CN103925304B - 用于在皮带轮和轴之间传递转矩的单向离合解耦器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于在皮带轮和轴之间传递转矩的单向离合解耦器，包括：一摩擦弹簧，该摩擦弹簧与该皮带轮的内表面摩擦结合；一外圈，该外圈位于该摩擦弹簧所形成的空间内；该外圈与该摩擦弹簧的相对位置固定；一轴套，该轴套用于容纳该轴，该轴套与该轴的相对位置固定；一弹性单元，该弹性单元位于该外圈和该轴套之间，用于将该外圈的转矩传递至该轴套，当该外圈带动该轴套旋转时，该弹性单元通过形变减少或消除该外圈和该轴套的扭转振动。

Description

用于在皮带轮和轴之间传递转矩的单向离合解耦器

技术领域

本发明涉及一种将机动车发动机的扭矩通过皮带轮传递至交流发电机的机械组件单元，尤其涉及一种用于在皮带轮和轴之间传递转矩的单向离合解耦器。

背景技术

机动车发动机使用循环蛇形带将发动机的一部分输出传递给多个带传动附件。每个部件包括输入驱动轴以及与该驱动轴的远端联接的、用于与带传动结合的皮带轮。发动机产生的扭矩通过皮带传递给皮带轮，皮带轮带动交流发电机的驱动轴旋转，从而实现带动动子切割磁力圈产生交流电。

由于机动车的发动机多数为燃油或燃气燃烧推动活塞上下运动，燃烧使曲轴加速，压缩使曲轴减速，因此带传动附件也被反复加速和减速。在这过程中皮带所带动整个轮系（发电机，水泵，空调，惰轮等）会产生较大振动，使发动机振动增大、零部件寿命降低、噪声加强、油耗增加和整车舒适性降低等不良影响。为了解决该问题，现有技术中产生了单向离合解耦器（Overrunning alternator decoupler），用于降低和消除发动机轮系的振动。

现有技术中比较典型的技术方案如US5139463所示。该技术方案利用一个塑料支架将摩擦弹簧和扭转弹簧串联，通过扭转弹簧的形变吸收部分皮带轮产生的振动。该技术方案的缺点在于：第一、摩擦弹簧和扭转弹簧串联时，加工工艺难度高，导致对接精度难以保证；第二、T型的轮毂需要在内表面铣削出一螺旋状台阶，从而固定扭转弹簧导致加工效率低，成本高昂。

有鉴于此，现有技术中亟需要一种新的单向离合解耦器技术方案。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于在皮带轮和轴之间传递转矩的单向离合解耦器，既能有效吸收皮带轮的振动，而且结构更加简洁。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于在皮带轮和轴之间传递转矩的单向离合解耦器，包括：一摩擦弹簧，该摩擦弹簧与该皮带轮的内表面摩擦结合；一外圈，该外圈位于该摩擦弹簧所形成的空间内；该外圈与该摩擦弹簧的相对位置固定；一轴套，该轴套用于容纳该轴，该轴套与该轴的相对位置固定；一弹性单元，该弹性单元位于该外圈和该轴套之间，用于将该外圈的转矩传递至该轴套，当该外圈带动该轴套旋转时，所述弹性单元通过形变以减小和/或消除所述外圈和所述轴套的扭转振动。更进一步地，该外圈的内表面包括至少一个凸台，该轴套的外表面包括至少一个凸台，该弹性单元通过该外圈的凸台和该轴套的凸台固定。

更进一步地，该弹性单元是一蛇形弹簧。

更进一步地，该外圈的外表面包括一凹槽，该凹槽用于容纳该摩擦弹簧向内弯折的一端。该摩擦弹簧的向内弯折的一端与该弹性元件接触，用于将转矩从该皮带轮内表面直接传递到该弹性元件上。

