CN108291585B - 隔离断开器 - Google Patents

Abstract

一种隔离断开器，包括：毂(11)，用于与轴连接；带轮(16)，该带轮(16)与毂进行轴颈连接，该带轮有皮带接合表面；复合弹簧(12)，该复合弹簧(12)有离合器部分(22)、过渡部分(23)和可变直径部分(24)，该复合弹簧接合在毂和带轮之间，离合器部分的直径可沿负载方向减小，用于沿该负载方向与带轮摩擦接合，离合器部分的摩擦接合可沿卸载方向从带轮逐渐释放，可变直径部分有根据扭矩负载而变化的直径；以及惯性部件，该惯性部件(74)通过阻尼部件(75)而与毂接合。

Description

隔离断开器

技术领域

本发明涉及一种隔离断开器，更特别是涉及一种具有复合弹簧的隔离断开器，该复合弹簧有离合器部分、过渡部分和可变直径部分。

背景技术

由于更好的燃料经济性，用于乘用车的柴油发动机正在增加。而且，汽油发动机增加压缩比以便提高燃料效率。因此，由于发动机的上述变化，柴油发动机和汽油发动机附件驱动系统必须克服来自曲轴的更大幅值的振动。

由于增大的曲轴振动加上较高的加速度/减速度和较高的交流发电机惯性，发动机附件驱动系统经常由于皮带打滑而产生皮带间歇噪音。这也将降低皮带的使用寿命。

曲轴隔离器/断开器和交流发电机断开器/隔离器已经广泛用于具有较高角度振动的发动机，以便滤除在发动机操作速度范围内的振动，还控制皮带间歇噪音。

现有技术的代表有美国专利No.7591357，它公开了一种断开器，该断开器用于在发动机驱动的曲轴和蛇形皮带之间传递旋转运动。断开器具有旋转驱动部件和旋转从动部件，该旋转从动部件与驱动部件同轴地安装，用于与它一起进行相对旋转运动。断开组件在驱动部件和从动部件之间延伸。当驱动部件相对于从动部件沿第一连接方向旋转时，断开组件选择地联接驱动部件和从动部件。当驱动部件相对于从动部件沿与第一方向相反的第二方向旋转时，断开组件使得驱动部件与从动部件断开连接。扭转减振器安装得用于与驱动部件和从动部件中的一个一起旋转，以便消除由发动机产生的一些振动。

现有技术的代表还有美国专利申请No.13/952886(申请日为2013年7月29日)，它公开了一种隔离断开器，该隔离断开器包括卷绕弹簧，该卷绕弹簧布置在与弹簧载体接合的扭转弹簧的径向内侧，并沿负载方向与带轮摩擦接合，该负载方向与扭转弹簧的方向相反，该卷绕弹簧可与毂接合，从而能够释放与带轮的摩擦接合。

还需要一种具有复合弹簧的隔离断开器，该复合弹簧有离合器部分、过渡部分和可变直径部分。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有复合弹簧的隔离断开器，该复合弹簧有离合器部分、过渡部分和可变直径部分。

本发明的其它方面将通过下面对本发明的说明和附图而被指出或变得清楚。

本发明包括一种隔离断开器，该隔离断开器包括：毂，用于与轴连接；带轮，该带轮与毂进行轴颈连接，该带轮有皮带接合表面；复合弹簧，该复合弹簧有离合器部分、过渡部分和可变直径部分，该复合弹簧接合在毂和带轮之间，离合器部分的直径可沿负载方向减小，用于沿该负载方向与带轮摩擦接合，离合器部分的摩擦接合可沿卸载方向从带轮逐渐释放，可变直径部分有根据扭矩负载而变化的直径；以及惯性部件，该惯性部件通过阻尼部件而与毂接合。

附图说明

包含在说明书中并形成说明书的一部分的附图表示了本发明的优选实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是正视透视图。

图2是剖视图。

图3是分解图。

图4是分解图。

图5是复合弹簧的侧视图。

图6是复合弹簧的透视图。

图7是端帽的详图。

图8是图2的详图。

图9是带轮和曲轴之间的角位移的曲线图。

具体实施方式

图1是正视透视图。本发明100提供了隔离和阻尼断开特征部以及无限超越能力，而没有缓冲器止动器。这是通过使用一个多用途复合弹簧来实现的，而不是由弹簧载体联接的卷绕弹簧和扭转弹簧的组合。

