CN1003882B - 具有改进的散热能力的液力耦合装置 - Google Patents

Abstract

一种旋转式液力耦合装置，包括由一个壳体１５和一个盖体１７组成的第一旋转耦合组件。输入耦合件１１装在一工作液腔中，并与盖体１７上的对应表面限定一剪切空间。盖体１７上分成若干区或６１，每一区域６１上，有一条沿径向设置的冷却肋６３和一组与之平行的全长肋６５，及一组较短的平行肋６７及６９。因此，在给定的面积上获得较大的肋总长度，从而改善盖１７的散热能力及耦合装置传轴扭矩的能力。

Description

具有改进的散热能力的液力耦合装置

本发明与传递扭矩的旋转式耦合装置有关，与下述装置的关系尤为紧密，在所指的装置中，在传输扭矩时，会有热量产生，将所产生的热量散去的能力是一个限制该装置传递扭矩能力的因素。

虽然本发明可被用于多种类型和结构的传递扭矩的旋转式耦合装置，但它却特别适用于旋转式液力耦合装置。下面将对本发明予以说明。

可因本发明而受益的一类旋转式液力耦合装置已有了广泛的用途，该类装置的最基本的用途之一是带动汽车散热器上配置的冷却风扇。这样的耦合装置常被称为“风扇粘性驱动装置”，因为在该耦合装置中采用了高粘度液体，借助粘性剪切力，将扭矩从一个输入耦件（主动盘）传至一个与冷却风扇栓固在一起的输出耦件（壳体）。

更准确地说，将本发明用于扭矩较大的风扇粘性驱动装置上更为有利，在这类装置中，风扇驱动装置能将约为2-12马力的功率传输到冷却风扇上。在典型的这种高扭矩或高功率的风扇驱动装置中，有一个输出耦合组件，该耦合组件由一个铸铝壳和一个压铸铝盖组成，通常在输入耦合件与上述的压铸铝盖之间制出许多凹、凸交错的槽和脊，这些槽和脊限定出剪切空间。当剪切空间中充满粘性液体时，随着输入耦合件的转动，扭矩由输入耦合件传至输出耦合组件。

在传输扭矩的过程中，存在于交错设置的槽和脊之间的粘性液体，因剪切而产生大量的热。所生成热的数量与“打滑”速度成正比，而“打滑”速度即为输入耦合件与输出耦合组件之间的速度差。熟悉本专业的人都知道，对于多种旋转式传递扭矩的耦合装置，特别是对于风扇粘性驱动装置来说，在传递扭矩的过程中，必然有热量产生，其传递扭矩的能力受限于其散热能力。例如，在风扇粘性驱动装置中，如果粘性液体的温度超过一预定的最高温度，则液体的粘性就会降低，至使该液体传递扭矩的能力下降。

在上述类型的风扇粘性驱动装置中，铸盖既是构成剪切空间的一个部件，同时又是装置的基本散热部件。所以，在盖体上铸出许多冷却肋片是制造风扇粘性驱动装置的传统作法。熟悉本专业的人已经逐渐认识到，热量大部分都是通过沿轴向靠近耦合装置的粘性剪切区域肋片散出的。熟悉本专业的人一般地也接受下述观点，既散热量基本上与设置在主要散热区上的冷却肋片的总长度成正比。

参考美国专利No.2，963，135及No.3，075，691可以看出，从工业生产风扇粘性驱动装置的早期开始，就一直采用着将冷却肋片径向布置这一传统作法，这主要是为了加强空气向外的径向流动，以便带走从剪切空间传至冷却肋片的热量。从上述专利还可以看出，将肋片长、短交错地径向排列的作法也已是传统的作法，这可以使冷却肋片在不至靠得过紧的情况下，增加总长度。参考美国专利No.4，134，484可以看出，若干年以来，这基本一样的冷却肋型式，一直被普遍地采用着。

历年来，随着对风扇粘性驱动装置传递扭矩能力的要求逐渐提高，对散热能力的要求也提高了，本专业的人员所尝试的基本解决方法是增加冷却肋片的数目，而这又会使相邻的肋片靠得更近。一般地说，这不是一个理想的方案，因为铸造这种盖体所需的压模要贵得多，并需要对其做更多的维护工作，压模的使用寿命也较短。所以，一般认为，相邻冷却肋片之间的距离小于一个给定的最小距离是不合适的。

