CN101210592B - 扭矩限制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种扭矩限制器，设置在第一转动体与第二转动体之间以传递扭矩，所述扭矩限制器包括设于第二转动体上的轮毂、设于轮毂外围并与第一转动体传动相连的限位环、以及在限位环与轮毂之间传递扭矩的多个弹性连接杆；限位环内圈对应每个弹性连接杆处设有突出的抵触部，每个抵触部具有一中间凹陷、两边缘逐渐向轮毂升起的抵触面；每个弹性连接杆一端与轮毂刚性连接，另一端通过滚动元件与其对应的抵触面相抵，并且随弹性连接杆所传递的扭矩增大，滚动元件与抵触面的抵触位置从中间到边缘移动；当第一转动体与第二转动体的传递扭矩超过脱离扭矩时，每个滚动元件从弹性连接杆与抵触面的边缘之间脱离，使弹性连接杆与抵触面脱离。本发明与现有技术相比，具有结构简单、成本低、不易变形的优点。

Description

扭矩限制器

技术领域

本发明涉及一种扭矩传递装置，尤其涉及一种可以传递和限制扭矩的扭矩限制器。

背景技术

扭矩限制器有许多应用的场合，例如设在汽车发动机与用于空气调节的压缩机的动力传递路径上。典型的外控式变排量压缩机具有一倾斜地支撑在主轴上的斜盘，斜盘角度可以通过压缩机的电控阀改变。当外控式变排量压缩机的内部出现故障使扭矩变大时，过大的扭矩会对发动机产生大的冲击。因此，压缩机必须具有过载保护机构，使得压缩机内部的扭矩过大时，压缩机与皮带轮脱离，避免压缩机内部扭矩过大对发动机的冲击。

一种现有的过载保护技术是公开号为CN1431413A的中国专利，当扭矩过大时，依靠在第一转动体和第二转动体之间传递扭矩的凸缘的断裂破坏来达到停止传递的目的。该技术的缺点是一旦产生破坏，该传动机构就完全失效了。

另一种现有技术是公开号为JP2000-46066的日本专利，其第一转动件和第二转动件之间由涡卷形弹簧连接并传递扭矩，扭矩过大时涡卷形弹簧的自由端与其中一个转动件脱离，停止传递扭矩。该技术的缺点是弹簧作为传动件和缓冲件，工作时一直处于变形状态易产生疲劳，启动时受到冲击力，因此可靠性难以保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种耐疲劳不易变形且结构简单、成本低廉的压缩机扭矩限制器。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种扭矩限制器，包括设于一第二转动体上的轮毂、设于轮毂外围并与一第一转动体传动相连的限位环、以及径向设于限位环与轮毂之间以传递扭矩的多个弹性连接杆；所述限位环内圈对应每个弹性连接杆处设有突出的抵触部，每个抵触部具有一中间凹陷、两边缘逐渐向轮毂方向升起的抵触面；每个弹性连接杆一端与轮毂刚性连接，另一端通过滚动元件与其对应的抵触面相抵，并且随弹性连接杆所传递的扭矩增大，滚动元件与抵触面的抵触位置从中间到边缘移动；当所述第一转动体与第二转动体的传递扭矩超过脱离扭矩时，每个滚动元件从弹性连接杆与抵触面的边缘之间脱离，使弹性连接杆与抵触面脱离。

上述的扭矩限制器中，所述限位环内圈在每个滚动元件的顺时针和/或逆时针脱离方向上各设有可容置滚动元件的限位槽，各滚动元件从弹性连接杆与抵触面的边缘之间脱离后，滚入各自的限位槽内。

上述的扭矩限制器中，所述限位槽可以设于相邻的抵触部之间的限位环内圈上。

上述的扭矩限制器中，所述限位槽可以设于每个抵触部的至少一侧。

上述的扭矩限制器中，所述限位槽具有一与所述滚动元件的脱离方向呈锐角夹角的入口。

上述的扭矩限制器还包括多个扇形翼片，分别设在相邻的两个弹性连接杆之间的扇形区域内，每个扇形翼片固定在轮毂上，并与限位环内圈之间形成一供所述滚动元件滚动的弧形通道。

上述的扭矩限制器中，所述滚动元件是滚针或者滚珠。

上述的扭矩限制器中，所述弹性连接杆及其对应的抵触部的数量为3～5个。

上述的扭矩限制器中，所述弹性连接杆的截面形状是矩形、圆形、椭圆形、I型中的任意一种。

上述的扭矩限制器中，所述轮毂与所述第二转动体可以是键连接或螺纹连接。

上述的扭矩限制器可以结合在汽车发动机与汽车空调压缩机的动力传递路径上，其中所述第一转动体是受汽车发动机驱动的转子，所述第二转动体是汽车空调压缩机的主轴。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有结构简单、成本低、不易变形的优点，本发明采用的脱离方式不仅能够避免采用破坏接触面方式所产生的高温，同时能够通过改变弹性杆的材料和尺寸而将扭矩限制器的脱离扭矩确定在特定范围。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明的特征和优点，其中：

