CN101874171A - 可扩张皮带轮 - Google Patents

Abstract

一种可扩张皮带轮，其包括多个相邻区段；每个区段可径向移动；每个区段与销元件滑动地接合，每个销元件与每个区段接合使得每个区段可沿与径向基本成一角度(α)的方向沿着每个销元件移动；可移动导向件，其与每个区段接合以用于相对于另一个区段空间定位每个区段；配重，其协作地连接到每个区段并且可协作地与每个销元件接合，每个配重施加与区段向心力相反的力；并且每个销元件连接到轮毂。

Description

可扩张皮带轮

技术领域

本发明涉及一种可扩张皮带轮，尤其涉及具有根据外部施加的转矩可变地确定的有效直径的可扩张的分区段皮带轮。

背景技术

已知用于混合电动车辆的辅助皮带驱动可以包括皮带驱动起动机/发电机。对于这样的系统提供专用皮带张紧以满足两种操作模式：起动和发电。在现有技术的系统中可以使用两种张紧器，例如液压张紧器安装在交流发电机的皮带松弛侧，并且机械扭簧张紧器安装在交流发电机的皮带绷紧侧。

现有技术的代表是美国专利no.3,935,751(1976)，该专利公开了一种无级变速设备，尤其公开了一种适合于车辆等的自动变速设备的构造，所述变速设备的离心力由旋转机构的高速旋转产生，所述旋转机构允许枢转地安装在转盘的多个爪块向外膨胀以增加它们的直径，并且在输出动力之后，可以由于所述工作外径的变化而自动产生各种幅值的差速比。

需要一种具有根据外部施加的转矩可变地确定的有效直径的可扩张分段皮带轮。本发明满足了该需要。

发明内容

本发明的主要方面提供了一种具有根据外部施加转矩可变地确定的有效直径的可扩张分段皮带轮。

通过本发明的以下描述和附图将指出或显而易见本发明的其他方面。

本发明包括一种可扩张皮带轮，所述可扩张皮带轮包括多个相邻区段；每个区段能够径向移动；每个区段与销元件滑动地接合，每个销元件与每个区段接合使得每个区段能够沿与径向基本成角度α的方向沿着每个销元件移动；可移动导向件，其与每个区段接合以用于相对于另一个区段在空间上定位每个区段；配重，其协作地连接到每个区段并且可协作地与每个销元件接合，每个配重施加与区段的向心力相反的力；并且每个销元件连接到轮毂。

附图说明

包含在说明书中并且形成说明书的一部分的附图示出了本发明的优选实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。

图1是可扩张皮带轮的分解图。

图2是轮毂的细节。

图3是区段销元件的细节。

图4是区段导向件的细节。

图5是区段的细节。

图6是区段止挡件的细节。

图7是配重的细节。

图8是可压缩元件的细节。

图9是背板的细节。

图10是可扩张皮带轮轮毂的部分细节。

图11是可扩张皮带轮轮毂的部分细节。

图12是可扩张皮带轮区段的细节。

图13是可扩张皮带轮区段和配重的细节。

图14是可扩张皮带轮的透视图。

图15是处于闭合位置可扩张皮带轮的侧视图。

图16是处于部分打开位置的可扩张皮带轮的侧视图。

图17是处于完全打开位置的可扩张皮带轮的侧视图。

图18是可扩张皮带轮的横截面图。

图19是使用可扩张皮带轮的皮带驱动系统的示意图。

图20是区段系统的自由体示意图。

图21是作为槽角的函数的力的图形。

图22是如图17中所示的皮带轮的细节。

具体实施方式

图1是可扩张皮带轮的分解图。皮带轮100包括轮毂10、区段止挡件20、区段销元件30、区段导向件40、区段50、配重60、可压缩元件70和背板80。该组件由紧固件90保持在一起，所述紧固件可以包括螺钉或螺栓。紧固件90从背板80延伸到轮毂10。

图2是轮毂的细节。轮毂10包括用于接收每个区段销元件30的制动部(detent)11。制动部11以环形方式围绕轮毂10布置。轮毂11还包括轮缘12，轮缘12沿轴向方向从轮毂10突出。为了将皮带轮附连到附件或其他安装表面，安装轴延伸通过腔孔13，例如参见图18。紧固件90接合轮毂12中的孔。