考虑到上面所讨论的、对增加冷却肋片数目的限制，面对更高的散热能力的要求，本专业的人员甚至尝试安装能增强流过冷却肋片的空气流的附加装置。在美国专利No.4，181，205中揭示了一种风扇粘性驱动装置，在该装置中，在风扇驱动盖的前面，设置了一些风扇叶片，以便通过加强流过冷却肋片的空气流来增加肋片的散热量。这样的装置可能是有效的，但它却要增加风扇驱动装置的尺寸、重量、复杂性及价格，并且仅为驱动这些附加扇叶，就需额外耗去风扇驱动装置的一部分输出功率。

本发明的目的之一是提供一种改进的传递扭矩的旋转式耦合装置，该装置具有为促进径向空气流而设置的、基本沿径向设置的冷却肋片，为了增强散热能力，该装置的总肋长度有所增加。

本发明的另一个目的是提供一种耦合装置，该装置能够满足上述目的，并且其中有冷却肋片的部件是一个按照切实可行的压铸方法制出的压铸件。

本发明的上述的、及其他的目的是靠一种改进的旋转式耦合装置来实现的。该装置包括第一旋转耦合组件部分，该耦合组件由一个壳体和一个盖体组成，并由壳体和盖体限定出一间耦合室。一个第二旋转耦合件被装在耦合室中，并可与第一旋转耦合组件做相对转动。第二旋转耦合组件前端面和与之相邻的盖件表面共同限定出一个扭矩传递区。一个控制装置被用于控制在第一耦合组件与第二耦合件之间传递的扭矩量的大小，它可根据与预定状况的偏差而工作。该旋转式耦合装置传输扭矩的能力至少在一定程度上受限于该装置的散热能力。这些热量是在传输扭矩的过程中产生的。在盖体上有许多冷却肋片，它们被设置在盖体的前端面上，并起着把由扭矩传递区传至盖体的热量散去的作用。

改进的耦合装置的特点在于：将诸多冷却肋片划分为若干个组，在每一个冷却肋片组中，有一个基本沿径向设置的冷却肋片，同组中的其他冷却肋片，几乎在整个长度上，均与那个径向设置的冷却肋片基本平行。在一给定的置肋面积上，这种置肋方式能明显地增加总肋长度，因而能增加散热量。

考虑到本发明的另一方面的特点，并与切实可行的铸造方法相适应，在每一组中的每一冷却肋片，与同组中的相邻肋片，以一给定的最小距离相互隔开。

图1是一种可以采用本发明的典型的液力耦合装置的轴向剖面图。

图2是图1中所示的液力耦合装置的局部前平面图，它仅示出了铸盖体，该铸盖体是根据先有技术制造的。

图3是图1中所示的液力耦合装置的前平面图，它仅示出了铸盖体，该铸盖体是根据本发明制造的。

图4是一个与图2相似的、放大的示意图，它示出了一部分按先有技术制造的冷却肋片。

图5是一个与图3相似的、放大的示意图，它示出了一部分按本发明制造的冷却肋片。

现在参考附图，这些附图并非限制本发明。图1示出了一个可采用本发明的液力耦合装置（风扇粘性驱动装置）的优先形式。在图1所示的液力耦合装置中有一个输入耦合组件，总标号为11，还有一个输出耦合组件，总标号为13，输出耦合组件13包括一个压铸壳体（15）和一个压铸盖体（17），壳体（15）与盖体（17）借助盖体（17）外缘的翻边被紧固在一起，这在本技术领域中是为人熟知的。液力耦合装置适合于被一水冷发动机所驱动，而该装置又随之驱动散热器冷却风扇F。风扇F可以用一些螺栓19固定在壳体（15）上。然而，不难理解，除了下面要特别指出的一些要点之外，本发明的应用并不被限制在任何特殊结构的液力耦合装置中，也不被限制在任何特殊的应用实例中。

在液力耦合装置中有一根输入轴21，输入耦合组件11就装在这根轴上。一个法兰盘23驱动输入轴21做转动，而法兰盘23被螺柱固定在发动机水泵上的一个对应法兰盘上。输入轴21起着支承轴承25的内圈的作用，轴承25装在壳体15上。在输入轴21前部（图1中的左端）的齿纹部27及输入耦合组件的毂盘的轴孔之间，采用过盈配合，因而，当输入轴21转动时，输入耦合组件11也随之转动。

