CN102966422A - 剪切增稠液汽车风扇离合器 - Google Patents

Abstract

剪切增稠液汽车风扇离合器。剪切增稠液是一种粘度可随外界剪切速率改变的功能材料。这种材料在常态下柔软，当遇到高速的冲击或剪切时，材料变得坚硬。当外力消失后，材料又重新恢复到柔软状态。把剪切增稠液作为传动介质，其初始粘度低，有利于剪切增稠液的循环，防止剪切增稠液温度升高。而当剪切增稠液到达工作面时，粘度瞬间增大，变为类固体，使得主动板带动从动板做功，带动风扇转动。基于此特性设计的汽车风扇离合器无需外源控制，功耗低，结构简单，响应迅速，易于控制。把工作腔设计成漏斗形，有利于剪切增稠液的循环，可进一步降低工作腔温度。剪切增稠液在工作腔转动时能形成类固体状态，这大大提高了汽车风扇离合器的传动效率。

Description

剪切增稠液汽车风扇离合器

技术领域

本发明涉及一种汽车风扇离合器，特别是指利用剪切增稠材料由柔性到刚性的可逆转变来控制汽车风扇离合器中的主动件与被动件之间的离合器件。

 

背景技术

现代汽车已成为人们生产、生活不可缺少的交通工具，随着汽车与人类生活的关系越来越密切以及整个社会对节能环保意识和成本意识的提高，人们对汽车性能的要求也越来越高。自1973 年发生世界性石油危机后，汽车燃油消耗成为受人关注的问题。车辆设计者一直在不断努力地通过各种新技术来达到节能、环保、降噪、降低成本等目的。

现有的汽车发动机风扇离合器主要是硅油风扇离合器与电磁风扇离合器，由于硅油在运行过程中的阻尼大，不利于硅油的循环，导致硅油温度升高，从而降低硅油的粘度，而当硅油粘度太低时，不能有效地带动从动板，传动效率降低。电磁风扇离合器是通过电磁耦合传动来实现，虽然具有柔性转动较好的特点，但还存在因输出转速低于输入转速而形成较大的转速差，导致传动效率低并造成电磁风扇离合器工作温度过高而降低了使用寿命。专利CN201020160461.2通过加入了智能控制装置来改善输出转速与输入转速的同步性，可以降低工作温度，但是无法解决电磁汽车风扇离合器传动效率低的缺陷。

为了改善现有硅油汽车风扇离合器和电磁汽车风扇离合器所存在的缺陷，专利CN 95229119.3和专利CN201010107312.4分别采用电流变液和磁流变液这两种新型智能材料作为传动介质设计了汽车风扇离合器。但目前电流变液体所能得到的屈服应力一般不超过10kPa，传动效率低，且电流变液汽车风扇离合器和磁流变液汽车风扇离合器分别需要复杂的电路设计和磁路设计做支撑，因此结构复杂，功耗高。

为了解决上述问题，本发明提供一种剪切增稠液汽车风扇离合器。剪切增稠液是一种粘度可随外界剪切速率改变的功能材料。这种材料在常态下如流体一样柔软，当遇到高速的冲击或剪切时，材料变得坚硬。当外力消失后，材料又重新恢复到柔软状态。把剪切增稠液作为传动介质，其初始粘度低，在运行过程中的无用阻尼小，这就有利于剪切增稠液的循环，防止剪切增稠液温度升高。而当剪切增稠液到达工作面时，粘度瞬间增大，变为类固体，使得主动板带动从动板做功，从而带动风扇转动。

基于这一特性设计的汽车风扇离合器无需外源控制，功耗低，结构简单，响应迅速，易于控制，通过改性、配方调整可以设计不同临界剪切速率和不同增稠幅值的剪切增稠液，由于剪切增稠液在工作腔转动时能形成类固体状态，从而大大提高了汽车风扇离合器的传动效率。

发明内容

本发明提供一种剪切增稠液汽车风扇离合器，与其他汽车风扇离合器相比，这种汽车风扇离合器利用剪切增稠液从柔性到刚性的可逆转变来实现主动件与从动件之间的离合。

附图1为本发明剪切增稠液汽车风扇离合器的结构示意图，附图2为剪切增稠液汽车风扇离合器的工作原理图，现根据附图1、附图2对本发明剪切增稠液汽车风扇离合器的结构说明如下：