图2是剖视图。隔离断开器100包括曲轴毂端帽110、单个复合弹簧12、带轮部件13、O形环保持垫圈14、O形环15、带轮16、衬套/轴承17、18以及毂11。端帽110通过螺纹紧固件111而固定在毂11上。

本发明还包括橡胶曲轴减振器75和惯性质量块阻尼器74。减振器75和质量块74压配合装配在端帽110上。质量块减振器74与扭转弹簧12的隔离部分串联地工作，以便减小从曲轴CS传递至带轮16的曲轴角振动的幅值。本发明的隔离效果减小了曲轴的角振动的幅值，这样，带轮16经受比曲轴毂11更小的角振动(例如由于气缸点火事件)。这又降低了在皮带驱动的附件(例如动力转向、空调和交流发电机)上的角振动，从而延长部件(未示出)的工作寿命。

图5是复合弹簧的侧视图。复合弹簧12包括一个端部21，该端部可以是磨平的210，以便能够更紧凑地包装。复合弹簧12还包括离合器部分22，该离合器部分22提供了绕带轮部件13的卷绕弹簧离合器的功能。复合弹簧的过渡部分23允许使得线圈直径可以变化。过渡部分23在未负载状态下有螺旋形状，具有从离合器部分22至在复合弹簧12的端部处的凸片25增大的直径。过渡部分23可以包括单个线圈或多个线圈或者一个线圈的一部分。复合弹簧的可变直径部分24提供了隔离功能，通过该功能，它能够响应扭矩变化而通过弹簧的端部21以及凸片25的角位移来改变它的直径。所述直径可以根据扭矩负载而增大或减小。在复合弹簧12的一端处的凸片25用于与端帽110中的狭槽41接合。部分24在未负载状态下具有螺旋形状。

图3和图4各自是分解图。复合弹簧12置于端帽110内的凹槽112中。复合弹簧12通过凸片25而与狭槽41接合。凸片25与端帽中的狭槽41接合，这样，毂11的顺时针旋转将夹持凸片25，这使得复合弹簧12更紧地卷绕在它自身上，从而减小离合器部分22的直径。可以用其它的接合形状来代替凸片25，只要这些形状允许扭矩从复合弹簧12沿两个方向(即顺时针CW和逆时针CCW)传递至端帽110即可。

另一方面，复合弹簧12有平的端部210，该端部210与O形环保持垫圈14接合。通过复合弹簧的内表面120与带轮16上的环形带轮部件13的摩擦接合，复合弹簧12的离合器部分22与带轮16连接。部件13包括硬的、坚固的耐磨的材料，以承受重复的滑动运动，而没有明显的侵蚀或表面摩擦特性的变化。部件13可以包括工具钢，但是其它材料也合适，例如普通钢合金、复合轴承套筒、衬套材料、工程耐磨聚合物。带轮16可以由这种相同材料制成，或者也可选择，制造耐磨材料的部件13和将它刚性地装配至带轮16上(例如通过压配合)可以更经济。然后，带轮16能够由不太耐久的材料制成，例如塑料。

复合弹簧12的离合器部分22的一个或多个线圈环绕部件13卷绕，这样，当弹簧12更紧地缠绕在自身上时(如在沿负载方向顺时针曲轴旋转的正常操作中的情况那样)，复合弹簧更紧地摩擦地夹紧部件13，并将全部曲轴扭矩传递至部件13，并由此传递至带轮16，从而传递至在发动机(未示出)上的任何皮带驱动的附件。

在最小扭矩下，复合弹簧的部分24呈现它的自由状态位置51，见图8。当曲轴转动并向复合弹簧和带轮施加增大水平的扭矩时，复合弹簧12的可变直径部分24在扭矩作用下扭转。这使得可变直径部分的线圈直径稍微收缩，见变形至加载位置52。在最大扭矩下，可变直径部分24的内径并不与带轮的摩擦表面(即带轮部件13)的外径53干涉。离合器部分22表示为与部件13摩擦接合。这使得扭矩能够从毂11传递至端帽110、传递至弹簧12和传递至带轮16。

