CN101932855B - 具有阻尼的隔离器 - Google Patents

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Abstract

一种隔离器，包括：轮毂；皮带轮，其通过用于瞬间的旋转运动的轴衬与轮毂摩擦接合，轴衬与轮毂具有摩擦系数；弹性构件，其接合在皮带轮与轮毂之间，以便传递转矩；和锁定构件，其用于将皮带轮保持在轮毂上。

Description

具有阻尼的隔离器
技术领域
本发明涉及一种具有摩擦阻尼机构的隔离器，以阻尼轮毂与皮带轮之间的振动。
背景技术
发动机附件皮带传动中的隔离器通过利用附连至交流发电机转子的皮带轮与轮毂之间的弹性构件提供隔振功能。由于皮带轮和轮毂被连接，所以这两个部件之间的相对运动被限制。选择弹性构件的硬度，使得在空转期间皮带传动系统的第一振动模式低于发动机的点火频率。因此，在空转时，隔离器减弱皮带轮的振动，以便降低皮带轮对转子的影响。由于转子振动减小，所以需要由皮带轮传递的转矩较小，因此减小峰值皮带张力。结果，沿皮带移动方向在交流发电机前面不太可能的是：张紧器跨距变紧，使张紧器臂移动，和松弛皮带跨距。这减小皮带发出啁啾噪音的可能。隔离器在正常的发动机运转期间非常有效，但在起动和停止期间具有有限的功能。这是因为系统在起动和停止期间经过共振。
为了解决该问题，分离器提供单向离合作用。在发动机起动和运行阶段中的曲轴皮带轮加速期间，将皮带轮和轮毂相互锁定，并且该装置相当于整体皮带轮。然而，在减速阶段期间，轮毂可旋转超过或“超越(overrun)”皮带轮。这是有用的，因为其防止转子惯性在张紧器跨距中形成高的张力而避免皮带打滑噪音。分离器可能需要小的转矩，以在装置实际超越之前展开。由于在超越模式中在皮带轮与轮毂之间不存在连接，所以皮带轮可不受限制地旋转。分离器对于发动机起动和停止的情形起到良好的作用，但在发动机运行期间仍有点差强人意。
本技术的代表是美国专利No.5,139,463，其公开了一种用于机动车辆的蛇形皮带传动系统，其中从动组件的序列包括交流发电机组件和电枢组件，该交流发电机组件包括壳体，电枢组件安装在壳体中以便绕电枢轴线旋转。轮毂结构在壳体外由电枢组件支承，以便与电枢组件一起绕电枢轴线旋转。在交流发电机皮带轮与轮毂结构之间以可操作的关系设置有螺旋弹簧，以便通过蛇形皮带将交流发电机皮带轮的从动旋转运动传递至轮毂结构，使得在交流发电机皮带轮的从动旋转运动期间，电枢组件沿与交流发电机皮带轮相同的方向旋转，同时相对于交流发电机皮带轮沿相反的方向能够瞬间相对弹性地旋转运动。
需要的是一种具有摩擦阻尼机构的隔离器，以阻尼轮毂与皮带轮之间的振动。本发明满足该需求。
发明内容
本发明的主要方面是提供一种具有摩擦阻尼机构的隔离器，以阻尼轮毂与皮带轮之间的振动。
本发明的其他方面将通过本发明以下的说明和附图来指出或变得显而易见。
本发明包括隔离器，该隔离器包括：轮毂；皮带轮，其通过用于瞬间旋转运动的轴衬与轮毂摩擦接合，轴衬与轮毂具有摩擦系数；弹性构件，其接合在皮带轮与轮毂之间，以便传递转矩；和锁定构件，其用于将皮带轮保持在轮毂上。
附图说明
并入并形成本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是发动机皮带传动系统的示图。
图1A是示出在发动机加速期间的皮带传动系统状态的图表。
图2是发动机皮带传动系统的示图。
图2A是示出在发动机减速期间的皮带传动系统状态的图表。
图3是本发明的隔离器的分解图。
图4是图3中的隔离器的横截面图。
图5(a)、5(b)、5(c)是示出用于隔离器的轮毂和皮带轮的相对运动的顺序示意图。
图6是示出对于使用各种轴衬材料的隔离器的动态阻尼测量的图表。
图7是可替换实施例的分解图。
图7A是图7中可替换实施例的组装图。
图8是图7中的可替换实施例的横截面图。
具体实施方式
图1是示出在发动机加速期间的皮带传动系统状态的图表。在起动期间，皮带传动经受由各气缸周期性点火所引起的转矩脉冲。周期性脉冲导致皮带的瞬时加速度，从而导致从动附件的瞬间加速度。脉冲还可导致皮带不合需要的振动。
图1示出发动机皮带传动系统，其包括曲轴皮带轮(CRK)、和诸如空调压缩机(A/C)、和交流发电机(ALT)的附件。皮带(B)牵拉(train)在上述各部件之间。张紧器(TEN)保持合适的皮带运转张力。
在如图1中所示的发动机加速时的起动阶段一部分期间，由于需要正的转矩以加速交流发电机惯性，所以在交流发电机(ALT)之后的皮带跨距(T1)经受高的张力。该高的张力导致皮带伸长，并且皮带长度的增加积聚在张紧器跨距(T2)中。这使张紧器臂(TEN)朝其自由臂止挡(stop)移动(卸载)。张紧器保持交流发电机之前的跨距(T2)中受控的皮带张力。在这种状态下，系统极少产生皮带噪音。
图2是示出在发动机减速期间的皮带传动系统状态的图表。在如图2所示的发动机减速时的阶段期间，交流发电机惯性倾向于以其当前速度旋转(牛顿第一运动定律)，因此交流发电机将变成皮带的原动机。这使皮带(B)围绕张紧器通常松弛的跨距(T2)变紧。如果皮带张力高到足以克服张紧器中张紧器TEN的弹簧负载和阻尼，则张紧器臂将(离开皮带)朝其满负荷止挡移动。这实际上减小驱动长度，并使皮带跨距(T1)松弛和释放张力。当张力下降至低于某一临界值时，皮带传动将使皮带发出啁啾噪音。为了解决该情形，已研发诸如交流发电机分离器或隔离器的装置，以替代现有技术的整体交流发电机皮带轮。现有技术的分离器允许交流发电机皮带轮相对于附连至交流发电机的转子的轮毂旋转。相对运动的量取决于特定的装置。现有技术的交流发电机分离器通常提供单向离合作用，在起动和运行阶段中的曲轴皮带轮加速期间，将皮带轮和轮毂相互锁定，并且分离器相当于整体皮带轮。然而，在减速阶段期间，轮毂可能旋转超过或超越皮带轮。这是有用的，因为其防止交流发电机转子惯性在张紧器跨距(T2)中形成高的张力，从而避免皮带打滑噪音。该装置可能需要小的转矩，以在该装置实际超越之前展开。由于在超越模式中在皮带轮与轮毂之间不存在传递转矩的连接，所以轮毂可瞬时不受限制地旋转。