更进一步地，该外圈和该轴套之间还包括至少一垫块，用于调节该弹性单元的形变范围。

更进一步地，该外圈的凸台和该轴套的凸台轴向平行。

更进一步地，该弹性单元由一金属条状物体沿同一平面按正反方向弯折而成，该弹性单元的一个U型单元内放置一个外圈凸台和一个轴套凸台。

更进一步地，该外圈和该轴套之间还包括至少一垫块，该轴套凸台的数量是该外圈凸台的两倍，该相邻的U型单元内间隔放置一个外圈凸台和一个垫块。该轴套凸台的数量与该外圈凸台的数量相等，该任意两个相邻的U型单元内一个放置该轴套凸台和所述外圈凸台，另一个放置该垫块。

更进一步地，该垫块由以下材料中的一种或多种制成:塑料、复合材料、金属材料。

更进一步地，该皮带轮通过两个滚动轴承相对于该轴套转动，该滚动轴承分别位于该单向离合解耦器的两端。

更进一步地，该外圈包括一台阶，该台阶用于止挡该摩擦弹簧。

更进一步地，该外圈由以下材料中的一种或多种制成:塑料、复合材料、金属材料。

与现有技术相比较，本发明通过一个蛇形弹簧传递扭矩并消除振动，结构简洁，制造工艺难度大大下降。同时，外圈作为摩擦弹簧和轴套的连接件，在外圈的外表面开设一凹槽嵌入并固定摩擦弹簧，避免了在T型的轮毂需要在内表面铣削出螺旋状台阶的加工步骤。同时，该外圈可以用塑料制成，进一步降低了本发明所提供的单向离合解耦器的制造难度。另外，现有技术的离合解耦器一端是金属滚动轴承另一端是塑料支架，在转动过程中因为金属与塑料二者之间的耐受力不一致，导致容易磨损；本发明的两端都有金属轴承作为支承，将受力均匀分布，因此与现有技术比较起来，本发明所提供的单向离合解耦器工作寿命更长，质量更为可靠。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明所涉及的单向离合解耦器的侧视图；

图2是本发明所涉及的单向离合解耦器的剖面图；

图3是本发明所涉及的单向离合解耦器的弹性单元连接方式示意图；

图4是本发明所涉及的单向离合解耦器的弹性单元连接方式示意图之二。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的单向离合解耦器。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

本发明提供一种用于在皮带轮和轴之间传递转矩的单向离合解耦器，既能有效吸收皮带轮的振动，而且结构更加简洁。为了实现该发明目的，本发明提供的单向离合解耦器包括摩擦弹簧，该摩擦弹簧与该皮带轮的内表面摩擦结合；外圈，该外圈位于该摩擦弹簧所形成的空间内；该外圈与该摩擦弹簧的相对位置固定；轴套，该轴套用于容纳该轴，该轴套与该轴的相对位置固定；弹性单元，该弹性单元位于该外圈和该轴套之间，用于将该外圈的转矩传递至该轴套，当该外圈带动该轴套旋转时，该弹性单元通过形变减少或消除该外圈和该轴套之间的扭转振动。扭转振动是指外圈和轴套的速度和转矩的不均匀性所导致的振动。在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。此外，在以下描述中所使用的“内”一词主要指靠近发电机驱动轴的方向；“外”一词主要指远离发电机驱动轴的方向；“轴向”一词主要指发电机驱动轴平行的方向，“径向”一词主要指与发电机驱动轴垂直的方向。

图1是本发明所涉及的单向离合解耦器的侧视图。本发明所提供的单向离合从外至内依次包括：皮带轮10、摩擦弹簧20、外圈30、弹性单元60、轴套40 。位于最外圈的皮带轮10的外表面有多个V型槽，用于与皮带（图中未示出）相耦合。当皮带转动时，带动皮带轮10转动。摩擦弹簧20包括多个螺旋簧圈。摩擦弹簧20被放置于皮带轮10里面。摩擦弹簧20的横截面为非圆形的横截面。当摩擦弹簧20安装于皮带轮10内部时，摩擦弹簧20与皮带轮10的内表面相接触。由于摩擦弹簧20的张力受到皮带轮10的内表面限制以及摩擦弹簧20与皮带轮之间的阻尼，使该摩擦弹簧20和皮带轮10之间只能通过一个方向相对运动。反方向下由于摩擦弹簧20发生径向收缩，摩擦弹簧20与皮带轮10之间的制动解除。这意味着当皮带轮10加速运动时，摩擦弹簧20与皮带轮同方向转动；皮带轮10减速运动时，摩擦弹簧20不随皮带轮转动的方向转动。