图3是区段销元件的细节。每个区段销元件30接合轮毂10。每个区段50滑动地接合区段销元件30。每个区段销元件30包括外表面31，所述外表面通过与每个狭槽53的滑动接合来接合每个区段50。每个区段销元件30包括具有半径r₂的略微弧形(参见图15)，这便于如本说明书中的其他部分所述的区段50的运动。每个区段销元件30是在皮带轮的旋转期间通过其将每个区段50和配重60保持在皮带轮100中的部件。

图4是区段导向件的细节。区段导向件40包括径向向外延伸且顶点径向向内的楔形元件41。间距42布置在各元件41之间。区段元件52布置在各间距42中。导向件40还包括环43、44。环43、44的目的是在空间上适当地定位每个区段导向件40。

区段导向件40没有固定地连接到轮毂10或背板80或连接到任何区段50。也就是说，区段导向件40“漂浮”在每个区段50与轮毂10之间，参见图18。这又允许区段导向件40在需要时在皮带轮内部部分地旋转以允许每个区段50自由径向和周向移动，同时保持与区段销元件30的正确对准和与各相邻区段50的正确对准。

在该优选实施例中元件30被描述为区段销元件。然而，区段销元件30的作用由区段销元件30的表面31实现。表面31也可以通过将从轮毂10或背板80的悬臂部分或其他轴向突出部延伸到一位置来实现，由此通过与狭槽53接触的方式来控制区段50的位置。

图5是区段的细节。皮带轮100包括围绕外周布置的多个区段50。区段50包括弧形部分51。弧形部分51包括接合皮带(未显示)的表面54。表面54被显示为具有多楔轮廓，尽管扁平皮带和单V形楔轮廓也是合适的。

元件52从弧形部分51朝着皮带轮的中心径向向内延伸。元件52典型地垂直于弧形部分51布置。元件52包括狭槽53和孔55。配重60通过孔55接合每个区段50，参见图7。例如，每个区段可以具有大约8gm的质量。

图6是区段止挡件的细节。区段止挡件20为环状并且可以包括弹性体或其他弹性材料，所述材料可以包括塑料、天然橡胶或合成橡胶或它们的等同物或组合物。区段止挡件20作为每个区段50的运动的径向最内侧限位件。

图7是配重的细节。配重60包括销61，所述销枢转地接合区段50中的孔55。配重60包括预定的质量，用于抵抗在使用时通过皮带轮的旋转由每个区段施加的向心力。凹口62协作地接合区段销元件30。配重质量的主体位于凸片63中。例如，每个配重可以具有大约8gm的质量。

图8是可压缩元件的细节。可压缩元件70包括弹性体或其他弹性材料，所述材料可以包括塑料、天然橡胶或合成橡胶或它们的等同物或组合物。在操作中，每个配重60以使得每个配重与可压缩元件70接触的方式围绕销61和区段销元件30枢转。可压缩元件70充当弹性部件以在预定位置停止每个配重的运动。在多数情况下，每个配重60接合可压缩元件70的位置通常与每个区段50的最大径向位置相对应。

图9是背板的细节。背板80典型地是扁平的并且为圆形。每个制动部81接收区段销元件30的一端。每个制动部81与轮毂10上的协作制动部11对准。

紧固件90将背板80连接到轮毂轮缘12中的孔。紧固件90包括螺钉或本领域中已知的任何其他合适的紧固件。

图10是可扩张皮带轮轮毂的部分细节。区段销元件30被显示为在制动部11中与轮毂10接合。区段止挡件20被显示为围绕轮缘12接合。

图11是可扩张皮带轮的部分细节。区段导向件40邻近轮毂10布置。区段销元件30延伸通过导向件40的环43、44。每个区段销元件30穿过每个元件41之间的间距42伸出。每个区段销元件沿基本平行于旋转轴线A-A的轴向方向延伸。区段导向件40没有以其它方式紧固到轮毂10或区段销元件30，而是通过所述各种部件的关系松散地保持在该位置。这允许区段导向件40响应于区段50的移动而自由移动。

图12是可扩张皮带轮区段的细节。元件52滑动地接合在每个元件41之间的间距42中。间距42足够宽以允许元件52沿着区段销30滑动移动通过狭槽53，也就是说，狭槽53沿着区段销元件30滑动移动。狭槽53相对于径向成在30-50°的范围内的角α布置，参见图20。

图13是可扩张皮带轮区段和配重的细节。配重60通过枢转地插入孔55中的销61与区段50枢转地接合。区段销元件30接合凹口62。配重60和区段导向件40完全包含在区段50的宽度内。宽度在该图13中沿竖直轴，并且平行于区段销元件30。区段表面54具有用于接合多楔皮带(未显示)的多楔轮廓。

