CN102985716A - 超速解耦器 - Google Patents

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Abstract

一种解耦器，具有输入构件、输出构件以及将所述输入构件和输出构件进行联接的单向离合器及扭转隔离器的组合。该单向离合器及扭转隔离器的组合包括单个螺旋线圈弹簧。该解耦器设计成对于通过该解耦器传递的一定范围内的扭矩提供扭转缓冲，该范围包括所述解耦器的最大额定扭矩。

Description

超速解耦器
技术领域
本发明总体上涉及一种传动系统，在该传动系统中，旋转动力在旋转动力源和一个或多个从动部件之间传递，并且采用超速解耦器以缓冲从旋转动力源传递至从动部件的扭转负载中的波动，并且允许一个或多个传动部件与旋转动力源解耦或重新耦接以减少或消除由于旋转动力源相对于从动部件的加速或减速而导致出现的扭转负载。更具体地，本公开涉及一种用于抑制超速解耦器中的共振状态的方法。
背景技术
已知在传动系统中设置超速解耦器以允许该传动系统中的一个或多个从动部件解耦，以减少或消除由于旋转动力源相对于从动部件的加速或减速而导致出现的扭转负载。在序列号为No.10/519,591、10/542,625、10/572,128和10/581,097的美国专利申请中公开了示例性超速解耦器，并且该超速解耦器采用了位于解耦器输入构件和解耦器输出构件之间的扭转弹性的联接器。虽然这种设备适合用于它们预期的目的，但本领域仍需要改良的解耦器。
发明内容
该部分提供本公开的总体概述，而并非其全部范围或所有特征的全面公开。
在一个形式中，本教导提供一种解耦器，其包括第一传动构件、第二传动构件以及单向离合器及扭转减震器。该第一传动构件构造成联接至轴并且包括绕解耦器的旋转轴线圆周地延伸并且沿着该解耦器的旋转轴线轴向地延伸的第一传动表面。该第二传动构件具有动力传递部和第二传动表面。该动力传递部构造成将旋转输入接收到所述解耦器或传递来自所述解耦器的旋转输出。第二传动表面联接至动力传递部，以绕解耦器的旋转轴线共同旋转。第二传动表面绕解耦器的旋转轴线圆周地延伸并且沿着该解耦器的旋转轴线轴向地延伸。单向离合器及扭转减震器由单个螺旋线圈弹簧形成，该单个螺旋线圈弹簧绕解耦器的旋转轴线同轴地布置在第一传动构件与第二传动构件之间。
在另一形式中，本教导提供一种解耦器，具有输入构件、输出构件以及将所述输入构件和输出构件进行联接的单向离合器及扭转减震器的组合。该单向离合器及扭转减震器的组合包括单个螺旋线圈弹簧。
通过在此提供的说明，其它应用领域将变得显而易见。在该发明内容部分中的说明和具体实例仅用作示意性目的，不作为对本公开的范围的限制。
附图说明
在此描述的附图仅用作示意性目的，不应以任何方式限制本公开的范围。在所有多幅附图中，相似或相同的元件被赋予一致的标号。
图1为结合了根据本公开的教导构造的解耦器的示例性发动机和前部配件传动系统的示意图，该解耦器布置在环形动力传递元件与从动设备的输入之间；
图2为结合了根据本公开的教导构造的解耦器的示例性发动机和前部配件传动系统的示意图，该解耦器布置在发动机的输出与环形动力传递元件之间；
图3为在图1中示意性地描绘的解耦器的纵剖视图；
图4为在图1中示意性地描绘的解耦器的分解立体纵剖视图；
图5为与图3相似的视图，但将解耦器描绘为采用渐缩形的第一和第二传动表面；以及
图6为描绘单向离合器、具有柔性接合的单向离合器以及解耦器的扭转负载随传动结构相对于第一传动构件的旋转角变化的曲线。