摩擦弹簧20的里面被放置了一个外圈30，外圈30与摩擦弹簧20的内表面保持一定的间隙，以适应摩擦弹簧径向尺寸的变化。。外圈30整体上呈一圆筒状，用于通过放置于外圈30内部的蛇形弹簧60，将力矩传递给位于蛇形弹簧60内部的轴套40。

摩擦弹簧20的一端与皮带轮10的内表面接触，另一端向内弯折。向内弯折的一端嵌入外圈30外表面的一个凹槽中，这样摩擦弹簧20便与外圈30固定。为了更好地实现被技术效果，外圈30的一端被设计为台阶状，即向外凸起并越过摩擦弹簧20的内表面所在的空间，这样做的目的是为了对摩擦弹簧20进行止推、限位。而且，摩擦弹簧20向轴心折弯的一端与蛇形弹簧60接触，直接把扭力传递到蛇形弹簧60上。

位于最里面的发电机的驱动轴50与轴套40固定。轴套40和外圈30之间通过一个蛇形弹簧60来传递扭矩。具体的连接方式参见图2和图3。蛇形弹簧60由一金属条状物体沿同一平面按正反方向弯折而成，可以视作有多个U型单元组成的弹簧。外圈30的内表面上包括若干凸台31，轴套40的外表面上也包括若干凸台41。蛇形弹簧60被嵌在凸台与凸台之间。蛇形弹簧60通过凸台31和凸台41与外圈30和轴套40连接，并使外圈30和轴套40固接在一起。当外圈30转动时，扭矩通过蛇形弹簧60传递至轴套40。蛇形弹簧60除了将皮带轮10的扭矩经外圈30传递至轴套40，并最终传递至发电机的驱动轴50，最重要的作用是为了消除皮带轮10转动过程的振动，并将该振动阻绝在外圈30与轴套之间40，从而实现消除发电机的驱动轴50振动的发明目的。当蛇形弹簧60受到来自径向上的振动时，每个U型单元都受到挤压，弯折部的弯折角发生变化，因而能够吸收掉该振动，仅传递扭矩。在较佳实施例中，外圈30的凸台31均匀的分布于其内表面，轴套40的凸台41分布于其外表面。轴套凸台41的数量与凸台31的数量一样，且位置分布也一致。

在另一种较佳实施例中，蛇形弹簧60之间还放置若干垫块80，垫块80的位置示意图请参考图3和图4。图3是一种较佳的实施方式，在这种实施方式中，轴套40的凸台41和外圈30的凸台31的数量相同，蛇形弹簧60所形成的U型空间内，分别放置轴套凸台41。

轴套40的凸台41的数量是外圈凸台31的数量的两倍。一个轴套凸台41对应一个外圈凸台31，与多出来的轴套凸台41相对应的空间用于放置一个垫块80。垫块80的作用是为了调节蛇形弹簧60的形变范围，从而提高振动吸收效率以及提高蛇形弹簧的工作寿命。本领域技术人员同样知道，除了间隔分布以外，每两个相邻的凸台31、41之间放一个垫块80也是可以的。垫块80的材料可以是塑料、橡胶或金属材料制成。

本发明所示的单向离合解耦器还包括两个滚动轴承70，两个滚动轴承70分别位于该单向离合解耦器的两端，即摩擦弹簧20、外圈30、弹性单元60、轴套40位于两个滚动轴承70之间。其中滚动轴承70的外表面与皮带轮10的内表面接触，滚动轴承70的内表面与轴套40接触。因为滚动轴承的存在，皮带轮10可以绕轴套40转动，故避免了单向离合解耦器工作过程中发生卡死现象。

