CN108884802A - 用于设置有改进的自由轮的机动车辆的热机的起动器 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及一种具有以N.m为单位的最大扭矩Cmax的起动器，包括：小齿轮，属于装配在驱动轴上的起动器驱动组件，所述起动器驱动组件在非操作位置和操作位置之间是可动的；前轴承，其装配在装配件和所述驱动轴之间以便引导所述驱动轴、起动器驱动组件的旋转；自由轮(73)，包括：从动环(76)，在其外周边上包括具有以mm测量的半径R的内轨道(77)，以及驱动环(78)，其包括在其内周边上的斜面(79)；以及N个辊(82)，每个分别装配在所述内轨道(77)和相应的斜面(79)之间，每个辊(82)包括一销(Y)，其具有以mm为单位测量的轴向长度L和以mm为单位测量的半径r，其特征在于，所述自由轮(73)的尺寸符合以下关系：ε＝((Cmax/(1000N^5/2*L*0.05))*((R+r)/(R*r))^5/2)^√2并且ε在300和700之间。

Description

用于设置有改进的自由轮的机动车辆的热机的起动器

技术领域

本发明涉及一种用于设置有改进的自由轮的机动车辆的热机的起动器。

背景技术

为了起动内燃机，特别是机动车辆的内燃机，已知使用设置有启动器的起动器形式的旋转电机，该启动器可通过起动器环形齿轮将起动器的旋转能量传递到热机的曲轴。

该启动器装配成例如在静止位置和活动位置之间在驱动轴上是可平移移动的，在静止位置，驱动小齿轮的齿与与热机的曲轴为一体的起动器环形齿轮的齿脱离，以及在活动位置，驱动小齿轮的齿与起动器环形齿轮的齿啮合。启动器和驱动轴之间的连接经由设置在驱动单元中的肋形成，该肋与设置在驱动轴中的互补形式的肋协作。

以已知的方式，启动器包括自由轮，该自由轮具有轴向插入在驱动单元和小齿轮之间的辊。自由轮包括与驱动小齿轮一体旋转的从动环，在其外周上包括称为“内轨道”的辊支撑表面，以及与驱动单元一体的从动环，包括在其内周边上的斜面。每个辊装配在内轨道和相应的斜面之间。然而，在起动器的致动阶段期间，特别是在驱动单元抵靠设置在带有肋的连接件上的肩部的冲击的时刻，自由轮的不同元件倾向于突然彼此间隔开，因为在内部组件间隙的肋上停止的存在。这种现象在轨道边缘产生局部压力，从而产生抗部件疲劳的问题。

发明内容

本发明的目的是要通过提出一种具有以N.m为单位的最大扭矩Cmax的起动器来消除该缺点，该起动器包括：

-属于装配在驱动轴上的启动器的小齿轮，该启动器可在静止位置和活动位置之间是可动的；

-装配在支撑件和驱动轴之间的前轴承，以便引导驱动轴旋转，包括与驱动轴的螺旋肋协作的螺旋肋的启动器，在静止位置和活动位置之间，并且在活动位置，启动器邻接驱动轴的肩部；

-自由轮，包括：

-从动环，在其外周上包括具有以mm为单位测量的半径的内轨道，所述从动环与所述小齿轮一体旋转；和

-驱动环，在其内周边上包括斜面，当启动器处于活动位置时，驱动环与驱动轴一体旋转；

-N个辊，每个辊装配在内轨道和相应的斜面之间，每个辊包括一轴线，该轴线具有以mm为单位测量的轴向长度和以mm为单位测量的半径，

其特征在于，自由轮的尺寸使其符合以下等式：

ε＝((Cmax/(1000N^5/2*L*0.05))*((R+r)/(R*r))^5/2)^√2

并且ε在300到700之间。

系数ε的值减小25％使得可以将起动器的操作循环次数乘以2。符合范围ε的起动器的定义使得可以在所谓的“肋上的停止”起动器配置中显著降低辊和环之间的接触压力水平。另外，系数ε的值大于300的事实使得可以不具有相对于所需的过大尺寸的自由轮。实际上，过大尺寸的自由轮产生更大体积的自由轮，这改变了起动器的体积，因此在车辆的发动机部分中需要更多的空间，这对于某些车辆是不可能的。