图14是可扩张皮带轮的透视图。元件70布置在轮缘12周围。从该透视图中省略了背板80和紧固件90。区段50被显示为处于部分打开位置。销120使轮毂10与背板80对准。

图15是处于闭合位置的可扩张皮带轮的侧视图。多个区段50围绕皮带轮100的圆周相邻地布置。皮带轮100包括协作区段的组合，每个组合包括区段50、区段销元件30和配重60。每个区段50由相邻区段50适当地定位在皮带轮圆周上。图15中的皮带轮被显示为处于“闭合”位置，也就是说，每个区段50与每个相邻区段50接触。每个配重60轻轻地支承在元件70上。

元件30中的每个区段具有半径r₂。当每个区段50如图16中所示径向移动时，半径r₂允许每个狭槽53弧形地移动。

图16是处于部分打开位置的可扩张皮带轮的侧视图。该图16显示了部分膨胀的皮带轮，当皮带轮正在旋转时就是这种情况。每个区段50径向向外移动了预定距离，并且在这种情况下狭槽53部分沿着区段销30移动。每个配重60部分围绕销61枢转。这是由于每个配重60也支承于在每个凹口62处的每个区段销元件30上。

例如，当每个区段50径向向外移动时，它也具有沿方向“D”的运动分量。当区段50沿方向“D”移动时，孔55和因此配重60也沿方向“D”移动。每个配重60沿方向“D”的微小运动导致每个凹口62支承在区段销30上。实际上，凹口62与区段销30之间的接触导致每个配重60围绕在凹口62处的区段销30以及围绕销61枢转。与销30并因此与区段销元件表面31的接合又将每个区段50和配重60保持在皮带轮100内的适当位置。作为该运动的另一部分，导向件40也部分旋转以便保持每个区段相对于其他区段的正确对准。

图17是处于完全打开位置的可扩张皮带轮的侧视图。当每个区段50在向心力的影响下径向向外移动时，皮带轮有效直径增加并且每个区段之间的间距57扩大。每个区段50的径向向外移动的极限位置由每个配重与元件70的接合确定。每个凸片63径向向内移动，由此以逐渐增加的力支承在元件70上。最后，与元件70的接触停止配重60的所有进一步向内移动，这又停止每个区段50的所有进一步向外移动。

图18是可扩张皮带轮的横截面图。可扩张皮带轮100典型地安装在旋转轴“S”上。轴“S”可以从例如可以用于马达或发动机(未显示)上的附件延伸。附件可以包括交流发电机、或马达发电机，或水泵，或动力转向泵，或其他旋转附件。皮带轮100使用螺母“N”固定到轴S的螺纹端。

图19中所示的系统的有效传动比可以通过由区段50向外移动所导致的可扩张皮带轮的有效直径的变化而改变。

例如，具有大约60mm的“闭合”直径的可扩张皮带轮可以在大约4000RPM的工作速度下扩大到大约65mm的直径。皮带轮的直径的增加将导致皮带轮和因此附件轴(参见“S”，图18)的转速减小以下比率：

速度₁×直径₁＝速度₂×直径₂

解出：

速度₂＝[(4000RPM)×60mm]/65mm

速度₂＝3692RPM

这表示附件转速的速度减小与直径的增加成比例。当系统的转速增加时会发生附件的速度的适当减小。可扩张皮带轮适合于大的工作速度范围，例如高达大约14,000RPM。

该例子仅仅是为了举例说明的目的被提供而不是旨在限制本发明的皮带轮的尺寸、实施例或使用。

图19是使用可扩张皮带轮的皮带驱动系统的示意图。在该例子中本发明的皮带轮100连接到马达/发电机。该系统也包括皮带B、惰轮、张紧器和附连到曲柄轴的皮带轮。该系统例子可以用于典型的混合内燃机上。在发电模式下曲柄轴驱动皮带B。在起动模式下马达/发电机用作马达以驱动皮带B并且由此旋转曲柄轴和由此起动皮带驱动系统所附连到的发动机。

图20是区段系统的自由体示意图。在第一操作模式下，可扩张皮带轮区段50处于如图15中的径向最内侧位置。在该模式下，皮带轮具有最小直径。用于每个区段50的狭槽53在销元件30上基本居中。尽管皮带轮正在旋转，但是没有扭矩通过皮带施加到皮带轮，因此没有垂直于向心力F_C作用的“扭转”力T_B以沿垂直于径向方向的方向推动区段50。换句话说，力T_B相对于皮带轮的圆周大致切向于每个区段表面54地作用。每个配重60施加力F_CW，该力基本平衡力F_C，因此每个区段50不会径向向外移动。此外，一旦皮带扭矩被去除，由配重施加的力F_CW操作以缩回每个区段。