图1是设有本发明的扭矩限制器的压缩机剖面图；

图2是本发明第一实施例的扭矩限制器的结构示意图；

图3A、图3B是本发明第一实施例的扭矩限制器的作用原理图；

图4是本发明第二实施例的扭矩限制器的结构示意图；

图5是本发明第二实施例的扭矩限制器的作用原理图；

图6是本发明第三实施例的扭矩限制器的结构示意图；

图7是本发明第三实施例的扭矩限制器的作用原理图；

图8是本发明一个实施例的扭矩限制器的结构示意图；

图9是本发明一个实施例的扭矩限制器的结构示意图；

图10A～图10D是本发明的扭矩限制器的实施例的弹性连接杆的截面形状示意图。

具体实施方式

请先参阅图1和图2所示，作为本发明的一个特定实施例，本发明的扭矩限制器是结合在汽车发动机与汽车空调压缩机的动力传递路径上，其中作为第一转动体的皮带轮2是受汽车发动机驱动的转子，而作为第二转动体的主轴3是压缩机主轴，扭矩限制器1设在皮带轮2与主轴3之间，用于将扭矩从皮带轮2传递到压缩机主轴3，以带动压缩机工作。下面描述扭矩限制器1的具体构成。

扭矩限制器1包括限位环11、轮毂12以及多个弹性连接杆13(图2中示出3个)。轮毂12设于主轴3上，通过键连接、螺纹连接等方式与主轴3传动连接，较佳地采用花键连接，以避免扭矩传递过程中轴向力的产生。限位环11设于轮毂12外围，通过若干个紧固螺钉16固定在皮带轮2上。在紧固螺钉16与皮带轮2固定的段上设有异型螺母4与橡胶支撑垫5，用以在扭矩限制器1与皮带轮2之间起缓冲作用。限位环内圈与轮毂12之间形成一个环形腔10，限位环内圈上均匀设有多个突出的抵触部111，每个抵触部111具有一面向轮毂12的抵触面112。抵触面112中间凹陷，两边缘逐渐向轮毂方向升起，即与轮毂12的距离逐渐变小。在图2所示实施例中，抵触面112由一半径较小的圆弧面构成，当然，可以选用其他任意具有类似性质的曲面，例如抛物面。3个弹性连接杆13均匀分布于限位环11与轮毂12之间的环形腔10内，每个弹性连接杆13一端与轮毂12刚性连接，另一端指向限位环内圈上一个抵触面112，并与该抵触面112之间留有一较小空隙，该空隙中设置一个滚动元件14，通过滚动元件14与抵触面112相抵，使弹性连接杆13支撑在限位环内圈与轮毂12之间。滚动元件14可由滚针或滚珠构成。如图2所示，弹性连接杆13设置滚动元件14的端部具有与滚动元件形状吻合的窝部，如此滚动元件14可以紧贴连接杆13，并在抵触面112上滚动。

正常工作时，限位环11由皮带轮2带动旋转，以限位环11为逆时针转动为例，由于抵触面112中间凹陷、两边缘逐渐升起的性质，使得弹性连接杆13(通过滚动元件14)与抵触面112的抵触位置越往边缘，弹性连接杆13被压弯曲变形越大，其所能传递的扭矩越大。当弹性连接杆13(通过滚动元件14)与抵触面112的抵触位置位于抵触面边缘，即如图3A所示的极限位置，达到其所能传递的最大扭矩，即脱离扭矩。此时轮毂12和限位环11之间偏转了一角度θ。

当限位环11与轮毂12之间的传递扭矩(即皮带轮2与主轴3之间的传递扭矩)超过该脱离扭矩时，滚动元件14沿顺时针方向从弹性连接杆13与抵触面的边缘之间脱离，滚入两相邻抵触部111之间的限位环内圈中，使弹性连接杆13与抵触面112脱离，而滚动元件14由于离心力作用，会紧贴在限位环内圈上，如图3B所示。

限位环11顺时针转动的情形，其作用原理类似，因此不再作说明。

在本发明的较佳实施例中，为确保滚动元件14脱离后处于确定位置，可至少在每个滚动元件14的一个脱离方向(顺时针或逆时针)上的限位环内圈上设置可容置滚动元件14的限位槽，使滚动元件14脱离后，滚入限位槽中。

图4是本发明第二实施例的扭矩限制器的结构示意图。与图2所示第一实施例不同的是，在图4所示实施例中，在两个抵触部之间的限位环内圈上，设置限位槽15a、15b。如图5所示，仍以限位环11逆时针旋转为例，当限位环11与轮毂12之间的传递扭矩超过脱离扭矩时，滚动元件14沿顺时针方向脱离抵触面112，滚入抵触部111一侧处的限位槽15a中。

抵触部111另一侧处的限位槽15b是为滚动元件14逆时针方向脱离而设。当限位环11只沿一个方向(例如逆时针)转动时，可省略其中一组限位槽(例如三个限位槽15b)。

请回到图4所示，限位槽15a、15b是一个入口迎向滚动元件14的脱离方向的半包围槽，其入口是斜向切入限位环内圈，这样就与滚动元件14的脱离方向呈锐角夹角，因此滚动元件14进入限位槽后不易滚出。