与现有技术相比较，首先、本发明通过一个蛇形弹簧传递扭矩并消除振动，结构简洁，制造工艺难度大大下降。然后，外圈作为摩擦弹簧和轴套的连接件，在外圈的外表面开设一凹槽嵌入并固定摩擦弹簧，避免了金属的T型的轮毂需要在内表面铣削出螺旋状台阶的加工步骤。再次，本发明所提供的外圈可以由塑料、复合材料或金属材料加工而成，与现有技术相比较，加工工艺更简单，制造成本几何级下降。另外，现有技术的离合解耦器一端是金属滚动轴承另一端是塑料支架，在转动过程中因为金属与塑料二者之间的耐受力不一致，导致容易磨损；本发明的两端都有金属轴承作为支承，将受力均匀分布，因此与现有技术比较起来，本发明所提供的单向离合解耦器工作寿命更长，质量更为可靠。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (12)

1.一种用于在皮带轮和轴之间传递转矩的单向离合解耦器，其特征在于，包括：

一摩擦弹簧，所述摩擦弹簧与所述皮带轮的内表面摩擦结合；

一外圈，所述外圈位于所述摩擦弹簧所形成的空间内；所述外圈与所述摩擦弹簧的相对位置固定；

一轴套，所述轴套用于容纳所述轴，所述轴套与所述轴的相对位置固定；

一弹性单元，所述弹性单元位于所述外圈和所述轴套之间，用于将所述外圈的转矩传递至所述轴套，当所述外圈带动所述轴套旋转时，所述弹性单元通过形变以减小和/或消除所述外圈和所述轴套之间的扭转振动；

所述外圈的内表面包括至少一个凸台，所述轴套的外表面包括至少一个凸台，所述弹性单元通过所述外圈的凸台和所述轴套的凸台固定。

2.如权利要求1所述的单向离合解耦器，其特征在于，所述弹性单元是一蛇形弹簧。

3.如权利要求1所述的单向离合解耦器，其特征在于，所述外圈的外表面包括一凹槽，所述凹槽用于容纳所述摩擦弹簧向内弯折的一端。

4.如权利要求1所述的单向离合解耦器，其特征在于，所述外圈和所述轴套之间还包括至少一垫块，用于调节所述弹性单元的形变范围。

5.如权利要求1所述的单向离合解耦器，其特征在于，所述外圈的凸台和所述轴套的凸台轴向平行。

6.如权利要求5所述的单向离合解耦器，其特征在于，所述弹性单元由一金属条状物体沿同一平面按正反方向弯折而成，所述弹性单元的一个U型单元内放置一个外圈凸台和一个轴套凸台。

7.如权利要求6所述的单向离合解耦器，其特征在于，所述外圈和所述轴套之间还包括至少一垫块，所述轴套凸台的数量是所述外圈凸台的两倍，相邻的所述U型单元内间隔放置一个外圈凸台和一个垫块。

8.如权利要求7所述的单向离合解耦器，其特征在于，所述轴套凸台的数量与所述外圈凸台的数量相等，任意两个相邻的所述U型单元内一个放置所述轴套凸台和所述外圈凸台，另一个放置所述垫块。

9.如权利要求4、7或8任一项所述的单向离合解耦器，其特征在于，所述垫块由以下材料中的一种或多种制成:塑料、复合材料、金属材料。

10.如权利要求1所述的单向离合解耦器，其特征在于，所述皮带轮通过两个滚动轴承相对于所述轴套转动，所述滚动轴承分别位于所述单向离合解耦器的两端。

11.如权利要求1所述的单向离合解耦器，其特征在于，所述外圈包括一台阶，所述台阶用于止挡所述摩擦弹簧，和/或所述外圈由以下材料中的一种或多种制成:塑料、复合材料、金属材料。

12.如权利要求3所述的单向离合解耦器，其特征在于，所述摩擦弹簧的向内弯折的一端与所述弹性单元接触，用于将转矩从所述皮带轮内表面直接传递到所述弹性单元上。