在可选实施例中，在离合器部分22和带轮部件13之间的交接面可以进行润滑，以便经受几百万次循环，并有相对一致的超越扭矩限制值特征。在需要润滑的实施例中，整个复合弹簧凹部112可以充满润滑剂，以便防止润滑剂材料经过一段时间而离心地从摩擦表面被拉走。整个复合弹簧凹部112充满润滑剂的实施例包括在带轮16和端帽110之间的O形环密封件15，以便保持润滑剂。工业粘接密封件部署在端帽110的外表面上，以便覆盖狭槽41，该狭槽41与复合弹簧的端部处的凸片25接合。垫圈14形成O形环凹部的一部分，还提供了在弹簧的平端部和带轮之间的低摩擦交接面210，在该低摩擦交接面210处将产生在复合弹簧和带轮之间的相对转动。

图7是端帽的细节。复合弹簧端部处的凸片25插入至端帽110中的狭槽41内。沿弹簧线圈旋转方向绕线圈大约90度，一个或多个凸片特征部63、64进一步限制了复合弹簧12的端部21的运动。在端帽件和复合弹簧端部21之间的多个接触件绕曲轴的中心轴线(因此绕毂11的旋转轴线)向复合弹簧施加扭矩。该多个接触件足够地夹紧复合弹簧的端部，以便合适地传递扭矩，而且不会传递横向负载(该横向负载将使得复合弹簧在凹部112内移动)。

使用普通的冲压方法来相对简单地制造端帽110。端帽110的内边缘62形成O形环密封件的一部分，见O形环15，而其它实施例可以不需要O形环密封件15。

除了角度振动隔离之外，本发明还有断开性能的特征，该断开性能限制了快速减速事件从曲轴向带轮的传递。在曲轴毂快速减速的事件中(例如在传动装置换档的过程中)，带轮和皮带驱动的系统的惯性向套筒13和复合弹簧12施加顺时针惯性扭矩。该扭矩沿顺时针方向传递，这导致复合弹簧12退绕且离合器部分22的直径稍微增大。这松开了在部件13和复合弹簧离合器部分22之间的摩擦交接面。

当横过带轮的扭矩增大且交接面继续松开时，将达到超越扭矩限制值水平，高于该超越扭矩限制值水平时，部件13将在复合弹簧12内滑动。图9是在带轮和曲轴之间的角位移的曲线图，突出表示了超越事件。在该特定实例中，超越事件是在发动机起动过程中的高曲轴减速的结果。该图表示了发动机起动事件(时间轴上的大约2.75秒)，空转大约9秒，然后在大约12秒时关闭发动机。当没有发生超越事件时，空转期间的角位移为大约+22度。在大约3.25秒的超越事件导致带轮在曲轴前面旋转大约50度，然后通过弹簧12而锁回至曲轴上。在4-12秒的时间范围中，带轮和曲轴通过复合弹簧12来连接，且通过弹簧传递的扭矩引起大约+22度的偏转。超越50度(负位移)与22度复合弹簧偏转(正位移)组合而导致大约-28度的偏转。在发动机关闭(时间轴上约12秒)时，复合弹簧偏转的22度消除，因为扭矩不再通过复合弹簧而从曲轴传递至带轮。最终的位移值只包括在起动过程中发生的50度超越。

当复合弹簧加载和卸载时，观察到大约10N*m的阻尼。阻尼的该测量值被计算为在弹簧负载或卸载时在给定的复合弹簧偏转下在动态扭矩之间的差值。还观察到大约15N*m的超越扭矩以及滞后回线，其中，施加逆时针扭矩然后移除。在逆时针扭矩之后，再次施加顺时针扭矩，并在给定超越扭矩下产生位移。在100度的相对旋转下，在施加逆时针扭矩时扭矩值为大约-40N*m，而在移除逆时针扭矩时为大约-30N*m。这是计算10N*m阻尼的基础。尽管10N*m的阻尼对于许多乘用车用途都很有利，但是对于涉及不同发动机尺寸或附件皮带设计的其它运输用途，其它阻尼值也可以很合适。

在滑移开始时的超越扭矩限制值相对较小，大约为10-20N*m，因此，少量的超越惯性将引起断开操作。当部件13在复合弹簧离合器部分22内滑移时，超越扭矩限制值将继续通过摩擦力而从复合弹簧传递至部件13，作为在带轮16上的拖曳。在带轮独立于曲轴转动时施加的拖曳扭矩称为“阻尼断开”。拖曳扭矩提供了系统阻尼，并保护系统而防止对较小水平的扭矩变化快速反应(例如小于10N*m)。可以计算超越扭矩限制值并且对于特定发动机扭矩规格和带轮几何形状而设计复合弹簧和部件，以便调节超越扭矩限制值，从而提供用于多种发动机系统的合适阻尼。