图3是本发明的隔离器的分解图。本发明的隔离器10包括皮带轮3、内轴衬2、外轴衬6、轮毂5、扭转弹簧4、毂盖8、和将组件保持在一起的锁定环1。弹簧4被压在皮带轮的凸缘31与轮毂的凸缘51之间。
由于皮带轮相对于轮毂可旋转地移动，所以需要支承面以支撑轮毂负载。在该设计中，内轴衬2与外轴衬6提供支承功能。另外，轴衬2和6提供皮带轮与轮毂之间的阻尼。阻尼量与匹配表面的摩擦系数相关。
例如，Oiles Techmet B轴衬在钢上具有0.18的COF。弹簧4的弹簧刚度为大约0.27Nm/度。皮带轮直径为大约56.5mm。数字值仅作为示例提出，并且不用于限制本发明的广度与范围。
图4是图3中的隔离器的横截面图。孔52接纳交流发电机轴(未示出)。皮带支撑面32具有用于接合多肋皮带(未示出)的轮廓。锁定环1压配合在轮毂5上。
图5(a)、5(b)、5(c)是示出用于隔离器的轮毂和皮带轮的相对移动的顺序示意图。参考图5(a)，当发动机停止时，皮带轮和轮毂如相互邻近的标记A和B所指示地不会相对比彼此移位。示意性示出的弹簧4不会变形。
在发动机起动时，皮带轮3经受瞬间的高的加速度变化率，使得如在图5(b)中所示并且如由沿顺时针方向在角度上位于A前面的B的新相对位置所示的，该皮带轮3瞬时在角度上运动到轮毂前面。从皮带轮传递至轮毂的转矩是通过弹簧4和通过在轴衬6处的摩擦面的转矩的和。通过摩擦面的转矩的量取决于轮毂负载和COF。“轮毂负载”是皮带张力作用在轮毂上的矢量。
在发动机/皮带加速阶段期间，轮毂负载可相对高(大约1200N)，并且阻尼转矩可以是：
1200N＊0.18＊0.045/2＝4.9Nm
(假定COF为0.18，轴衬直径大约为45mm)。
通过弹簧传递的转矩与皮带轮相对于轮毂的角位移一起使弹簧势能瞬时增加。经历阻尼的转矩能量作为热消散。如果阻尼不存在，则所有的转矩将通过弹簧传递，导致弹簧中势能更大的增长。
弹簧中势能的增长现在导致轮毂沿顺时针方向加速。在起动的减速阶段期间，如图5(c)中在角度上位于B前面的A的新相对位置所示，轮毂沿顺时针方向旋转超过皮带轮。从轮毂传递至皮带轮的转矩为弹簧转矩减去阻尼转矩。在该减速阶段期间，轮毂负载低(～400N)，并且阻尼转矩可以是：
400N＊0.18＊0.045/2＝1.6Nm
(假定COF为0.18，轴衬直径为45mm)。
由于弹簧转矩被阻尼转矩减小，所以张紧器跨距T2程度较低的绷紧以及较小的势能用于使张紧器臂朝负载止挡运动，其中张紧器臂朝负载止挡运动使皮带在其它跨距中松弛，从而引起皮带打滑噪音。
图6是示出对于使用各种轴衬材料的隔离器的动态阻尼测量的图表。各轴衬2和6可包括相同的材料或具有不同的材料，以便为特定的应用调节预期的COF。阻尼的滞后性在对于各种轴衬材料的动态阻尼测量中示出。材料包括Arlen 4200(A)、Lubriloy RL(B)、和Oiles(C)。图表将以牛顿为单位的力与相对位移进行比较。
图7是可替换实施例的分解图。在该替代的实施例1000中，弹性构件400可包括诸如合成橡胶或天然橡胶的聚合物。
该实施例还可以是包括协作的凸轮的阻尼机构系统，所述凸轮用于将皮带轮相对于轮毂的旋转运动转换成凸轮的与旋转轴线A-A平行的线性运动。线性运动作用在贝氏(Belleville)垫圈(或盘簧)，以形成弹性阻尼机构。
更具体地，凸轮构件301压配合到皮带轮300中。凸轮构件301包括凸轮表面302。凸轮表面302具有近似正弦形式的表面轮廓。密封件101、密封件802和防尘罩800防止碎屑进入隔离器。
凸轮构件501包括凸轮表面502。凸轮表面502具有近似正弦形式的表面轮廓。
在凸轮构件301与凸轮构件501之间设置有滚柱轴承601。滚柱轴承601有利于凸轮构件301与501之间的相对运动。
弹簧400包括贝氏垫圈。垫圈400被压在轮毂500的凸缘503与凸轮构件501之间。可并联或串联地安装垫圈400。垫圈400在图8中示出为串联的。盘簧可代替贝氏垫圈。在弹簧400与凸缘503之间设置有平钢垫圈，以防止弹簧400磨损凸缘503。
部件900为轴衬或轴承并设置在凸轮构件301与轮毂500之间。部件900允许凸轮构件301相对于轮毂500自由进行旋转运动，同时提供凸轮构件301与轮毂500之间的摩擦阻尼。轴衬900可包括任何合适的材料，包括在图6中所描述的材料，或者可包括滚珠轴承。
孔505接合副件轴(未示出)。滚柱轴承200与皮带轮300的内表面接合。滚柱轴承200设置在凸轮构件301与锁定环100之间。滚柱轴承200有利于凸轮构件301与锁定环100之间的相对运动。轴衬900通过与锁定环100的摩擦接合来阻尼凸轮构件301(从而皮带轮300)的振荡运动。
轴衬250与皮带轮300的内表面接合。轴衬250滑动地接合凸轮构件501。
在运转中，垫圈400被压在凸缘503与凸轮构件501之间。表面302与502协作的轮廓使隔离器具有弹性力最小的位置。当转矩施加至皮带轮时，表面302与503相对于彼此旋转，以便由于正弦轮廓引起沿轴线A-A的线性运动。这使弹簧400被压在凸缘503与凸轮构件501之间。垫圈400的加压增大皮带轮与轮毂之间的弹性力。
图8是图7中的可替换实施例的横截面图。通过COF与轮毂负载产生的阻尼的量应使得在起动或停止期间将皮带打滑限制在10％或更低。阻尼在发动机起动和停止期间是有用的，而弹簧在发动机空转期间是有用的，由于它能够减弱皮带轮振动和减小转子运动。
尽管在此已描述了本发明的形式，但对于本领域的技术人员明显的是，在不偏离本发明此处描述的精神和范围的情况下，可在部件的结构和关系中作出变化。