在所有附图中，相应地参考标号指代相应的零件。
具体实施方式
参照图1，根据本公开的教导构造的超速解耦器总体由参考标号10指代。示出的该具体的超速解耦器10特别适合用于从旋转动力源（例如发动机或变速器）采用环形动力传递元件16（例如带或链）的传动系统14中的从动设备12（例如交流发电机或增压器）。本领域的技术人员应当理解，超速解耦器10可构造为用于另一类型的传动系统（例如，采用齿轮的传动系统）并且/或者该超速解耦器10可被用于从传动轴20向传动系统传递旋转动力，如图2中所示。相应地，应当理解，本公开的教导能够应用于曲柄轴解耦器，其与在序列号为No.10/572,128和10/542,625的美国专利申请中公开的类似，上述申请中的公开内容通过参引并入本文，如同在此进行详细阐释一样。
参照图3和4，解耦器10能够包括第一传动构件30、第二传动构件32、轴承元件32、单向离合器及扭转减震器36、管状罩38和润滑剂40。
第一传动构件30能够构造为联接以与从动设备12（图1）的轴12a一起旋转。在提供的具体实例中，第一传动构件30呈大致杯形，其具有环形端壁50、圆周延伸的侧壁52以及第一和第二肩部54、56。该环形端壁50能够具有穿过其间形成的轴孔58，用于接收轴12a。环形端壁50能够抵靠于轴12a上形成的肩部12b，并且，如果需要，能够在肩部12b和环形端壁50之间布置间隔垫圈60。圆周延伸的侧壁52能够为能够远离环形端壁50地轴向延伸的大体管状的结构。该圆周延伸的侧壁52能够限定第一传动表面64，该第一传动表面64绕解耦器10的旋转轴线68圆周地延伸并且沿解耦器10的旋转轴线68轴向地延伸。在提供的具体实例中，第一传动表面64由在它的整个长度上恒定的半径限定（即，第一传动表面64形成为直圆柱体的外部圆柱表面），但应当理解，第一传动表面64可由不同的方式构造（例如，在它的整个或一部分长度上渐缩，以随着距环形端壁50的距离渐减而朝着旋转轴线68会聚，如图5中所示）。第一和第二肩部54和56能够以任何方便的位置彼此在轴向上间隔开。在提供的具体实例中，第一肩部54由形成于圆周延伸的侧壁52和环形端壁50中的凹部限定，而第二肩部56由圆周延伸的侧壁52的末端限定。然而，应当理解，可采用单个的肩部代替在提供的具体实例中描绘的两个肩部，并且/或者可不需要采用一个或多个专门形成的凹部。
第二传动构件32能够包括传动结构70和保持器72，将在下文中更详细地讨论。传动结构70能够包括动力传递部74以及杯形结构76，杯形结构76能够限定第二传动表面84和环形端部构件86。动力传递部74能够构造为根据解耦器10正在被如何使用而将旋转输入接收到解耦器10或传递来自该解耦器10的旋转输出。在提供的具体实例中，动力传递部74构造为接合环形动力传递元件16（图1）以将旋转动力从该环形动力传递元件16（图1）输入至解耦器10。动力传递部74能够与第一传动构件30的整体或一部分在轴向上重叠。杯形结构76能够固定地联接至动力传递部74以使得第二传动表面84布置在动力传递部74和环形端部构件86之间。第二传动表面84能够由杯形结构76的内圆周表面限定，并且在提供的具体实例中，第二传动表面84由在它的整个长度上恒定的半径限定（即，第二传动表面84形成为直圆柱体的外部圆柱表面）。然而，应当理解，第二传动表面84可由不同的方式构造（例如，在它的整个或一部分长度上渐缩，以随着距环形端壁50的距离渐减而朝着旋转轴线68会聚，如图5中所示）。环形端部构件86能够朝着旋转轴向68径向向内延伸。