系数ε的值小于700的事实使得可以使自由轮的循环次数为250,000。

例如，当系数ε的值等于600时，对于介于2和2.2之间的起动器的自由轮，可以获得400,000个循环。

对于2和2.2kW之间的相同起动器，除了自由轮具有这样的尺寸之外，即，ε的系数值为1200从150,000次循环使用。

根据一个实施例，起动器包括小齿轮保持器，该小齿轮保持器包括小齿轮保持器轴，该小齿轮保持器轴在其一个端部处具有从动环。

根据一个实施例，起动器的长度L在6和15mn之间，并且R+r的总和<20mm。

根据一个实施例，起动器包括40N.m的阻挡转子起动器的最大扭矩Cmax。

根据一个实施例，从动环与小齿轮保持器轴为单件的，并且由与其相同的材料制成。

根据一个实施例，小齿轮保持器轴在其另一端包括带肋部分，小齿轮通过具有互补形式的肋一体地旋转地装配在小齿轮保持器的带肋部分上。

根据一个实施例，起动器包括驱动单元，该驱动单元包括驱动环，驱动单元还包括与驱动轴的螺旋肋接合的螺旋肋。

根据一个实施例，自由轮通过控制杆和在静止位置和活动位置之间的螺旋肋是可平移移动的。

根据一个实施例，自由轮包括预加载的弹簧，每个弹簧装配在斜面的边缘和相应的辊之间。

根据一个实施例，装配在驱动轴上的驱动小齿轮定位在起动器的支撑件外部。这改善了这种类型的系统的抗疲劳性，当启动器处于活动位置时，由于轴的悬垂而产生显著的内应力。

根据一个实施例，起动器还包括基板，该基板支撑环形齿轮并且包括：

-小金属板；

-装配在驱动轴上的衬套，以便驱动导轴旋转；

-塑料部分，该塑料部分在小金属板和衬套上包覆成型，以使它们彼此成为一体；

-塑料部分包括在衬套的外周边和小板的内周边之间的塑料层。小板的金属和轴承之间的塑料层使得可以承受由衬套采用的、由驱动轴的弯曲产生的角度，以便限制车载过大的压力。

根据一个实施例，小金属板包括主要部分和肩部，该肩部在位于衬套侧的端部上相对于主要部分轴向延伸。由于通过形成肩部而获得的小金属板的局部过厚，这使得可以限制衬套相对于基板的悬垂，并因此在起动器正在操作时使塑料在衬套周围受到较小的应力。

根据一个实施例，衬套的轴向长度大于小金属板的主要部分的轴向厚度。本发明对于这种类型的配置是特别有利的，其中衬套和基板之间的悬伸是实质性的。

根据一个实施例，塑料部分包括至少两个装配在带齿环形齿轮和轭部之间的止动部件。这使得可以将带齿环形齿轮径向地保持在轭部中。

根据一个实施例，带齿环形齿轮包括从带齿环形齿轮的外周边延伸的突起。

根据一个实施例，阻尼柱装配在突起和塑料部分的止动部件之间。这种类型的配置使得可以阻尼由环形齿轮承受的冲击。

附图说明

通过阅读以下描述并检查伴随它的附图，将更好地理解本发明。这些图纯粹是为了说明而提供的，并不以任何方式限制本发明。

图1是根据本发明的机动车辆热机的起动器的纵向剖视图；

图2a是根据本发明的减速器的纵向剖视图的详细视图；

图2b是根据本发明的支撑减速器的环形齿轮的基板的横截面视图；

图2c表示根据本发明的基板的肩部和衬套之间的区域的横截面的详细视图；

图3是透视图，其示出了根据本发明的减速器的环形齿轮与基板的装配；

图4是图1中具有起动器的辊的自由轮的横截面示意图；

图5表示弹簧圈的表面状态，该弹簧圈经过预应力喷丸处理并与图1中的起动器一起用于保持基板；

图6示出了分别针对还未经受喷丸处理的弹簧圈和已经受到预应力喷丸处理的弹簧圈的根据材料中的深度的弹性止动环的残余应力的水平曲线；

图7示出了代表了弹簧圈的抗疲劳性的所谓的曲线，其指示在给定应力水平下，有或没有预应力喷丸处理的弹簧圈可以承受的循环次数。

相同、相似或类似的元件保持从一个图到另一个图保持相同的附图标记。在下面的描述中，将从后部到前部使用轴向方向，对应于图1中从右到左的方向。换句话说，前部元件位于驱动小齿轮15侧，而后部元件位于相反侧，即位于后凸缘39侧上。

具体实施方式

参考图1，根据本发明的起动器10包括驱动轴11和装配在驱动轴11上并包括驱动小齿轮15的启动器12。此外，电马达16包括电感器定子17和同轴装配的感应转子18。定子17围绕转子18，转子18装配在电马达16的轴19上。转子18可围绕轭部21内的轴线X旋转。后者与起动器10的金属支撑件23是一体的，该金属支撑件设计为固定在机动车辆的固定部分上。

定子17包括由轭部21的内周边支撑的多个感应磁极26。作为变型，定子17包括电感器绕组，该电感器绕组包括两对绕组，每对绕组缠绕在与轭部21一体的极靴上。每个绕组由在极靴的厚度方向上缠绕在极靴上的连续导体组成，例如形成具有增大直径的同心连续匝。