壳体15与盖体17共同限定一个液腔，该液腔被一个圆形阀盘31分成两部分，一部分是工作液腔33，另一部分是贮存液腔35。可以看出，输入耦合组件11是被安置在工作液腔33中的。

在盖体17上有一个基本为圆筒形的轴支承部37，在轴支承部37处装有一个可旋转的阀杆39，该阀杆穿过盖体17向外伸延（至图1的左边）。阀杆39的内端（图1的右端）与一阀臂41相连，普通的阀臂结构并不含有本发明，但在本发明中要用到它，参考美国专利No.3，055，473能对其有较好的了解。阀臂41的运动控制着液体的流动，该液体是经过一个设在阀盘31上的通口43从贮存液腔35流到工作液腔33中去的。

一个感温双金属盘条45与阀杆39的外端相联，双金属盘条45被用于控制阀臂41的运动，并根据与预定的温度状况的偏差而工作。这在本技术领域内是为人熟知的，它也不是本发明的基本特点，故这里不做进一步的说明。

在盖体17上设有一条轴向通道47及一条径向通道49，轴向通道47与工作腔33相联，而径向通道49则与轴向通道47及贮存腔35相联，它能使液体径轴向通道47流向工作腔33。在轴向通道47附近装有泵件51（滑片），它能够作用于工作腔中相对转动的液体而产生局部高液压区，并将少量的液体，经过通道47和49，连续不断地泵回贮存腔35。这在本技术领域中也是为人熟知的。

在所研究的本发明的具体实例中，在输入耦合组件11的前端面上设置了许多环形脊53;而在壳体17与之对应的表面上也设置了许多环形脊55。环形脊53与环形脊55交错设置，在它们中间形成一个形状蜿蜒的粘性剪切空间。可以相信，参考上述要借用的美国专利No.3，055，473，熟悉本专业的人员能充分地了解图1中所示的液力耦合装置的构造和工作原理，同样也能了解装置中粘性液体的各个流动路线。正如在本说明的背景部分所指出的，当汽车发动机通过输入轴21向输入耦合组件11传递扭矩的时候，存在于环形脊53和55之间的剪切空间中的粘性液体要发生剪切变形，粘性液体的剪切变形产生大量的热，这些热量大部分必须经盖体17散出。

参考图1及图2，可以看出：在属于先有技术类型的盖体17上，设置了许多较长的径向冷却肋57，并在每一对相邻的冷却肋57之间，设置了一个较短的径向冷却肋59。从图2还可以看出：为了获得足够的总肋长度及充分的散热能力，就有必要增加冷却肋片的数目，而这就会使相邻的冷却肋片之间的距离远小于一个已定的最小距离，这一最小距离是切实可行的压铸方法所需要的。在图2上示出了先有技术中的径向肋片的型式，在靠近圆心的内圈处，相邻的较长的冷却肋之间的距离还是可以被接受的，然而，在较短的冷却肋59的朝向圆心的肋端处，较短肋与两个相邻的较长肋之间的距离却远小于所希望的值。

现在，参考图3，对根据本发明而做出的设肋形式予以说明。图3所示的是压铸盖体17的前平面图。与图2相比，采用本发明的盖体17的直径比采用先有技术的盖体17的直径要小，其原因在下面予以说明。参考图3还可以看出：盖体17的整个置肋面积被划分为若干个基本相同的区域61，每一块区域61均以两条相邻的径向延续线R来分界。在所研究的本发明的具体实例中，盖体17被划分为九块区域61。因而在每一对相邻的径向延续线之间，形成一个40度的锐角。通过阅读和领会本说明，熟悉本专业的人员将会认识到：在本发明的范围内，区域61的数目是可以比9大些或小些的，而相邻的两条延续线R之间的夹角亦可做相应变化。