应当指出的是，限位槽只需设在配合滚动元件脱离方向的限位环内圈上，其与抵触部的距离可任意设置，例如靠近滚动元件欲脱离的抵触部，或者逐渐远离该抵触部(图4)，直至形成在沿滚动元件脱离方向的下一抵触部。图6是本发明第三实施例的扭矩限制器的结构示意图，图6所示第三实施例与图4所示第二实施例不同的是，直接在抵触部111a～111c两侧形成限位槽15a、15b。仍以限位环11逆时针旋转为例，当限位环11与轮毂12之间的传递扭矩超过脱离扭矩时，滚动元件14沿顺时针方向(如图6所示的虚线箭头方向)脱离抵触部111a，进入下一抵触部111b一侧的限位槽15a中，使弹性连接杆13与限位环内圈脱离，如图7所示。

如图8所示，在本发明的一个实施例中，还可在相邻的两个弹性连接杆13之间的扇形区域内设置扇形翼片17，每个扇形翼片17固定在轮毂12上，与两弹性连接杆13相邻，并与限位环内圈之间形成一弧形通道18。扇形翼片17可避免在滚动元件14采用滚针的情况下，滚针从抵触面112滑出后发生翻转，并且弧形通道18恰可容滚动元件滚动，以限制其落入限位槽15的路径。虽然图8示出该扇形翼片17是结合在图6所示第三实施例中，然而应当理解它也可结合在图2、图4所示第一、第二实施例中。

本发明中的弹性连接杆13的数量可以适当的增加或减少，考虑到旋转体的稳定性，3个至5个比较恰当。图9所示出弹性连接杆13及抵触部111的数量为5个的例子。除此之外，可以改变弹性连接杆13的弹性和尺寸来改变扭矩限制器的脱离扭矩，为了方便制造以及扭矩计算，连接杆13的截面以图10A～图10D所示的矩形、圆形、椭圆形、I型为佳。

本发明的扭矩限制器不仅仅可结合在汽车发动机与用于空气调节的压缩机的动力传递路径上，还可结合在发动机和用于车辆制动辅助装置的液压泵、发动机和用于动力转向装置的液压泵、以及发动机和用于空气悬浮装置的空气泵等之间。

以上的实施例说明仅为本发明的较佳实施例说明，本领域技术人员可依据本发明的上述实施例说明而作出其它种种等效的替换及修改。然而这些依据本发明实施例所作的种种等效替换及修改，属于本发明的发明精神及由权利要求所界定的专利范围内。

Claims (10)

1.一种扭矩限制器，设置在第一转动体与第二转动体之间以传递扭矩，其特征在于，所述扭矩限制器包括设于所述第二转动体上的轮毂、设于轮毂外围并与所述第一转动体传动相连的限位环、以及径向设于限位环与轮毂之间以传递扭矩的多个弹性连接杆；所述限位环内圈对应每个弹性连接杆处设有突出的抵触部，每个抵触部具有一中间凹陷、两边缘逐渐向轮毂方向升起的抵触面；每个弹性连接杆一端与轮毂刚性连接，另一端通过滚动元件与其对应的抵触面相抵，并且随弹性连接杆所传递的扭矩增大，滚动元件与抵触面的抵触位置从中间到边缘移动；当所述第一转动体与第二转动体的传递扭矩超过脱离扭矩时，每个滚动元件从弹性连接杆与抵触面的边缘之间脱离，使弹性连接杆与抵触面脱离。

2.如权利要求1所述的扭矩限制器，其特征在于，所述限位环内圈在每个滚动元件的顺时针和/或逆时针脱离方向上各设有可容置滚动元件的限位槽，各滚动元件从弹性连接杆与抵触面的边缘之间脱离后，滚入各自的限位槽内。

3.如权利要求2所述的扭矩限制器，其特征在于，所述限位槽是设于相邻的抵触部之间的限位环内圈上。

4.如权利要求2所述的扭矩限制器，其特征在于，所述限位槽是设于每个抵触部的至少一侧。

5.如权利要求2～4任意一项所述的扭矩限制器，其特征在于，所述限位槽具有一与所述滚动元件的脱离方向呈锐角夹角的入口。

6.如权利要求1～4任意一项所述的扭矩限制器，其特征在于，还包括多个扇形翼片，分别设在相邻的两个弹性连接杆之间的扇形区域内，每个扇形翼片固定在轮毂上，并与限位环内圈之间形成一供所述滚动元件滚动的弧形通道。

7.如权利要求1所述的扭矩限制器，其特征在于，所述滚动元件是滚针或者滚珠。

8.如权利要求1所述的扭矩限制器，其特征在于，所述弹性连接杆及抵触部的数量为3～5个。

9.如权利要求1所述的扭矩限制器，其特征在于，所述弹性连接杆的截面形状是矩形、圆形、椭圆形、I型中的任意一种。

10.如权利要求1所述的扭矩限制器，其特征在于，所述第一转动体是受汽车发动机驱动的转子，所述第二转动体是汽车空调压缩机的主轴。

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