轴承元件34能够在径向上布置在第一传动构件30与第二传动构件32之间以允许第一传动构件30与第二传动构件32之间的相对旋转。在提供的具体实例中，轴承元件34为装配至第一传动构件30的外圆周表面90和动力传递部74的内圆周表面的衬套，并且该衬套具有分别抵靠于第一和第二肩部54和56的肩部94和96，以将轴承元件34保持在相对于第一传动构件30的期望的轴向定向处。虽然在此已将轴承元件34示出并描述为衬套，但应当理解，可以除了衬套之外附加地采用包括滚珠轴承和滚柱轴承在内的其他类型的轴承元件，或者采用这些其他类型的轴承元件代替该衬套。
单向离合器及扭转减震器36能够包括单个螺旋线圈弹簧100，该单个螺旋线圈弹簧100能够具有第一端部120、第二端部104以及能够布置在第一和第二端部102、104之间的中间部106。该单个螺旋线圈弹簧100能够包括多个线圈108，线圈108由能够适当成形的线材形成，例如横截面为具有平坦或稍微外凸的外表面的大体正方形或矩形形状的线材。该单个螺旋线圈弹簧100能够在轴向上被局限在环形端壁50和环形端部构件86之间。
第一端部102的线圈108能够传动地接合第一传动表面64，第二端部104的线圈108能够传动地接合第二传动表面84。在提供的具体实例中，第一和第二端部102和104的线圈108分别与第一和第二传动表面64和84呈干涉配合。中间部106的线圈108在正常情况下能够与第一和第二传动表面64和84分开（即，当不通过解耦器10传递负载时），并且能够构造为响应于通过解耦器10传递的扭矩的量值的变化而扩张和收缩。关于这点，中间部106的线圈108的至少一部分构造成当通过解耦器10传递的扭矩的量值小于预定的最大值时保持与第一传动表面64和第二传动表面84脱离接触。
保持器72能够构造为将第二传动构件32保持至第一传动构件30并限制第一传动构件32离开第一传动构件30的运动。保持器72能够为单独的垫圈状部件，其能够绕环形端壁50装配，抵靠于轴承元件34上相关的一个肩部94，并固定地联接至动力传递部74。在提供的具体实例中，动力传递部74包括凹槽110，保持器72被接收于该凹槽110之中，并且，形成于动力传递部74上的唇缘112能够被弯（swaged）到保持器72上以抑制保持器72从凹槽110沿径向向外的方向运动。动力传递部74与杯形结构76之间的过渡区114能够呈环形表面116，该环形表面116抵靠于轴承元件34上的相对的一个肩部96，但应当理解，在替代性方案中可采用内部肋或卡环来限制第二传动构件32朝着第一传动构件30运动。
管状罩38能够被接收于第一和第二传动构件30和32以及单个螺旋线圈弹簧100中。管状罩38能够由适合的材料形成，例如金属或塑料，并且能够根据期望由轴12a、第一传动构件30和/或第二传动构件70支撑。在提供的具体实例中，管状罩38包括联接颈130和管状本体132，联接颈130构造成以卡扣配合的方式接合环形端部构件86，管状本体132能够从联接颈130延伸至容纳有单个螺旋线圈弹簧100的腔中。管状本体132的与联接颈130相对的端部能够接合（例如，以滑动配合或压配合的方式）轴保持螺母140，该轴保持螺母140能够螺纹地接合至轴12a以将第一传动构件30固定地联接至（图1）。应当理解，联接颈130可以其他方式联接至环形端部构件86，包括以压配合连接或螺纹连接的方式。
润滑剂40能够为任何类型的润滑材料，例如适合的油脂、膏体或“干”润滑材料。应当理解，可采用其他类型的润滑剂，例如油（例如，传统的油、合成油、牵引液）并且在这种情形中，会需要或期望密封件。另外或替代性地，形成单个螺旋线圈弹簧100的线材可涂有耐磨和/或润滑材料。