因为每一块区域61是基本相同的，所下面仅对一块区域61予以说明，不难理解，每一其余区域的说明均是相同的。在每一块区域61中，都有一条基本沿径向设置的冷却肋63，尽管在所说明的本发明的具体实例中，它是沿区域61的中线而对称地设置的，但这却并不是本发明的基本特点。在径向冷却肋63的两侧，均有一对“平行”的全长冷却肋65。此处“平行”的意思是指每一条冷却肋65与径向冷却肋63是基本平行的。另外，在每一块区域61上，有一条稍短些的冷却肋67，它与相邻的冷却肋65基本平行。还有一条更短的冷却肋69，它也与相邻的冷却肋65基本平行。在每一块区域61上，有一条很短的冷却肋71，对它的方向的要求是不高的，但在图3上，它基本上是沿径向设置的。设置冷却肋71主要是要分隔相邻冷却肋67与69之间的区间。所以，应该理解：在本申请的权项部分中，关于“同组（区域61）中的其余冷却肋片均与径向冷却肋63基本平行”的说法一般是不适于那条很短的冷却肋71的。

如图3所示，冷却肋63、65、67和69的平行设置是本发明的一个很重要的特点。因为这能在每一块区域61上获得几乎最大的肋长，同时又不使相邻肋长之间的距离小于一给定的最小距离。如图3所示，存在着一个不同于上述说法的例外情况，既在一块区域61上的靠边的一条平行冷却肋65与在相邻的另一块区域61上与之相近的另一条平行冷却肋65组成一个“V”形。略为回顾图2还可以看出：如果按照先有技术设置冷却肋，则不能在盖体17上压铸出任意的相邻的较长冷却肋构成的“V”形，因为两肋之间的夹角仅有7至8度。然而，本发明的一个特点是：由于划分出了若干个冷却肋片在其内基本平行的区域，因而就能够允许相邻区域上的冷却肋片构成如图3上所示的“V”形，因为在本发明的条件下所构出的“V”形角度较大，它不会给压铸造成困难。在所说明的本发明的具体实例中，划分出了九块区域61。在盖体17上，每一块区域占据了40度角的一块扇形，而在形成“V”形的一对冷却肋之间的夹角也恰恰是40度。

图4及图5分别是先有技术的及本发明的冷却肋形式的示意图。现在参考图4及图5，通过比较，简要地说明以下事实：即在一个给定的置肋面积上，亦即在每一块区域61上，采用本发明可以明显地增加总肋长度。将先有技术与本发明做一比较，可以看出在本发明中不存在那种图2上所示的、先有技术中的冷却肋57与59靠得过紧的情况。在比较中采用图4及图5的意图是要表明：如果在本发明中及先有技术中均要求同一组中（或区域61中）的每一条冷却肋与相邻的冷却肋之间的距离为一给定的最小距离，则本发明比先有技术能提供更大的总肋长度。

可以看出：根据图4所示的先有技术，冷却肋57及59是按下列方式排列的，既每一条较短的冷却肋57的径向内端与每一条相邻的较长的冷却肋之间的距离，为一给定的最小距离X。与此类似，在图5中，每一条冷却肋（63、65、67、69或71）与相邻冷却肋（除了前面已说明过的形成“V”形的情况）之间的距离亦为同一给定的最小距离X。

在图4上还可以看到：每一条较长的冷却肋57的长度为L，而每一条较短的冷却肋的长度为0.63L，按照先有技术的方式设肋，在40度的扇形区域上，能有三条较长的冷却肋57及三条较短的冷却肋59，所以在该区域上，总肋长度T（先有技术）为：

T（先有技术）＝3×L+3×0.63L 亦即

T（先有技术）＝4.89L

现在来看在图5上所示的，本发明的情况。每一条沿径向设置的冷却肋63及每一条全长的平行冷却肋65的长度均为L;每一条稍短些的冷却肋67的长度为0.7L;每一条较短的冷却肋69的长度为0.5L;而每一条很短的冷却肋71的长度为0.25L。所以总肋长度T（本发明）为：

T（本发明）＝5×L+0.69×L+0.5×L+0.25×L亦既 T（本发明）＝6.44L

通过对来自图4及图5的上述结果做比较，可以看出：本发明所提供的总肋长度比按径向设肋的先有技术所提供的总肋长度要大30%左右。所以，如果要求相邻冷却肋的间距均为X，与先有技术相比，本发明能够显著地增大冷却肋的总长度。而如果要求冷却肋的总长度基本相同，则本发明能够提供更大的、相邻冷却肋之间的距离。正如在本说明书的背景部分所说明的，后一种选择能使铸模较便宜，需要较少的维护，并有较长的使用寿命。

