CN105229325B - 隔离器分离器 - Google Patents

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Abstract

一种隔离器分离器，包括：皮带轮，轴，所述皮带轮在低摩擦衬套上轴颈连接至所述轴，弹簧托架，所述皮带轮在低摩擦衬套上轴颈连接至所述弹簧托架，所述弹簧托架在低摩擦衬套上轴颈连接至所述轴，扭力弹簧，所述扭力弹簧联接在所述皮带轮和所述弹簧托架之间，单向离合器弹簧，所述单向离合器弹簧与所述轴摩擦接合，所述单向离合器弹簧联接至所述弹簧托架，所述单向离合器弹簧设置在所述扭力弹簧的径向内部，以及所述皮带轮与单向离合器弹簧的端部可暂时地接合，由此暂时地减少了所述单向离合器弹簧与所述轴的摩擦接合。

Description

隔离器分离器
技术领域
本发明涉及一种隔离器分离器，该隔离器分离器具有在低摩擦衬套上轴颈连接至轴且在低摩擦衬套上轴颈连接至弹簧托架的皮带轮，该弹簧托架在低摩擦衬套上轴颈连接至轴。
背景技术
本发明涉及一种交流发电机调整装置，尤其涉及一种具有用于隔离的扭力弹簧的交流发电机隔离分离器(AID)皮带轮。交流发电机调整装置的功能和功用通常是已知的。如今商业上可用的AID装置具有隔离弹簧、单向离合器、一个或多个轴承、皮带轮以及某些其它元件。对于这些元件的每一个的需求通常要求该装置的总尺寸直径超过工业要求。考虑到如今更小的汽车发动机尺寸和更高的燃料效率的要求，所存在的对于AID装置的需求是：减小皮带轮直径，同时满足所要求的功能。
现有技术的代表是美国专利号US7153227，其公开了一种在蛇形皮带驱动器系统中用于交流发电机皮带轮的分离器，该分离器具有弹性螺旋弹簧构件，该弹性螺旋弹簧构件通过弹簧保持构件联接交流发电机皮带轮与轮毂结构。衬套设置在弹簧保持构件和轮毂结构之间，以有助于它们之间的滑动接合。环状套筒构件设置在弹簧构件和交流发电机皮带轮之间，以有助于它们之间的滑动接合。弹簧构件在它的一端部处连接至轮毂结构且在它的相对的一端部连接至弹簧保持构件。弹性弹簧构件将交流发电机皮带轮的从动转动运动通过蛇形皮带传送至轮毂结构，以在从动转动运动期间使交流发电机轴在与交流发电机皮带轮相同的方向上转动，同时在相对于交流发电机皮带轮相反方向上能够作瞬时相对弹性运动。
现有技术还有一代表就是申请人的共同未决的US非临时申请No.13/541216(2012年3月7日申请)。
所需要的是一种隔离器分离器，该隔离器分离器具有皮带轮，皮带轮在低摩擦衬套上轴颈连接至轴且在低摩擦衬套上轴颈连接至弹簧托架，该弹簧托架在低摩擦衬套上轴颈连接至所述轴。本发明满足了这种需求。
发明内容
本发明的主要方面是一种隔离器分离器，该隔离器分离器具有在低摩擦衬套上轴颈连接至轴且在低摩擦衬套上轴颈连接至弹簧托架的皮带轮，该弹簧托架在低摩擦衬套上轴颈连接至该轴。
本发明的其它方面通过本发明的下述描述和附图而被指出或变得明显。
本发明包括一种隔离器分离器，所述隔离器分离器包括：皮带轮；轴，该皮带轮在低摩擦衬套上轴颈连接至该轴；弹簧托架，所述皮带轮在低摩擦衬套上轴颈连接至该弹簧托架，该弹簧托架在低摩擦衬套上轴颈连接至该轴；扭力弹簧，所述扭力弹簧联接在该皮带轮和该弹簧托架之间；单向离合器弹簧，该单向离合器弹簧与该轴摩擦接合，该单向离合器弹簧联接至该弹簧托架，该单向离合器弹簧径向设置在该扭力弹簧的内部，以及该皮带轮与单向离合器弹簧的端部可暂时接合，借此暂时地减少了所述单向离合器弹簧与所述轴的摩擦接合。
