CN103248168A - 汽车发动机越程交流发电机滚柱式单向离合解耦器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车发动机越程交流发电机滚柱式单向离合解耦器，主要包括滚柱式单向离合器模块和非线性扭转弹簧减振模块，当电机轮相对其轮毂加速时，离合器结合并将电机轮的旋转运动传递到离合器内环和扭转弹簧托架上，同时由扭转弹簧的扭矩力驱动电机轮轮毂和电机轴一同旋转；另一方面，当电机轮相对其轮毂减速时，离合器分离并允许离合器内环、扭转弹簧托架、电机轮轮毂和电机轴超越电机轮而自由旋转。本发明所提供的解耦器具有单向离合、缓冲冲击、传动平稳、装配与拆卸方便、托架使用寿命长等优点。

Description

汽车发动机越程交流发电机滚柱式单向离合解耦器

 

技术领域

本发明属于汽车发动机前端附件驱动系统的部件，具体涉及一种具有单向离合及减振作用的越程交流发电机滚柱式单向离合解耦器。

背景技术

随着国家相关法规对汽车的节能减排，以及人们对汽车舒适性要求的提高。单根多楔带附件驱动系统由于其结构紧凑、传递功率大、寿命长、振动和噪声小等优点，在发动机前端附件驱动(Front End Accessory Drive，简称FEAD)系统上得到了广泛的应用。FEAD系统通常由曲轴轮、多楔带、张紧器和若干从动轮(包括电机轮、空调压缩机轮、水泵轮等)组成，其动态特性包括：轮和张紧臂的旋转振动、带段的张力波动、带-轮之间的滑移等。

通常改善FEAD系统动态特性的比较简单、有效的方法，是增加张紧器的阻尼、或增加皮带的初始张力。但张紧器阻尼的增加，这对阻尼材料提出更高的性能要求，从而增加张紧器的制造成本；皮带初始张力的增加，可以提高两轮间带段的固有频率，避免各带段在发动机常用转速范围内发生共振；但同时也会减小皮带的使用寿命，且增大各轮的轮毂载荷，使轴承和轮轴产生疲劳失效。

FEAD系统中，发电机转子的惯量较大，而且其转速一般为曲轴转速的2-3倍。在FEAD系统运行时，从动轮中电机轮的旋转振动、带-电机轮之间的滑移率最大，从而带在电机轮上的磨损最大。因此，为了降低发电机转子的大惯量对FEAD系统旋转振动动态特性的影响，常在电机轮与其发电机转子之间安装单向离合器解耦器(Overrunning Alternator Decoupler，简称OAD) 。

OAD对减小FEAD系统动态特性的功用主要体现在：(1)当电机轮转速高于电机轴转速时，单向离合器结合并将电机轮旋转运动传递给电机轮轮毂，从而驱动电机轴旋转；(2)当电机轮转速低于电机轴转速时，单向离合器分离并允许电机轴超越电机轮而自由旋转。电机轮是通过扭转弹簧将扭矩传递到电机轴，从而驱动电机轴旋转。因此，匹配合适的扭转弹簧刚度，可以将大转动惯量发电机转子的振动与发动机前端附件驱动系统各个轮和皮带的振动解耦，从而减小电机轮的旋转振动、电机轮与带之间的打滑及电机轮对发动机前端附件驱动系统的影响。研究表明，发动机急加速或急减速工况下，OAD减小FEAD系统动态特性的作用更明显。

传统的OAD结构中，通常采用离合器螺旋弹簧外表面与电机轮内表面之间的摩擦力的大小来控制单向离合的结合和分离；离合器弹簧安装端、扭转弹簧安装端均内嵌于托架一侧。传统的OAD结构结构设计中：(1) 离合器弹簧扭矩力和扭转弹簧扭矩力同时作用于安装端，这将加速安装端的疲劳失效；(2) 离合器螺旋弹簧与电机轮之间的摩擦力将电机轮的旋转运动传递给轮毂，这种结构形式所能传递的扭矩力较小，且离合器螺旋弹簧外表面磨损后，弹簧不易拆卸、更换；(3) 离合器螺旋弹簧和扭转弹簧同时安装在托架内，这不仅给部件的加工设计和装配提出更高的工艺要求，而且在有限空间内限定了扭转弹簧的内径。通常，螺旋形扭转弹簧的簧丝截面积相同的情况下，扭转弹簧内径越小，弹簧扭转刚度越大，这不利于FEAD系统与电机转子间的隔振；(4) 目前OAD中采用的螺旋形扭转弹簧，节距相等、弹簧内径相同、簧丝各处的截面积一致，其扭转刚度为一常数。因此，传统的螺旋形扭转弹簧只能在较小的频率带宽内将大转动惯量发电机转子的振动与发动机前端附件驱动系统各个轮和皮带的振动解耦。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种汽车发动机越程交流发电机滚柱式单向离合解耦器，包括电机轮，所述的电机轮内设置有安装于电机轴上且支承电机轮的滚柱式单向离合器；滚柱式单向离合器的离合器内环与电机轴通过第一衬套相连；一托架由金属和塑料形成的复合件，该托架包括加强端和安装端，加强端为金属件与离合器内环用铰制孔螺钉连接，安装端采用塑料件并形成有螺旋形槽；电机轮轮毂固定地设置在电机轴上，其凸缘端的环形内表面设置有螺旋形槽；一非线性扭转弹簧轴向延伸于安装端的螺旋形槽和电机轮轮毂的凸缘端的螺旋形槽内，用于将托架的旋转运动传递到电机轮轮毂上；电机轮轮毂的凸缘与电机轮之间通过第二衬套相连。