Claims (6)

1.一种隔离器，包括：
轮毂；
皮带轮，其通过用于瞬间旋转运动的轴衬与所述轮毂摩擦接合，所述轴衬与所述轮毂具有摩擦系数；
弹性构件，该弹性构件被压在所述皮带轮的凸缘与所述轮毂的凸缘之间，以便传递转矩；
锁定构件，其用于将所述皮带轮保持在所述轮毂上；
具有第一凸轮表面的第一凸轮构件，该第一凸轮构件固定到所述皮带轮上；
具有第二凸轮表面的第二凸轮构件，该第二凸轮构件与所述第一凸轮构件滑动地接合；
所述第一凸轮构件与所述第二凸轮构件挤压地接合在所述弹性构件与所述轮毂之间；
其特征在于：第一凸轮表面具有近似正弦形式的表面轮廓，第二凸轮表面具有近似正弦形式的表面轮廓。
2.根据权利要求1所述的隔离器，其中，所述弹性构件包括贝氏垫圈。
3.根据权利要求1所述的隔离器，其中，所述弹性构件包括扭转弹簧。
4.根据权利要求1所述的隔离器，还包括设置在第一凸轮表面与第二凸轮表面之间的滚柱轴承。
5.根据权利要求1所述的隔离器，还包括设置在所述皮带轮与所述轮毂之间用于阻尼皮带轮振动的阻尼构件。
6.一种皮带传动系统，包括：
发动机曲轴皮带轮；
由皮带驱动的附件，所述皮带牵拉在所述曲轴皮带轮与附件皮带轮之间；
根据权利要求1-5中任一项所述的隔离器，该隔离器与所述附件皮带轮接合，
隔离器的轮毂接合至所述附件。
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