附图说明
并入且形成说明书一部分的附图示出了本发明的优选实施例，并和说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是该装置的分解视图。
图2是该装置的横截面视图。
图3是图2的细节图。
具体实施方式
图1是本发明装置的分解视图。本发明包括：皮带轮10，隔离扭力弹簧20，弹簧托架30，缠绕弹簧单向离合器40，低摩擦衬套50、51、52，具有防尘罩60的轴70。轴71被压配合在轴70上。
特别地，皮带轮10在衬套50上轴颈连接至轴71。弹簧托架30在衬套51上轴颈连接至轴70。皮带轮10在衬套52上轴颈连接至弹簧托架30。在该实施例中，皮带轮10具有用于接合在车辆发动机前端附件驱动器(FEAD)上的皮带的多肋轮廓。
衬套50、51、52用于替代其它类型的轴承(例如滚针轴承或者滚珠轴承)，因为其使得该装置具有较小的总直径。在可替代的实施例中，衬套50可被例如滚针轴承或滚珠轴承的轴承替换。
缠绕弹簧单向离合器40为螺旋形卷绕弹簧并绕着轴71的外表面72卷绕。离合器弹簧40的内部直径略小于轴表面72的外部直径。这确保了缠绕弹簧单向离合器40和轴表面72之间是摩擦接合。缠绕弹簧单向离合器40的端部41联接至弹簧托架接收部分32。缠绕弹簧单向离合器40在扭力弹簧20与轴70和71之间设置在扭力弹簧20的径向内部。在操作期间，弹簧40在卷绕方向上被加载。
扭力弹簧20联接在皮带轮10和弹簧托架30之间。在操作中，扭力弹簧20通过与皮带轮10接合的皮带而在展开方向上被加载。在可替换的实施例中，扭力弹簧20在卷绕方向上被加载。
防尘罩60防止杂物进入该装置并污染这些衬套。保持环122压配合在轴71上。
本发明装置中的转矩传送是从皮带轮10至扭力弹簧20至弹簧托架30至缠绕弹簧单向离合器40至轴71。在操作中，缠绕弹簧单向离合器40在卷绕方向被加载。这允许缠绕弹簧40在表面72上夹持并摩擦接合轴71。
图2是该装置的横截面视图。弹簧托架30相对于轴70在衬套51上可转动地移动。
皮带张力产生轮毂负载N。皮带张力垂直于皮带轮10工作。轮毂负载是在皮带的张紧和松弛的跨度(span)上张力和包角(即，皮带所接触的皮带轮部分的角跨度)的结果。实际上，施加在交流发电机皮带轮的转矩为大约15N-m。假定皮带轮直径为54mm时，有效张力为大约556N。松弛侧张力通常为250N。张紧侧张力于是就为大约806N，轮毂负载基于包角而处于800N至1056N的范围中。
参考图2，
N-皮带轮毂负载
R1-衬套50上的反作用力
R2-衬套52上的反作用力
R3-衬套51上的反作用力
a-N和R1之间的距离
b-N和R2/R3之间的距离
r1-衬套50的半径
r2-衬套52的半径
r3-衬套51的半径
m1-衬套50的摩擦系数
m2-衬套52的摩擦系数
m3-衬套51的摩擦系数
T1-衬套50上的摩擦转矩
T2-衬套52上的摩擦转矩
T3-衬套51上的摩擦转矩
摩擦转矩可基于几何形状(a和b)、摩擦表面半径(r1、r2以及r3)以及摩擦系数(m1、m2和m3)而计算：(对于每一个衬套)T＝R*r*m。例如以上：
r1＝12mm
r2＝23mm
r3＝10mm
m1＝m2＝m3＝0.15
a＝15mm，b＝22mm
假设N＝1000N，
R1＝N*b/(a+b)＝595N
R2＝R3＝N*a/(a+b)＝405N