进一步地，所述滚柱式单向离合器，其包括与电机轮同转速旋转的离合器外环、可相对电机轴旋转的离合器内环、设置在滚柱式单向离合器内部的滚柱、沿一个方向偏压滚柱的螺旋弹簧，离合器内环和离合器外环之间，设置有预定楔角的滚柱容纳部分，以及设置在离合器内环的螺旋弹簧容纳部分，滚柱位于滚柱容纳部分中并被螺旋弹簧向滚柱容纳部分中较窄的一侧推压。

进一步地，所述的滚柱容纳部分中，设置有润滑脂或润滑剂，以减小滚柱与离合器内环、离合器外环接触表面间的磨损；一密封盖固定安装在滚柱式单向离合器靠近发电机侧的凸缘上，用于防止污染物进入滚柱式离合器内部，并把润滑脂或润滑剂保持在离合器内。

进一步地，所述的第一衬套，其外表面与滚柱式离合器内环的内表面采用过盈配合装配在一起，第一衬套内表面与电机轴之间可以相对旋转，第一衬套采用耐磨耐腐蚀耐高温的特氟龙材料。

进一步地，所述的第二衬套，其内表面与电机轮凸缘采用过盈配合装配在一起，第二衬套外表面与电机轮之间可以相对运动，第二衬套采用耐磨耐腐蚀耐高温的特氟龙材料。

进一步地，所述的非线性扭转弹簧，其非线性扭转刚度可以通过改变簧丝截面积、节距和弹簧内径来调节。扭转弹簧采用非线性的扭转刚度，可以在较宽的频率带宽内将大转动惯量发电机转子的振动与发动机前端附件驱动系统各个轮和皮带的振动解耦。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一方面，当电机轮相对其电机轮轮毂加速时，离合器结合并将电机轮的旋转运动传递到离合器内环和扭转弹簧托架上，同时由扭转弹簧的扭矩力驱动电机轮轮毂和电机轴一同旋转；另一方面，当电机轮相对其电机轮轮毂减速时，离合器分离并允许离合器内环、扭转弹簧托架、电机轮轮毂和电机轴超越电机轮而自由旋转，本发明具有单向离合、缓冲冲击、传动平稳、装配与拆卸方便、托架使用寿命长等优点。

附图说明

附图1为某发动机前端附件驱动系统的结构示意图。

附图2为本发明实施例的剖视示意图。

如图3为滚柱式单向离合器结构示意图。

附图4为托架结构示意图。

附图5 为本方面实施例的结构爆炸示意图。

图中所示为：1—第一衬套，2—电机轴，3—滚柱式单向离合器，301—离合器外环，302—螺旋弹簧，303—滚柱，304—离合器内环，4—密封盖，5—电机轮，6—托架，601—加强端，602—安装端，603—螺钉，7—扭转弹簧，701—扭转弹簧托架端，702—扭转弹簧轮毂端，8—第二衬套，9—电机轮轮毂，901—凸缘端、11—曲轴轮，12—空调压缩机轮，13—惰轮I，14—动力转向泵轮，15—惰轮II，16—水泵轮，17—张紧器轮，18—多楔带。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，本发明的保护范围并不局限于实例所述范围。

需要说明的是，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

参考附图，附图1为某发动机前端附件驱动(Front End Accessory Drive，FEAD)系统结构示意图。该FEAD系统由多楔带18、曲轴轮11、空调压缩机轮12、电机轮5、惰轮I 13、动力转向泵轮14、惰轮II 15、水泵轮 16、张紧器轮 17组成。电机轮 5内安装了具有单向离合及减振作用的越程交流发电机滚柱式单向离合解耦器装置。