剪切增稠液风扇离合器由前盖、壳体、主动板、从动板、阀片、主动轴、双金属感温器、阀片轴、轴承、风扇等组成。 

前盖、壳体和从动板用螺钉组成一体，通过轴承装在主动轴上。风扇装在壳体上。从动板与前盖之间的空腔为贮液腔，其内装有剪切增稠液（液面低于轴中心线），从动板与壳体之间的空腔为工作腔。主动板与主动轴固定连接，主动轴与水泵轴连接。从动板上有进液孔，在常态下阀片关闭，若偏转阀片，则进液孔即可打开。阀片的偏转由螺旋双金属感温器控制，从动板上有凸台限制阀片最大偏转角。双金属感温器的外端固定在前盖上，内端卡在阀片轴的槽内。从动板外缘有回液孔，中心有漏液孔，以防静态时从阀片轴周围泄漏剪切增稠液。 

剪切增稠液汽车风扇离合器的工作原理是：当发动机冷起动或在小负荷下工作时，冷却水及通过散热器的气流温度不高，进液孔被阀片关闭，工作腔内无剪切增稠液，离合器处于分离状态。主动轴转动时，仅仅由于密封圈和轴承的摩擦，使风扇随同壳体在主动轴上空转打滑，转速极低。 当发动机负荷增加时，冷却液和通过散热器的气流温度随之升高，感温器受热变形从而带动阀片轴及阀片转动。当流经感温器的气流温度超过设定温度时，进液孔被完全打开，剪切增稠液从贮液腔进入工作腔，在离心力的作用下，剪切增稠液从工作腔中心向四周扩散，主动板与从动板之间的相对线速度随着径向半径的增大而增大，剪切增稠液所受的剪切力也随着径向半径的增大而增大，因此主动板边缘的剪切增稠液将变得十分粘稠，成为类固体，主动板即可利用剪切增稠液的高粘性带动壳体和风扇转动，此时风扇离合器处于接合状态，风扇转速迅速提高。为不使工作腔中的剪切增稠液温度过高，粘度下降，设置冷却循环系统使剪切增稠液在壳体内不断循环。由于主动板转速高于从动板，因此受离心力作用从主动板甩向工作腔外缘的压力比贮液腔外缘的压力高，剪切增稠液从工作腔经回液孔流向贮液腔，贮液腔再经进液孔及时向工作腔补充剪切增稠液。为使剪切增稠液从工作腔流回贮液腔的速度加快，缩短风扇脱开时间，在从动板的回液孔旁，有一个刮液突起伸入工作腔缝隙内。剪切增稠液最后到达工作腔边缘，这时剪切增稠液脱离主动板，剪切增稠液剪切力减小，又变为低粘度液态，在离心力的作用下剪切增稠液从泄液孔进入储液腔。

本发明与现有技术相比，具有以下显著特点和积极效果：

1. 采用剪切增稠液这种智能材料的由柔性到刚性可逆转变来控制风扇与皮带轮的自动离合，无需外源控制，降低能耗，响应迅速，灵敏度高。

2. 剪切增稠液在剪切力作用下，在达到临界剪切速率后可变为类固体，因此传动动力较普通的硅油风扇离合器和电磁风扇离合器大，传动效率高。

3. 采用剪切增稠液作为传动材料，只需通过改性、配方调整来设计不同临界剪切速率和不同增稠幅值的剪切增稠液，从而省去了电流变液、磁流变液汽车风扇离合器中复杂的电路、磁路设计，结构简单，工作可靠，而且易于控制。

4. 采用剪切增稠液作为传动材料，材料粘度只是在工作面变稠，在非工作面材料粘度很稀，这不但使得风扇离合器可以及时得到所需要的驱动力矩，而且有利于加快剪切增稠液的循环，及时进行冷却，减少不必要的阻尼。