然后可为每一个衬套计算摩擦转矩：
T1＝1.07N-m
T2＝1.39N-m
T3＝0.6N-m
本发明的装置在隔离和超越运转期间使用衬套50，衬套52仅用于隔离时，而衬套51仅在超越运转时使用。“隔离”指的是此时该装置被用于将转矩传送至连接附件(例如交流发电机)。“超越运转”指的是此时发动机减速且结果是该附件(例如交流发电机)的转动速度暂时超过该装置的转动速度。有利的是使用于隔离的阻尼或内摩擦更高，而用于超越运转的阻尼或内摩擦更低。在隔离期间的总摩擦转矩为：
Tis＝T1+T2＝2.46N-m
而在超越运转期间
Tov＝T1+T3＝1.67N-m
这就意味着在超越运转期间的转矩比在的隔离期间的转矩小大约32％，这是显著的。
本发明的另一方面是减小在衬套52和51上的PV(压力/速度)载荷。衬套51、52均具有大约5mm至8mm的小的宽度。使衬套52在超越运转期间工作会引起过热和过早的磨损。在超越运转期间在衬套52表面上的速度可达10.9m/s(超越运转速度可达4750rpm)。在这种情况下，当衬套51在超越运转期间工作时，该数值比其一半还小或者为4.74m/s。因为磨损和耐久性的原因，减小速度因此更加重要。
还已知的是，交流发电机的额定峰值转矩小于启动发动机时所观察到的峰值转矩。例如，通常的汽车交流发电机将具有12Nm的额定峰值转矩、0.0030kgm2的惯量以及8400rad/s2的在发动机启动期间的交流发电机处的加速度。在发动机启动时使用方程1，该装置必须能够处理25.2Nm的转矩，但是在所有的其它操作状态期间并没有见到如此高的转矩。
方程1：T＝Iα
T＝转矩
I＝交流发电机惯性
α＝加速度
T＝(0.0030)*8400＝25.2Nm
为了优化扭力弹簧20，具有超载特征是有利的，该超载特征防止过大的转矩(例如可在启动期间产生的过大的转矩)从皮带轮10传送至隔离扭力弹簧20。施加在扭力弹簧20上的过大的转矩可能过分张紧扭力弹簧20从而引起过早损坏。本发明的装置设置为这样一种方式，即当皮带轮10试图传送超过预定水平的转矩时，就激活该超载特征。
缠绕弹簧单向离合器是已知的。它们通过缠绕弹簧中的引起缠绕弹簧在卷绕方向绕着轴变紧的张力而操作。该张力在缠绕弹簧和轴之间产生法向力。该法向力在缠绕弹簧和轴之间生成摩擦力，其使得转矩能够传送至该轴。释放缠绕弹簧中张力减小或消除该法向力，从而消弱或释放缠绕弹簧，作为离合器功能。
本发明装置中的皮带轮10包括有用于接合缠绕弹簧单向离合器40的端部42的接合表面11。皮带轮10通过与端部42接触而接合缠绕弹簧单向离合器，并通过这样做从而使缠绕弹簧单向离合器40从轴10展开。该展开的结果是减少缠绕弹簧单向离合器40中的张力，这将导致缠绕弹簧单向离合器从轴表面72上释放。
图3是图2的细节图。所描述的超载特征释放了缠绕弹簧单向离合器40，从而允许它在轴表面72上滑移，这有效地消除根据方程1的交流发电机的惯性，并因此减少转矩传送，继而排除将扭力弹簧20暴露给过大的转矩。当在预定转矩下偏转隔离扭力弹簧20允许皮带轮10转动足够量以促使接合表面11接合弹簧端部42时，就发生弹簧40从接合表面72脱离。皮带轮10因此在缠绕弹簧的展开方向可暂时地接合缠绕弹簧单向离合器端部42，这暂时地扩大了弹簧40的内径。通过与皮带轮10暂时接触所引起的扩大局部地或者完全地释放缠绕弹簧单向离合器40与轴表面72的摩擦接合，其继而允许轴滑移并因此相对于缠绕弹簧单向离合器转动。
