перекрывает - при необходимости при использовании промежуточной вставки в виде отдельного контактного кольца - движущийся относительно него другой из двух элементов узла крепления 11 и 12 в радиальном направлении снаружи, не препятствуя повороту друг относительно друга обоих элементов узла крепления 11 и 12. К тому же обращенные друг к другу внутренние поверхности обоих элементов узла крепления 11 и 12 защищены от проникновения посторонних тел и частиц грязи, тем самым от повреждений.
Зажимное кольцо 13 и жестко соединенный с ним элемент узла крепления 11 или 12 обхватывают, таким образом, перемещающийся относительно них другой из двух элементов узла крепления 11 и 12. С точки зрения конструкции оба элемента узла крепления 11 и 12 вместе образуют (с зажимным кольцом 13) одно звено, имеющее форму шайбы.
При монтаже узла крепления 10 первый элемент узла крепления 11 соединен, например, жестко с устройством спинки 4, т.е. с ее частью. Второй элемент узла крепления 12 жестко соединен с устройством сиденья 3, т.е. с его частью. Однако соединение узлов крепления 11 и 12 можно также поменять, т.е. первый элемент узла 11 крепления жестко соединить с сиденьем, а второй элемент узла крепления 12 - со спинкой. Таким образом, узел крепления 10 является напряженным элементом конструкции между спинкой 4 и сиденьем 3.
Узел крепления 10 выполнен в виде приводного узла крепления, в котором первый элемент узла крепления 11 и второй элемент узла крепления 12 соединены между собой при помощи привода для перестановки и установки, точнее сказать посредством - в данном случае самотормозящей - эксцентриковой планетарной передачи, как это описано, например в патенте DE 44 36 101 А1, соответствующее содержание которого здесь приобщается.
Для выполнения привода на втором элементе узла крепления 12 установлено зубчатое колесо 16 с внешним зубчатым контактом, а на первом элементе узла крепления 11 - зубчатый венец 17 с внутренним зубчатым контактом, которые между собой зацепляются. Диаметр окружности выступов внешнего зацепления зубчатого колеса 16, по меньшей мере, меньше на высоту зуба, чем диаметр окружности впадин внутреннего зацепления зубчатого венца 17. Соответствующая разница в количестве зубьев зубчатого колеса 16 и зубчатого венца 17, по меньшей мере, на один зуб дает возможность зубчатому венцу 17 совершать движение обкатки по зубчатому колесу 16. Выполняют зубчатое колесо 16 и зубчатый венец 17 преимущественно в одном процессе штамповки, в котором одновременно выштамповывают элементы узла крепления 11 и 12 из их исходного материала. Альтернативно можно изготовить элементы узла крепления 11 и 12 - с подобной геометрией и теми же функциями - путем объемной штамповки (преимущественно холодного прессования или горячего прессования). В данном случае зубчатое колесо 16 образует радиально внешний край второго элемента узла крепления 2, т.е. второй элемент узла крепления 12 замыкается в радиальном направлении снаружи зубчатым колесом 16.
Один из элементов узла крепления 11 и 12 имеет краевой выступ 19, в данном случае второй элемент узла крепления 12 расположен концентрично относительно зубчатого колеса 16. Краевой выступ 19 можно сформировать на упомянутом элементе узла крепления в виде ряда выступов (т.е. за одно целое) или укрепить на нем в виде отдельной втулки. В краевом выступе 19 расположен с возможностью вращения с помощью втулки 22 хомутик 21. Хомутик 21 выполнен преимущественно из пластмассы. В центре втулки 22 хомутика 21 имеется высверленное отверстие 23 для приема приводного вала 7. Профиль отверстия 23 подогнан под профиль приводного вала 7, в данном случае под профиль шлицевого вала. В качестве присоединения к своей втулке 22 хомутик 21 имеет защитный диск 25, выполненный за одно целое со втулкой 22 и имеющий больший диаметр, чем втулка 22.
На краевой выступ 19 опираются своими изогнутыми внутренними поверхностями два клиновидных сегмента 27, которые своими изогнутыми наружными поверхностями подпирают другой из двух элементов узла крепления 11 и 12, в данном случае первый элемент узла крепления 11. Для этого приемное отверстие последнего элемента узла крепления оснащено вкладышем подшипника скольжения 28, который запрессован предпочтительно без возможности поворота и к которому прилегают наружные поверхности клиновидных сегментов 27. Понятия «опираются» и «подпирают» не должны ограничиваться определенным направлением силового потока через узел крепления 10, так как это направление зависит от монтажа узла крепления 10.