在希望减小盖体17的尺寸时，也可以采用本发明。结合图2及图3能够发现：图3上的根据本发明而制造的盖体17的直径比图2上的根据先有技术而制造的盖体的直径小。现在熟悉本专业的人员能够理解：因为本发明能在一个给定的设肋面积上获得较大的总肋长度，所以能靠采用本发明来减小设肋面积的尺寸。在图3中示出一个本发明的具体应用实例，其中的总肋长度实际上比图2上所示的、采用先有技术而得到的要小;但是图3上的盖体17的直径却显著地减小了;而且相邻肋片之间的距离增加了，如上所述，这有利于盖体的压铸。在以下的几种情况下，可以采用本发明：

（1）增加盖体的总肋长度和散热能力。

（2）保持总肋长度和散热能力不变，但降低盖体的尺寸，重量和价格。

（3）保持总肋长度和散热能力不变，但为了获得较好的铸造工艺性而增加相邻肋片之间的距离。

（4）上述诸条的任意组合。

本发明已经得到了充分详尽地说明，这使熟悉本专业的人员能够制造并应用它。可以相信：通过阅读并理解以上的说明，熟悉本专业的人员能够做出多种很明显的变形。例如，很明显地，平行冷却肋片65的数量可以与图3及图5上所示的不同;较短的冷却肋片67与69的布置也可稍有不同。本发明的权项范围包括所有这类变形。

Claims (10)

1、一种旋转式偶合装置，在该种装置上有一个第一旋转偶合组件（13）。该偶合组件由一个壳体（15）和一个盖体（17）组成，在壳体（15）和盖体（17）之间，由壳体（15）和盖体（17）围成一间偶合室，在该偶合装置上还有一个第二旋转偶合件（11），装在上述的偶合室内，并可与第一旋转偶合件作相对转动：第二偶合件的前端面（53）和与之相邻的盖体（17）的表面（55）共同限定一个扭矩传递区。在该偶合装置上还装有控制装置（31、39、41、43、45），用以控制在第一偶合组件（13）与第二偶合件（11）之间传递的扭矩量的大小，控制装置根据与预定状况的偏差而工作，在盖体（17）上有许多冷却肋片，设置在盖体（17）的前表面上，起着把从上述的扭矩传递区传至盖体（17）的热量散去的作用，该偶合装置的特征在于：

（a）上述多个冷却肋片被分为若干个冷却肋片组（61）;

（b）在每一个冷却肋片组（61）中，有一个基本沿径向设置的冷却肋片（63），同组中的其他冷却肋片（65、67、69），几乎在整个长度上，均与冷却肋片（63）基本平行。

2、如权利要求1中所要求的旋转式偶合装置，其特征在于：上述每一个冷却肋片组（61）中与沿径向设置的冷却肋片（63）相平行的冷却肋片中有若干条冷却肋片（65），其长度基本与沿径向设置的冷却肋片（63）的相同。

3、如权利要求2中所要求的旋转式偶合装置，其特征在于，上述每一个冷却肋片组（61）中与沿径向设置的冷却肋片（63）相平行的冷却肋片中还有若干条较短的冷却肋片（67、69）。

4、如权利要求3中所要求的旋转式偶合装置，其特征在于，在盖体（17）上有辅助短冷却肋（71），它被设置于两个相邻的冷却肋片组（61）之间，并与分属于每一个相邻的肋片组的相邻冷却片不平行。

5、如权利要求1中所要求的旋转式偶合装置，其特征在于，上述的扭矩传递区中有一个粘性剪切空间。

6、如权利要求5中所要求的旋转式偶合装置，其特征在于，在第二旋转偶合件（11）的前端面上做出多条环形脊（53），在盖体（17）与上述端面相对的表面上也做出多条环形脊（55），环形脊（53）与环形脊（55）交错布置，在它们之间形成粘性剪切空间。

7、如权利要求5中所要求的旋转式偶合装置，其特征在于，上述控制装置中包括阀机构（31、41、43），它可根据与预定工况的偏差而控制在上述的粘性剪切空间中的液体量。

8、如权利要求7中所要求的旋转式偶合装置，其特点在于，在上述的控制装置中包括感温装置（39、45），它可根据与预定温度状况的偏差而控制上述的阀机构。

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