单个螺旋线圈弹簧100能够被卷绕成使得当旋转动力输入至解耦器10时，该单个螺旋线圈弹簧100径向地松开或扩张。在提供的具体实例中，在单个螺旋线圈弹簧100的第二端部104与第二传动表面84之间的摩擦接触向单个螺旋线圈弹簧100施加扭矩，该扭矩使得单个螺旋线圈弹簧100松开，这能够将单个螺旋线圈弹簧100的第一和第二端部102和104分别传动地接合至第一和第二传动表面64和84。如上文指出的，单个螺旋线圈弹簧100的中间部106所松开的量取决于通过解耦器10传递的扭矩的量值，但当通过解耦器10传递预定最大值扭矩时，中间部106的线圈108的至少一部分保持与第一传动表面64或第二传动表面84分开，或者与第一传动表面64和第二传动表面84都分开，以使得允许单个螺旋线圈弹簧100缓冲扭转振动，否则该扭转振动将通过解耦器10传递。换言之，单个螺旋线圈弹簧100的中间部106对于通过解耦器10传递的一定范围内的扭矩提供扭转缓冲，该扭矩的范围包括该解耦器的最大额定的扭矩能力。应当理解，由于螺旋线圈弹簧100的中间部106的松开（这允许线圈108接触第一和第二传动表面64和84），解耦器10的扭矩输送能力随着通过解耦器10传递的扭矩的量的增加而增加。螺旋线圈弹簧100的中间部106的松开还与螺旋线圈弹簧100的弹簧刚度系数的增加相关。
单个螺旋线圈弹簧100还构造成与第一和第二传动表面64和84一起操作，作为单向离合器，其允许第一传动构件30相对于第二传动构件32超速。在提供的具体实例中，当第一传动构件30的旋转加速度大于第二传动构件32的旋转加速度时，单个螺旋线圈弹簧100的第一端部102与第一传动表面64之间的摩擦接触向单个螺旋线圈弹簧100施加扭矩，该扭矩使得该单个螺旋线圈弹簧100卷绕地更紧。如果单个螺旋线圈弹簧100的卷绕足够大，该单个螺旋线圈弹簧100的第一端部102能够与第一传动表面64分开一定程度，该程度允许第一传动构件30相对于单个螺旋线圈弹簧100的第一端部102旋转，因而允许第一传动构件30相对于第二传动构件32超速。
应当理解，由于单个螺旋线圈弹簧100的中间部106的至少一部分在解耦器10的操作期间既不与第一传动表面64接合，也不与第二传动表面84接合，所以单个螺旋线圈弹簧100必须整体地或部分地（即，包括中间部106的部分）被设计成不仅输送等于或超过预定峰值传动扭矩（即，额定最大扭矩能力）的负载，并且还将包括从动设备12（图1）的系统的固有频率调节为低于用作旋转动力源18（图1）的内燃发动机的点火频率。
例如，在750rpm的怠速下运转的典型的四缸、四冲程内燃发动机将具有25Hz的点火频率。通过将恰当地构造的弹簧元件设置在解耦器10的输入与从动设备12（图1）的输入之间，包括从动设备12（图1）的系统的固有频率能够被设置为低于发动机的点火频率的点，因而防止该系统中的共振（否则，将因为发动机的怠速而发生共振）。将该系统的固有频率设置为低于发动机点火频率的点的一个方法涉及使用安全系数。该安全系数可为介于0到1之间的数字，例如，介于0.88至0.48之间，该安全系数将与发动机点火频率相乘以提供该系统的目标固有频率（fn）。然而，应当理解，可采用其他技术来产生安全系数，例如将发动机点火频率减去某个值，例如，减去某个预定常数，来获得该系统的目标固有频率（fn）。