Хомутик 21 имеет - в радиальном направлении на расстоянии от втулки 22 - сегмент 29, вставленный зазором между узкими сторонами клиновидного сегмента 27 и выполненный за одно целое с защитным диском 25 и втулкой 22. Клиновидные сегменты 27, широкие стороны которых обращены друг к другу, принимают, например, каждый в свое отверстие или выемку, определенную выступающей частью материала, соответственно по одному концевому пальцу 35а Q-образной пружины 35. Пружина 35 нагружает клиновидные сегменты 27 в окружном направлении, в частности для их раздвигания, причем в рабочем положении широкие стороны клиновидных сегментов 27 могут контактировать между собой и создавать нагрузку.
Хомутик 21 на внешней стороне элемента узла крепления, имеющего краевой выступ 19, защищен в направлении оси предпочтительно защелкивающимся предохранительным кольцом 43. Предохранительное кольцо 43 проходит в осевом направлении вдоль части втулки 22, так что втулка 22 прилегает не прямо к внутренней стороне краевого выступа 19, а установлена в краевом выступе 19 с прокладкой предохранительного кольца 43 (и тем самым хомутик 21 установлен на втором элементе узла крепления 12). На внешней стороне элемента узла крепления, имеющего вкладыш подшипника скольжения (в данном случае первого элемента узла крепления 11), между его в радиальном направлении наружным краем и защитным диском 25 предусмотрено уплотнительное кольцо (44), например, из резины или мягкой пластмассы, которое соединено с защитным диском 25, в частности защелкнуто. Уплотнительное кольцо 44 можно выполнить также из металла и жестко соединить с первым элементом узла крепления 11, например приварить, причем защитный диск 25 является подвижным относительно уплотнительного кольца 44. Внутри конструкции между обоими элементами узла крепления 11 и 12 дополнительно предусмотрено разделительное кольцо 45 в виде внутреннего уплотнения, которое выполнено, например, из пластмассы.
Клиновидные сегменты 27 (и пружина 35) определяют эксцентрик, который в продолжение направления эксцентриситета вдавливает зубчатое колесо 16 в месте сцепления в зубчатый венец 17. При приведении в действие с помощью (многократно) вращающегося приводного вала 7 крутящий момент передается сначала на хомутик 21, а затем с помощью сегмента хомутика 29 на определенный таким образом эксцентрик, который скользит по вкладышу подшипника скольжения 28 при смещении направления эксцентриситета и тем самым при смещении места вхождения зубчатого колеса 16 в зубчатый венец 17, что представляется как раскачивающееся движение обкатки, т.е. как относительное вращение с накладывающимся раскачивающим движением. Спинку 4 можно плавно наклонять в то или иное рабочее положение.
Для улучшения динамических рабочих характеристик предусмотрена предпочтительно еще стопорная пружина 51, служащая фиксирующим элементом, как это раскрыто, например, в патенте DE 195 48 809 С1, содержание которого в этом смысле здесь приобщается. Стопорная пружина 51 в данном случае взаимодействует с зубчатым зацеплением 55, которое выполнено в виде другого зубчатого венца на первом элементе узла крепления 11. Стопорная пружина 51, установленная предпочтительно с возможностью перемещения по осевому выступу вкладыша подшипника скольжения, запирает соответственно клиновидные сегменты 27 в нерабочем положении (когда стопорная пружина 51, прилегая к концевым пальцам 35а, запирает пружину 35), а с помощью приведенного в действие хомутика 21 освобождается.
16
Каждый зуб 16а зубчатого колеса 16 имеет радиально внутри с обеих сторон ножку зуба 16b, а радиально снаружи - головку зуба 16с, а между ними с обеих сторон по одной боковой стороне зуба 16d. Окружность, описанная по головкам зубьев 16с, и окружность, вписанная по ножкам зубьев 16b, концентричны, в данном случае для приема эксцентрика, оснащенного вкладышем подшипника скольжения 28, благодаря чему определены центр M и радиальное направление (в цилиндрических координатах) зубчатого колеса 16.