例如，对于外径为78.1mm的部件13和内径为77.2mm的复合弹簧离合器部分22，必须克服0.9mm的径向干涉，以便使得复合弹簧环绕部件13安装。当在部件13上有润滑脂的情况下装配时，组件将有以下扭矩特征：当毂11保持静止且带轮16顺时针旋转时，需要大约15N*m的超越扭矩来断开和相对于毂11旋转。一旦断开，带轮16将顺时针旋转，而并不限制它的角度偏转，且一直需要15N*m的超越扭矩来驱动相对旋转。扭矩的该测量值称为“超越扭矩限制值”。当施加的扭矩水平低于超越扭矩限制值时，在离合器部分22中的扭矩不足以使得复合弹簧12展开和增大直径。因此，离合器部分22保持锁定它在部件13的表面120上的摩擦夹紧。当带轮16保持静止，且毂11顺时针旋转时，超过150N*m的扭矩可以从毂通过复合弹簧传递至带轮，而没有离合器部分22的滑移或脱开。扭矩的该测量值称为“夹紧扭矩”。

超越扭矩限制值和夹紧扭矩的这些值适用于汽车附件皮带驱动用途。例如，当曲轴正在驱动附件皮带系统(ABDS)时，100N*m或更大的扭矩必须由曲轴沿顺时针方向传递至带轮。当曲轴快速减速，且附件皮带驱动系统的惯性促使带轮超越在曲轴前面时，大约为10-20N*m的超越扭矩限制值是合适的，以便保证超越事件在明显曲轴减速事件中发生，例如发动机起动和停机以及传动齿轮变化。

超越扭矩限制值的值越低将导致超越事件更频繁地发生以及在更不明显的减速事件中发生。超越扭矩限制值的值越高将导致超越事件发生的频率更低，并可能在明显的减速事件中也不会发生。超越扭矩限制值的最优值取决于具体的发动机以及皮带驱动的附件的设计。某些用途可以看到最佳的超越扭矩限制值水平低于10N*m，而其它用途可以看到最佳的超越扭矩限制值水平超过20N*m。

一种隔离断开器包括：毂11，用于与轴连接；带轮16，该带轮16与毂进行轴颈连接，该带轮有皮带接合表面；复合弹簧12，该复合弹簧12有离合器部分22、过渡部分23和可变直径部分24，该复合弹簧接合在毂和带轮之间，离合器部分的直径可沿加载方向减小，用于沿该加载方向与带轮摩擦接合，离合器部分的摩擦接合可沿卸载方向从带轮逐渐释放，可变直径部分有根据扭矩负载而变化的直径；以及惯性部件74，该惯性部件74通过阻尼部件而与毂接合。

尽管这里已经介绍了本发明的一种形式，但是本领域技术人员显然知道，在不脱离这里介绍的本发明的精神和范围的情况下，可以对部件的构造和关系进行变化。

Claims (7)

1.一种隔离断开器，包括：

毂(11)，用于与轴连接；

带轮(16)，该带轮(16)与所述毂进行轴颈连接，该带轮有皮带接合表面；

复合弹簧(12)，该复合弹簧(12)有离合器部分(22)、过渡部分(23)和可变直径部分(24)，

所述过渡部分在未负载状态下有螺旋形状，具有从所述离合器部分至位于所述可变直径部分(24)的端部处的复合弹簧的凸片(25)增大的直径；

所述离合器部分的直径能够沿加载方向减小，用于沿该加载方向与所述带轮进行摩擦接合，

所述离合器部分的摩擦接合能够沿卸载方向从所述带轮逐渐释放，

所述可变直径部分有根据扭矩负载而变化的直径；以及

惯性部件(74)，该惯性部件(74)通过阻尼部件(75)而与固定在毂(11)上的端帽(110)接合。

2.如权利要求1所述的隔离断开器，其中：所述阻尼部件包括弹性体材料。

3.根据权利要求1所述的隔离断开器，其中：所述带轮在衬套上与所述毂进行轴颈连接。

4.根据权利要求1所述的隔离断开器，其中：所述离合器部分沿卷绕方向加载。

5.根据权利要求1所述的隔离断开器，其中：所述复合弹簧包括扭转弹簧。

6.根据权利要求1所述的隔离断开器，其中：所述带轮包括多肋的皮带接合表面。

7.根据权利要求1所述的隔离断开器，其中：所述隔离断开器还包括复合弹簧凹部，用于容纳润滑剂。

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