当皮带扭矩施加于每个区段时，基本垂直于向心力F_C的力T_B被施加。侧向力T_B推动用于每个区段50的狭槽53沿着每个销30移动。与径向向外向心力F_C相关的这样侧向运动克服了由配重施加的导致每个区段50径向向外移动的力F_CW，所述运动又增加了皮带轮的有效直径。尽管皮带在任何时候只能接合和传递扭矩到非所有的区段50上，但是一个区段的任何运动同样由导向件40传递到其他所有区段。因此，一个区段的运动被所有区段模仿。

皮带轮对扭矩是敏感的，这意味着皮带轮的有效直径根据皮带施加于每个皮带轮区段的扭转力T_B而变化。

在该例子中，在起动模式期间，大约45度的角α足够提供适当的皮带张力。在发电模式下，区段径向向内收缩，因此皮带轮具有最小有效直径。在每种情况下可扩张皮带轮连接到马达/发电机。

导致每个区段50(和因此所有区段50)向外移动所需的力F_C的大小是角α以及每个所述部件的滑动运动所给予的摩擦力的函数，例如参见图21。图21是作为槽角的函数的向心力的图。

“起动模式”指的是使用马达/发电机作为起动器通过驱动皮带B并由此转动发动机曲柄轴来起动IC发动机。“发电模式”指的是使用马达/发电机作为发电机来为车辆电池系统(未显示)充电。在发电模式下马达/发电机由IC发动机曲柄轴通过皮带B驱动。

图22是如图17中所示的皮带轮的细节。该图大体示出了区段50、配重60、区段销元件30和导向件41的组合。图22显示了处于打开位置的区段50，原因是区段销元件30被显示为处于狭槽53的一端。区段销元件30也被显示为与凹口62接合。当每个区段径向向外移动时，元件41之间的间距42用于保持每个区段50径向对准。这是由于当皮带轮“打开”时，每个区段50远离其相邻区段移动。因此当每个区段向外移动并由此与相邻区段脱离接触时，区段导向件40保证了适当间隔和对准。

尽管在本文中描述了本发明的形式，本领域的技术人员将显而易见可以对部件的结构和关系进行变化而不脱离本文所述的本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可扩张皮带轮，其包括：

多个相邻的区段，所述区段能够径向移动；

与每个所述区段滑动接合的销元件，所述销元件与所述区段接合成使得所述区段能够在与径向大致成一角度(α)的方向上沿着所述销元件移动；

可移动导向件，其与每个所述区段接合以用于相对于其它所述区段在空间上定位每个所述区段；

配重，其协作地连接到所述区段并且能够与所述销元件协作地接合，所述配重施加与所述区段的向心力相反的力；以及

与所述销元件连接的轮毂。

2.如权利要求1所述的可扩张皮带轮，其中所述区段包括用于接合所述销元件的狭槽。

3.如权利要求1所述的可扩张皮带轮，其中所述配重枢转地连接到所述区段。

4.如权利要求1所述的可扩张皮带轮，还包括能够与所述配重接合的弹性止挡件。

5.如权利要求1所述的可扩张皮带轮，其中所述区段能够与径向成一角度(α)地移动。

6.一种皮带驱动系统，其包括：

连接到发动机附件的可扩张皮带轮；

所述可扩张皮带轮包括：多个相邻的区段，所述区段能够径向移动；销元件，其与所述区段滑动接合，所述销元件与所述区段接合为使得所述区段能够在与径向基本成一角度(α)的方向上沿着所述销元件移动；可移动导向件，其与每个所述区段接合以用于相对于所有其他的所述区段在空间上定位每个所述区段；配重，其协作地连接到所述区段并且能够与所述销元件协作地接合，所述配重施加与所述区段的向心力相反的力；以及与所述销元件连接的轮毂；

驱动皮带轮；以及

皮带，其在所述驱动皮带轮与所述可扩张皮带轮之间运行。

7.如权利要求6所述的皮带驱动系统，其中所述发动机附件包括马达/发电机。

8.如权利要求6所述的皮带驱动系统，其中所述驱动皮带轮连接到发动机曲柄轴。

9.如权利要求6所述的皮带驱动系统，还包括与所述皮带接合的张紧器。

10.如权利要求6所述的皮带驱动系统，其中所述可扩张皮带轮具有多楔轮廓。

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