Форма двух соседних ножек зубьев 16 получается, например, из радиуса, прилегающего к одной боковой стороне зуба 16d (постоянно и дифференцируемо), отрезка дуги окружности впадин или прямого отрезка, прилегающего по касательной к окружности впадин, и зеркально симметричного радиуса, который прилегает к следующей боковой стороне 16d. Ножки зубьев 16b переходят друг в друга в точке контакта на окружности впадин. Форма головки зуба 16с получается, например, из радиуса, прилегающего к одной боковой стороне зуба 16d (постоянно и дифференцируемо), участка, прилегающего к окружности выступов, и зеркально симметричного радиуса, прилегающего к другой боковой стороне зуба 16d. Головки зубьев 16с касаются окружности выступов своими наиболее удаленными в радиальном направлении местами.
17
17
16
Соответственно каждый зуб 17а зубчатого венца 17 имеет ножку зуба 17b, головку зуба 17с и две боковые стороны зуба 17d. Вписанная головками зубьев 17с окружность выступов и описанная ножками зубьев 17b окружность впадин концентричны, в данном случае относительно краевого выступа 19, благодаря чему определены центр М и радиальное направление (в цилиндрических координатах) зубчатого венца 17. Формы ножек зубьев 17b и головок зубьев 17с соответствуют преимущественно формам ножек зубьев 16b и головок зубьев 16с. Прилегающий к окружности впадин отрезок может быть несколько длиннее, чем тот, что на зубчатом колесе 16. Кривая, образованная краями головок зубьев 16с зубчатого колеса 16, во время полного оборота зубчатого колеса 16 определяет огибающую кривую. Головка зуба 17с зубчатого венца 17 - по меньшей мере, на отдельных участках - находится в радиальном направлении на равном удалении от этой огибающей кривой. Ножки 17b соседних зубьев 17а переходят друг в друга в месте контакта (их места, наиболее удаленные по радиусу) с окружностью впадин и тем самым определяют заключенное между ними дно впадины между зубьями. Головки зубьев 17с касаются окружности выступов своими внутренними местами, наиболее удаленными по радиусу. Эксцентриситет е (эксцентрика) является отрезком между центром М зубчатого венца и центром M зубчатого колеса.
16
При точном формировании зубьев 16а и 17а видно, как зубья 16а, 17а могут контактировать, в частности на каких контактных линиях и поверхностях. При данном спиральном зацеплении боковые стороны зубьев 16d и 17d прилегают друг к другу - друг за другом каждый раз в точке контакта К, т.е. служат для движения обкатки, тогда как головки зубьев 16с, 17с и ножки зубьев 16b, 17b можно сформировать независимо от них. При приведении в действие узла крепления 10, т.е. во время движения обкатки, точка контакта К не находится точно в продолжении эксцентриситета е, а находится - относительно центра M зубчатого колеса 16 - в первом углу α от 10° до 55°, в частности 35°-50° по продлению эксцентриситета е. Первый угол α зависит от формы клиновидных сегментов 27, в частности от угла клина, и их положения во время движения обкатки. Относительно продления эксцентриситета е видно, что на стороне, находящейся против точки контакта К, появляется другая контактная точка, так что зубчатое колесо 16 опирается одновременно в трех местах (эксцентрик и обе точки контакта), т.е. является устойчивым.
В точке контакта К каждая из двух боковых сторон зуба 16d и 17d следует конфигурации отрезка, предпочтительно каждый раз конфигурации логарифмической спирали. Далее это поясняется на примере логарифмической спирали для боковой стороны зуба 16d, причем то же самое относится и к логарифмической спирали боковой стороны зуба 17d. В особом случае обе логарифмические спирали совпадают.
Относительно асимптотической точки О упомянутая логарифмическая спираль проходит согласно формуле (в полярных координатах r, ϕ)
kϕ
r=ae.
16
Асимптотическая точка О, которая может находиться, например, внутри окружности впадин зубчатого колеса 16, расположена вообще, как представлено на фиг.1, - относительно центра M зубчатого колеса 16 - над продолжением эксцентриситета е под углом, отличным от первого угла α. Сочетание параметров a, k предоставляет, таким образом, на выбор несколько возможностей.