能够采用该系统的目标固有频率（fn）来确定单个螺旋线圈弹簧100的有关部分的弹簧刚度系数（k）。确定弹簧刚度系数的一个方法采用下面的公式：
k=（2πfn)2J
其中：
k=单个螺旋线圈弹簧100的有关部分的扭转弹簧刚度（Nm/rad）；
fn=目标固有频率（Hz）；以及
J=从动设备12（图1）的惯性（kgm2）。
对本领域技术人员而言显而易见的是，可将单个螺旋线圈弹簧100的有关部分的扭转弹簧刚度用于整个单个螺旋线圈弹簧100，并且，中间部106的长度可被定尺寸成恰当地确保该中间部106将在第一传动构件30与第二传动构件32之间保持扭转弹性。
参照图6，描绘了几条曲线以将解耦器10（图1）的运转与两种类型的仅具有单向离合器的带轮（这些其他类型的带轮可代替图1中示出的解耦器10）的运转进行对比。这些曲线描绘了当预定负载被施加到从动设备12（图1）上时的解耦器10（图1）和两个其他类型的带轮。更具体地，这些曲线表明，单向离合器的扭转负载、带有柔性接合的单向离合器的扭转负载、以及解耦器的扭转负载随传动结构70（图3）相对于第一传动构件30（图3）的旋转角变化的曲线。
另外结合图1和3，曲线500示出：当通过解耦器10传递的扭转足以驱动从动设备12上的预定负载时、在该解耦器10的运转期间，第一传动构件30相对于第二传动构件32的显著的旋转。相反，曲线502示出与解耦器10构造相似的设备，但该设备采用不包括中间部并且不与从动设备12的惯性相协调的单个螺旋线圈弹簧。在该情形中，该单个螺旋线圈弹簧通常将响应于离合器输入和输出构件之间的非常小的角位移（例如，0.2度）而锁定。曲线504描绘了与前面的实例的设备构造相似的另一设备，但不同在于，该单个螺旋线圈弹簧包括中间部但不与从动设备12的惯性相协调。在该情形中，该单个螺旋线圈弹簧通常将响应于离合器输入和输出构件之间的非常小的角位移而锁定。
应当理解，上文的说明本质上仅仅是示意性的，不用作对本公开、及其应用或用途的限制。虽然在说明书中已经描述并在附图中已经示出了具体的实例，但本领域那些一般技术人员应当理解，在不背离本公开在权利要求中所限定的范围的前提下，可做出多种改变并且可用对等物替换其元件。此外，在此明确地考虑了多种实例之间的特征、元件和/或功能的混合和配合，使得本领域的一般技术人员将从本公开中理解到，除非另有描述，否则一个实例的特征、元件和/或功能可酌情结合至另一实例。而且，可在不背离本公开的本质范围的情况下，做出许多变型以使得具体的情形或材料适应于本公开。因此，本公开应不局限于在附图中描绘并在说明书中描述的、作为目前认为实施本公开教导的最佳模型的具体实例，而是本公开的范围将包括落入前面的说明以及附加的权利要求的范围中的任何的实施方式。
元件列表
Figure BDA00002632631100081
Figure BDA00002632631100091

Claims (21)

1.一种解耦器，包括：
适于联接至轴的第一传动构件，所述第一传动构件包括绕所述解耦器的旋转轴线圆周地延伸并且沿着所述解耦器的旋转轴线轴向地延伸的第一传动表面；
具有动力传递部和第二传动表面的第二传动构件，所述动力传递部构造成将旋转输入接收到所述解耦器或传递来自所述解耦器的旋转输出，所述第二传动表面联接至所述动力传递部以绕所述解耦器的旋转轴线共同旋转，所述第二传动表面绕所述解耦器的旋转轴线圆周地延伸并且沿着所述解耦器的旋转轴线轴向地延伸；以及
由单个螺旋线圈弹簧形成的单向离合器及扭转减震器，所述单个螺旋线圈弹簧绕所述解耦器的旋转轴线同轴地布置在所述第一传动构件和所述第二传动构件之间，其中，所述单个螺旋线圈弹簧构造成对于通过所述解耦器传递的一定范围的扭矩提供扭转缓冲，所述扭矩的范围包括所述解耦器的额定最大扭矩能力。