参考附图2至图5，汽车发动机越程交流发电机滚柱式单向离合解耦器，包括电机轮5，所述的电机轮5内设置有安装于电机轴2上且支承电机轮5的滚柱式单向离合器3；滚柱式单向离合器3的离合器内环304与电机轴2通过第一衬套 1相连；一托架6由金属和塑料形成的复合件，该托架6包括加强端601和安装端602，加强端601为金属件与离合器内环304用铰制孔螺钉603连接，安装端602采用塑料件并形成有螺旋形槽；电机轮轮毂9 固定地设置在电机轴2上，其凸缘端901的环形内表面设置有螺旋形槽；一非线性扭转弹簧 7轴向延伸于安装端602的螺旋形槽和电机轮轮毂9的凸缘端901的螺旋形槽内，用于将托架6的旋转运动传递到电机轮轮毂9上；电机轮轮毂9的凸缘端901与电机轮5之间通过第二衬套 8相连。

所述滚柱式单向离合器3，其包括与电机轮5同转速旋转的离合器外环301、可相对电机轴2旋转的离合器内环304、设置在滚柱式单向离合器3内部的滚柱303、沿一个方向偏压滚柱的螺旋弹簧302，离合器内环304和离合器外环301之间，设置有预定楔角的滚柱容纳部分，以及设置在离合器内环的螺旋弹簧容纳部分，滚柱303位于滚柱容纳部分中并被螺旋弹簧302向滚柱容纳部分中较窄的一侧推压。

所述的滚柱容纳部分中，设置有润滑脂或润滑剂，以减小滚柱303与离合器内环304、离合器外环301接触表面间的磨损；一密封盖4固定安装在滚柱式单向离合器3靠近发电机侧的凸缘上，用于防止污染物进入滚柱式离合器3内部，并把润滑脂或润滑剂保持在离合器内。

所述的第一衬套 1，其外表面与滚柱式离合器内环304的内表面采用过盈配合装配在一起，第一衬套 1内表面与电机轴2之间可以相对旋转，第一衬套1采用耐磨耐腐蚀耐高温的特氟龙材料。

所述的第二衬套 8，其内表面与凸缘端901采用过盈配合装配在一起，第二衬套 8外表面与电机轮之间可以相对运动，第二衬套 8采用耐磨耐腐蚀耐高温的特氟龙材料。

进一步地，所述的非线性扭转弹簧7，其非线性扭转刚度可以通过设计不同的簧丝截面积、不相等的节距和不同的弹簧内径来调节。

该汽车发动机越程交流发电机滚柱式单向离合解耦器，主要包括滚柱式单向离合器模块和非线性扭转弹簧减振模块。

——滚柱式单向离合器模块：

滚柱式单向离合器模块主要由离合器外环 301、螺旋弹簧302、滚柱303和离合器内环 304组成。滚柱式单向离合器3内嵌于电机轮 5的内部，两者采用过盈配合装配在一起。第一衬套 1内嵌于滚柱式单向离合器 3的内环 304，两者采用过盈配合装配在一起；滚柱式单向离合器通过第一衬套 1将电机轮 5支承在电机轴 2上；第一衬套 1与电机轴 2之间可相对旋转。

一方面，当电机轮 5相对其电机轮轮毂9加速时，多楔带 18与电机轮5之间的摩擦扭矩力驱动电机轮 5和离合器外环 301旋转，此时滚柱式单向离合器 3处于结合状态，并将电机轮 5的旋转运动传递给离合器内环 304；另一方面，当电机轮 5相对其电机轮轮毂 9减速时，滚柱式单向离合器 3处于分离状态且允许离合器内环 304超越电机轮 5而自由旋转。因此，该滚柱式单向离合器模块具有单向传递动力、及允许电机轮轮毂超越电机轮旋转的功能。

——非线性扭转弹簧减振模块：

非线性扭转弹簧减振模块主要由托架 6 (包括加强端 601、安装端 602和螺钉 603)、扭转弹簧 7和电机轮轮毂 9组成。加强端 601为金属件与离合器内环 304用铰制孔螺钉 603连接，安装端 602采用塑料件并形成有螺旋形槽。电机轮轮毂 9固定地支承在电机轴 2上，凸缘端 901环形内表面形成有螺旋形槽。扭转弹簧 7轴向延伸于安装端 602和凸缘端 901之间，用于将托架 6的旋转运动传递到电机轮轮毂 9上。其中，扭转弹簧托架端701被保持在托架的螺旋形槽内，用于防止扭转弹簧托架端 701与托架 6之间的相对运动；扭转弹簧轮毂端 702被保持在凸缘端 901的螺旋形槽内，用于防止扭转弹簧轮毂端 702与电机轮轮毂 9之间的相对运动。一圆柱形第二衬套 8轴颈连接的安装在电机轮 5和凸缘端 901之间，第二衬套 8与凸缘端 901采用过盈配合装配在一起，且第二衬套 8与电机轮 5之间可以相对旋转。匹配合适的扭转弹簧刚度，一方面，可以缓冲滚柱式离合器 3结合瞬间的冲击；另一方面，可以将大转动惯量发电机转子的振动与FEAD系统各个轮和皮带的振动解耦，从而减小电机轮 5的旋转振动、电机轮 5与多楔带 18之间的打滑及电机轮 5对FEAD系统旋转振动的影响。