16
16
Параметры а, k выбирают так, чтобы направление контактной силы F в точке контакта К указывало в определенном направлении. Это определенное направление относится вместе со вторым углом β к соединительной линии между центром M зубчатого колеса и точкой контакта К. Второй угол β изменяется, когда точка контакта К перемещается вдоль боковой стороны зуба 16d, причем направление контактной силы F в последней точке контакта боковой стороны 16d зуба 16а соответствует направлению контактной силы F в первой точке контакта боковой стороны 16d следующего зуба. Второй угол β может составлять, например, между 90° и 120°. Изменение второго угла β соответствует предпочтительно углу деления γ зубчатого колеса 16, т.е. 2π, деленное на число зубьев 16а. Действующее плечо силы расположено перпендикулярно направлению контактной силы F, т.е. отклоняется от соединительной линии между центром М и точкой контакта К.
16
Параметры а, k можно еще выбрать и так, чтобы асимптотическая точка О находилась на соединительной прямой между центром M зубчатого колеса 16 и точкой контакта К. Тогда k=-tan β (знак зависит оттого, какая из двух зеркально симметричных боковых сторон 16d рассматривается).
Длина дуги участка логарифмической спирали, служащего боковой стороной зуба 16d, соответствует преимущественно углу деления γ зубчатого колеса 16 (т.е. 2π, деленное на число зубьев 16а). Затем угол ϕ логарифмической спирали проходит, например, в угловой области от -γ/2 до +γ/2, что видно на фиг.2. Точка контакта K на фиг.2 соответствует ϕ=0. Длину дуги можно выбрать также и больше, чем γ, например 2γ.
Перечисленные выше соотношения параметров а, k и углов и угловых областей β, γ и ϕ действительны соответственно для логарифмической спирали боковых сторон 17d зубьев 17а зубчатого венца 17.
В зависимости от выбора отрезка логарифмической спирали (т.е. угловой области для ϕ) на боковых сторонах зуба 16d зубчатого колеса 16 и/или на боковых сторонах зуба 17d зубчатого венца 17 появляются сзади углубления (Hinterschneidungen), так что получаются зубья 16а и/или 17а, имеющие (приблизительно) форму трапеции (форму ласточкиного хвоста). Такие формы благоприятствуют однозначному надежному нахождению контакта в области большего первого угла α при высокой прочности, так как при очень малом первом угле α, образующемся в результате известных форм боковых сторон, возникли бы нежелательные побочные контакты, которых можно было бы избежать только за счет сокращающего прочность уменьшения ширины зуба.
Заявленное зубчатое зацепление можно использовать также в варианте узла крепления 10' (с обратным расположением эксцентрика), в котором первый элемент узла крепления 11' имеет зубчатый венец 17 и краевой выступ 19, а второй элемент узла крепления 12' имеет зубчатое колесо 16 и приемник для эксцентрика (снабженный вкладышем подшипника скольжения). Оно может быть применено также и в таком варианте узла крепления, в котором элементы узла крепления имеют отстоящие в радиальном направлении боковые стороны, как это описано, например, в патенте DE 44 36 101 А1 или в патенте DE 19938666 А1.
Перечень позиций
1 кресло транспортного средства
3 сиденье
4 спинка
5 ручной маховичок
7 приводной вал
10 узел крепления
11 первый элемент узла крепления
12 второй элемент узла крепления
13 зажимное кольцо
16 зубчатое колесо
16а зуб
16b ножка зуба
16с головка зуба
16d боковая сторона зуба
17 зубчатый венец
17а зуб
17b ножка зуба
17с головка зуба
17d боковая сторона зуба
19 краевой выступ
21 хомутик
22 втулка
23 высверленное отверстие
25 защитный диск
27 клиновидный сегмент
28 вкладыш подшипника скольжения
29 сегмент хомутика
35 пружина
35а концевой палец
43 предохранительное кольцо
44 уплотнительное кольцо
45 разделительное кольцо
α первый угол
β второй угол
е эксцентриситет
F контактная сила
K точка контакта
16
M центр зубчатого колеса
17
М центр зубчатого венца
О асимптотическая точка логарифмической спирали
r радиус логарифмической спирали в полярных координатах
ϕ угол логарифмической спирали в полярных координатах.