2.根据权利要求1所述的解耦器，其中，所述单个螺旋线圈弹簧包括抵靠于所述第一传动表面的第一端部、抵靠于所述第二传动表面的第二端部，以及位于所述第一端部和所述第二端部之间的中间部，所述中间部包括多个线圈，所述多个线圈构造成响应于通过所述解耦器传递的扭矩的量值的改变而扩张和收缩，所述线圈的至少一部分构造成当所述扭矩的量值小于预定最大扭矩时不与所述第一传动表面和所述第二传动表面接触。
3.根据权利要求1所述的解耦器，其中，所述动力传递部与所述第一传动表面的至少一部分在轴向上重叠。
4.根据权利要求3所述的解耦器，其中，轴承元件径向地布置在所述动力传动部与所述第一传动构件之间。
5.根据权利要求4所述的解耦器，其中，所述轴承元件为衬套。
6.根据权利要求5所述的解耦器，其中，所述第一传动构件具有一对在轴向上间隔开的肩部，所述肩部与形成于所述衬套上的肩部配合，以抑制所述衬套相对于所述第一传动构件的轴向运动。
7.根据权利要求6所述的解耦器，其中，所述第二传动构件包括抵接壁，所述抵接壁抵靠于所述衬套的肩部中的一个肩部，所述一个肩部位于与所述第一传动构件的相应的一个肩部相对的一侧。
8.根据权利要求7所述的解耦器，其中，所述第二传动构件还包括联接至所述动力传递部的保持器，所述保持器抵靠于所述衬套的肩部中的另一个肩部，所述另一个肩部位于与所述第一传动构件上的肩部中相关的一个肩部相对的一侧。
9.根据权利要求1所述的解耦器，其中，所述第一传动构件和所述第二传动构件包括径向延伸的壁构件，所述壁构件布置在所述单个螺旋线圈弹簧的相对的轴向两端。
10.根据权利要求1所述的解耦器，其中，管状罩设置在所述单个螺旋线圈弹簧的径向内侧。
11.根据权利要求10所述的解耦器，还包括轴保持螺母，所述轴保持螺母适于螺纹地接合至所述轴，所述轴保持螺母被接收在所述管状壳体中并接合所述管状壳体的径向内表面。
12.根据权利要求10所述的解耦器，其中，所述管状壳体卡扣配合至所述第二传动构件。
13.根据权利要求10所述的解耦器，还包括布置在所述第一传动表面和第二传动表面中的至少一个与所述单个螺旋线圈弹簧之间的润滑剂。
14.根据权利要求1所述的解耦器，其中，所述动力传递部构造为接合环形动力传递元件。
15.根据权利要求1所述的解耦器，其中，所述第一传动构件基本为杯形。
16.根据权利要求1所述的解耦器，其中，所述第二传动表面的至少一部分呈渐缩形。
17.根据权利要求16所述的解耦器，其中，所述第一传动表面的至少一部分呈渐缩形。
18.根据权利要求1所述的解耦器，其中，所述第一传动表面的至少一部分呈渐缩形。
19.一种解耦器，具有输入构件、输出构件以及将所述输入构件和输出构件进行联接的单向离合器及扭转隔离器的组合，所述单向离合器及扭转隔离器的组合包括单个螺旋线圈弹簧，其中，所述扭转隔离器对于通过所述解耦器传递的一定范围的扭矩是有效的，所述扭矩的范围包括所述解耦器的额定最大扭矩能力。
20.根据权利要求19所述的解耦器，其中，所述解耦器的扭矩能力和扭转弹簧刚度随着通过所述解耦器传递的扭矩的量朝预定最大扭矩增加而增加。
21.根据权利要求20所述的解耦器，其中，在所述预定最大扭矩下，所述单个螺旋线圈弹簧物理地受到约束以限制形成所述单个螺旋线圈弹簧的线材中的峰值应力。
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