附图说明

附图1为本发明剪切增稠液汽车风扇离合器的结构示意图。其中1为联接螺钉，2为前盖，3为密封圈，4为双金属感温器，5为阀片传动销，6为阀片，7为主动板，8为从动板，9为壳体，10为轴承。11为主动轴，12为锁止板，13为固定螺栓，14为锁止螺钉，15为风扇，27为进液孔，28为回液孔，29为泄液孔。

附图2为剪切增稠液汽车风扇离合器的工作原理图。其中16为风扇外壳，17为密封圈，它固定在外壳16上，18为主动板，19为轴承，20为主动轴，21为工作腔，22控制阀，23为剪切增稠液，24为储液腔，25为从动板，26为氮气。

具体实施方式

当发动机冷起动或在小负荷下工作时，冷却水及通过散热器的气流温度不高，双金属感温器4没有动作，进液孔27被阀片6、22关闭，工作腔21内无剪切增稠液23，离合器处于分离状态。主动轴11、20转动时，仅仅由于密封圈3、17和轴承10、19的摩擦，使风扇15、16随同壳体在主动轴10、19上空转打滑，转速极低。 

　　当发动机负荷增加时，冷却液和通过散热器的气流温度随之升高，感温器4受热变形而带动阀片轴及阀片6、22转动。当流经感温器的气流温度超过设定温度时，进液孔27被完全打开，于是剪切增稠液23从贮液腔24进入工作腔21，在离心力的作用下，剪切增稠液23从工作腔21中心向四周扩散，主动板7、18与从动板8、25之间的相对线速度随着径向半径的增大而增大，从而剪切增稠液23所受的剪切力随之增大，剪切增稠液23将变得十分粘稠，主动板7、18即可利用剪切增稠液23的粘性带动从动板8、25及壳体9和风扇15、16转动。此时风扇离合器处于接合状态，风扇15、16转速迅速提高。剪切增稠液23最后到达工作腔边缘，这时剪切增稠液23脱离主动板7、18，剪切增稠液23剪切力减少，剪切增稠液23又变为低粘度液态，在离心力的作用下剪切增稠液23从泄液孔29进入储液腔24。

为不使工作腔中的剪切增稠液23温度过高，粘度下降，使剪切增稠液23在壳体内不断循环。由于主动板7、18转速高于从动板8、25，因此受离心力作用从主动板7、18甩向工作腔外缘的压力比贮液腔24外缘的压力高，剪切增稠液23从工作腔21经回液孔28流向贮液腔24，而贮液腔24又经进液孔27及时向工作腔21补充剪切增稠液23。为使剪切增稠液23从工作腔21流回贮液腔24的速度加快，缩短风扇15、16脱开时间，在从动板8、25的回液孔28旁，有一个刮液突起部伸入工作腔21缝隙内 。为了保护剪切增稠液23不被氧化，在工作腔21、储液腔24中充入氮气26。为了加快剪切增稠液23的循环，工作腔21设计成下面窄上面宽的漏斗形。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施方式，不应被视为对本发明范围的限制，而且本发明所主张的权利要求范围并不局限于此，凡熟悉此领域技术的人士，依照本发明所披露的技术内容，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种剪切增稠液汽车风扇离合器，其特征在于风扇外壳16上固定密封圈17，主动板 18固定连接在主动轴20上  ，主动轴20和风扇外壳16通过轴承19连接，从动板25与风扇外壳16固定连接，外壳16,密封圈17,主动板18,从动板25,控制阀22组成工作腔21，外壳16，从动板25，控制阀22 组成储液腔24，工作腔21、储液腔24中充有剪切增稠液23，以及氮气26。

2.根据权利要求1所述的剪切增稠液汽车风扇离合器，其特征在于主动板18与从动板25之间加入剪切增稠液23，通过主动板18与从动板25之间的转速差来产生剪切力，通过剪切力的作用，使得剪切增稠液23由低粘度转变为高粘度，形成类固体，从而带动风扇16的转动。

3.根据权利要求1所述的剪切增稠液汽车风扇离合器，其特征在于密封圈17与风扇外壳16固定，密封圈16构成工作腔21的最外缘。

4.根据权利要求1所述的剪切增稠液汽车风扇离合器，其特征在于工作腔设计成中心窄周围宽的漏斗形。

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