该隔离扭力弹簧20这样安装以使它在展开方向被加载。弹簧20的端部21接合皮带轮10的表面13。扭力弹簧20被布置为以使它在内径上与它的两个配对部分(即皮带轮10的内表面12和弹簧托架30的内表面31)中的每一个干涉配合。在轴70、71超过皮带轮10速度的情况期间(例如在车辆传动换档期间)，该干涉保持这些元件的转动位置。
在正常加载期间，隔离扭力弹簧20将扭转力从皮带轮传送至弹簧托架。保持扭力弹簧20与皮带轮10和弹簧托架30之间的接触是可取的，以当在超越情况发生之后将这些元件带到一起的正常驱动功能恢复时，防止这些元件的分开并因此消除了相关潜在噪音的产生。干涉配合在保持适当的元件接触的超越运转条件期间引起了隔离扭力弹簧20多少类似缠绕弹簧而作用。
尽管在此处已经描述了本发明的一种形式，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可在这些部件的结构和关系中作出各种变形对于本领技术人员来讲是显而易见的。

Claims (7)

1.一种隔离器分离器，所述隔离器分离器包括：
皮带轮；
轴；
所述皮带轮在低摩擦衬套上轴颈连接至所述轴；
弹簧托架；
所述皮带轮在低摩擦衬套上轴颈连接至所述弹簧托架，所述弹簧托架在低摩擦衬套上轴颈连接至所述轴；
扭力弹簧，所述扭力弹簧联接在所述皮带轮和所述弹簧托架之间；
单向离合器弹簧，所述单向离合器弹簧与所述轴摩擦接合，所述单向离合器弹簧联接至所述弹簧托架；
所述单向离合器弹簧设置在所述扭力弹簧的径向内部；以及
所述皮带轮与单向离合器弹簧的一端部能够暂时地接合，由此暂时地减少了所述单向离合器弹簧与所述轴的摩擦接合。
2.根据权利要求1所述的隔离器分离器，其中，所述扭力弹簧在展开方向被加载。
3.一种隔离器分离器，所述隔离器分离器包括：
皮带轮；
轴；
弹簧托架；
所述皮带轮在低摩擦衬套上轴颈连接至所述弹簧托架和所述轴；
扭力弹簧，所述扭力弹簧联接在所述皮带轮和所述弹簧托架之间；
缠绕弹簧单向离合器，所述缠绕弹簧单向离合器绕着所述轴卷绕并具有摩擦接合，所述缠绕弹簧离合器联接至所述弹簧托架；
所述缠绕弹簧单向离合器设置在所述扭力弹簧的径向内部；以及
所述皮带轮在展开方向与所述缠绕弹簧单向离合器的一端部能够暂时地接合，由此所述缠绕弹簧单向离合器的所述端部和所述皮带轮之间的暂时接触能够暂时地释放所述缠绕弹簧单向离合器与所述轴的摩擦接合。
4.根据权利要求3所述的隔离器分离器，其中，所述扭力弹簧在展开方向被加载。
5.一种隔离器分离器，所述隔离器分离器包括：
皮带轮；
轴；
弹簧托架；
所述皮带轮轴颈连接至所述轴；
所述皮带轮在低摩擦衬套上进一步轴颈连接至所述弹簧托架；
所述弹簧托架在低摩擦衬套上轴颈连接至所述轴；
扭力弹簧，所述扭力弹簧联接在所述皮带轮和所述弹簧托架之间；
单向离合器弹簧，所述单向离合器弹簧联接到所述弹簧托架，所述单向离合器弹簧摩擦接合至所述轴；
所述单向离合器弹簧设置在所述扭力弹簧的径向内部；以及
所述皮带轮在展开方向与所述单向离合器弹簧的一端部能够暂时地接合，由此所述单向离合器弹簧的所述端部和所述皮带轮之间暂时接触将暂时地减小所述单向离合器与所述轴的摩擦接合。
6.根据权利要求5所述的隔离器分离器，其中，所述扭力弹簧在展开方向被加载。
7.根据权利要求5所述的隔离器分离器，其中，所述皮带轮在轴承上轴颈连接至所述轴。
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