当电机轮 5相对其电机轮轮毂 9加速时，滚柱式单向离合器 3结合，离合器内环 304的旋转运动通过托架 6传递到扭转弹簧7。此时，扭转弹簧7起到缓冲滚柱式单向离合器 3结合瞬间的冲击的作用，同时扭转弹簧 7变形产生的扭矩力驱动电机轮轮毂 9和电机轴 2旋转。该过程中，扭转弹簧7具有缓冲作用，缓冲离合器结合时产生的强大冲击力，保证发电机被驱动瞬间能平稳运行；同时，匹配合适的螺旋弹簧7的刚度，将大转动惯量电机转子与发动机前端附件驱动系统各个轮和皮带的振动解耦，从而减小电机轮 5的旋转振动及FEAD系统的振动特性。另一方面，当电机轮 5相对其轮毂 9减速时，滚柱式单向离合器分离，此时离合器内环 304、托架 6、扭转弹簧7、电机轮轮毂 9和电机轴 2超越电机轮 5而自由旋转。

本发明系统中的其他技术特征和具体的实现方式可以与本发明方法中的相同，在此不予多加赘述。

显然，附图中描述位置关系的仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种汽车发动机越程交流发电机滚柱式单向离合解耦器，包括电机轮(5)，其特征在于，所述的电机轮(5)内设置有安装于电机轴(2)上且支承电机轮(5)的滚柱式单向离合器(3)；滚柱式单向离合器(3)的离合器内环(304)与电机轴(2)通过第一衬套 (1)相连；一托架(6)由金属和塑料形成的复合件，该托架(6)包括加强端(601)和安装端(602)，加强端(601)为金属件与离合器内环(304)用铰制孔螺钉(603)连接，安装端(602)采用塑料件并形成有螺旋形槽；电机轮轮毂(9 )固定地设置在电机轴(2)上，其凸缘端(901)的环形内表面设置有螺旋形槽；一非线性扭转弹簧(7)轴向延伸于安装端(602)的螺旋形槽和电机轮轮毂(9)的凸缘端(901)的螺旋形槽内，用于将托架(6)的旋转运动传递到电机轮轮毂(9)上；电机轮轮毂(9)的凸缘端(901)与电机轮(5)之间通过第二衬套 (8)相连。

2.根据权利要求1所述的汽车发动机越程交流发电机滚柱式单向离合解耦器，其特征在于，所述滚柱式单向离合器(3)，其包括与电机轮(5)同转速旋转的离合器外环(301)、可相对电机轴(2)旋转的离合器内环(304)、设置在滚柱式单向离合器(3)内部的滚柱(303)、沿一个方向偏压滚柱的螺旋弹簧(302)，离合器内环(304)和离合器外环(301)之间，设置有预定楔角的滚柱容纳部分，以及设置在离合器内环的螺旋弹簧容纳部分，滚柱(303)位于滚柱容纳部分中并被螺旋弹簧(302)向滚柱容纳部分中较窄的一侧推压。

3.根据权利要求2所述的汽车发动机越程交流发电机滚柱式单向离合解耦器，其特征在于，所述的滚柱容纳部分中，设置有润滑脂或润滑剂，以减小滚柱(303)与离合器内环(304)、离合器外环(301)接触表面间的磨损；一密封盖(4)固定安装在滚柱式单向离合器(3)靠近发电机侧的凸缘上，用于防止污染物进入滚柱式离合器(3)内部，并把润滑脂或润滑剂保持在离合器内。

4.根据权利要求1所述的汽车发动机越程交流发电机滚柱式单向离合解耦器，其特征在于，所述的第一衬套 (1)，其外表面与滚柱式离合器内环(304)的内表面采用过盈配合装配在一起，第一衬套 (1)内表面与电机轴(2)之间可以相对旋转，第一衬套(1)采用耐磨耐腐蚀耐高温的特氟龙材料。

5.根据权利要求1所述的汽车发动机越程交流发电机滚柱式单向离合解耦器，其特征在于，所述的第二衬套( 8)，其内表面与凸缘端(901)采用过盈配合装配在一起，第二衬套 (8)外表面与电机轮之间可以相对运动，第二衬套 (8)采用耐磨耐腐蚀耐高温的特氟龙材料。

6.根据权利要求1所述的汽车发动机越程交流发电机滚柱式单向离合解耦器，其特征在于，所述的非线性扭转弹簧(7)，其非线性扭转刚度可以通过改变簧丝截面积、节距和弹簧内径来调节。

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