转子18包括一组板，这些板设置有用于以销的形式装配电导体的凹槽。这些导体彼此连接，以便形成与属于集电器31的导电条30相关联的转子绕组27，其具有与电马达16的轴19成一体的电绝缘体。作为变型，绕组27有连续的电线。

电刷34在集电器31的集电器条30上摩擦，以便向转子绕组27供电。电刷34属于电刷保持器35，电刷保持器35配备有用于引导和接收电刷34的笼子。这些电刷34是通过弹簧36(例如螺旋型)在集电器条30的方向上承受应力。电刷保持器35与金属后凸缘39是一体的，金属后凸缘39在其中心部分具有用于装配滚针轴承类型的轴承40的容纳部。凸缘39用于与电马达16的轴19的后端的旋转装配。轴19的前端经由具有减小的横截面的部分在设置在驱动轴11后部的孔内穿过，衬套43介于这两个元件19,11之间。

轴19的轴线与转子18的轴线X和驱动轴11的轴线重合。后凸缘39用作轭部21后端的定心装置，并通过拉杆连接到起动器10的支撑件23。金属轭部21夹在金属支撑件23和金属后凸缘39之间。

起动器10还包括电磁接触器46，该电磁接触器46平行于电马达16延伸，同时在电马达16的上方径向地植入。接触器46具有由支撑件23支撑的金属容器47，并且配备有设置有至少一个绕组的励磁线圈48。容器47在后部由盖49封闭，盖49由电绝缘材料制成。盖49通过折回容器47的自由端的材料而固定。

端子50,51形成为使得它们各自在盖49内形成固定触点。端子50中的一个设计成连接到电池的正极端子，而另一个端子51通过电缆连接到具有正极性的电刷34。以已知的方式，在线圈48的激励期间，可动芯54在固定芯55的方向上被磁吸引力吸引，首先是为了在消除支撑可动触点57的杆56上的间隙之后起作用，以便产生接触器46的触点50,51的闭合并向起动器10的电马达16供电，其次是为了致动启动器12的控制杆58。

驱动轴11装配成例如借助于小齿轮保持器62在支撑件23的前轴承61中旋转。该前轴承61，其能够引导驱动轴11的旋转，例如由滚珠轴承构成。小齿轮保持器62包括空心轴63，以便允许驱动轴11通过。两个轴承64介于驱动轴11的外周边和小齿轮保持器轴63的内周边之间，以便允许两个元件11,63之间的相对旋转运动。小齿轮保持器轴63的外周边与前轴承61的内周边接触。

驱动小齿轮15通过设置在小齿轮的内周边中的轴向肋与设置在小齿轮保持器轴63的外周边中的互补形式的轴向肋接合而与小齿轮保持器轴63一体旋转地装配。此外，减震装置67包括弹簧68，弹簧68在静止状态下将小齿轮15推向止动件69。在与起动器环形齿轮的齿冲击的情况下，弹簧68通过小齿轮15的平移位移而被压缩，其然后倾向于相对于止动件69退回。将认识到，小齿轮15装配在驱动轴11上位于起动器10的支撑件23的外侧。这种类型的起动器10的所谓的“突起小齿轮”配置由于当启动器12处于活动位置时驱动轴11的悬垂而产生大量内部应力。

启动器12装配成例如在驱动轴11上滑动，并且包括驱动单元72和自由轮73，驱动单元72构造成由枢转控制杆58致动，自由轮73具有轴向介于驱动单元72和小齿轮保持器62之间的辊。

该自由轮73包括位于小齿轮保持器轴63的后端侧的从动环76。从动环76在其外周边上包括内轨道77，其可在图4中清楚地看到。根据一个实施例，从动环76与小齿轮保持器轴63为单件的，并由与其相同的材料制成。此外，驱动单元72包括自由轮73的驱动环78，在其内周上设有斜面79。因此，当启动器12处于活动位置时，驱动环78经由驱动单元72与轴11一体旋转。具有轴线Y的多个辊82装配在内轨道77和相应的斜面79之间。

自由轮73包括多个预加载弹簧83，每个预加载弹簧装配在斜面79的边缘和相应的辊82之间。自由轮73的锁定方向由箭头A示出(参见图4)。

自由轮73优选地具有使得其符合以下等式的尺寸：

ε＝((Cmax/(1000N^5/2*L*0.05))*((R+r)/(R*r))^5/2)^√2

在这个表达式中指定：N是处于5/2次幂，表达式(R+r)/(R*r)是处于5/2次幂，总体是处于2的根方，其中：

-Cmax是以N.m表示的起动器的最大扭矩。扭矩Cmax是在转子被电压和电阻等于电池的电压和电阻以及相关应用的电池和起动器之间的相应接线的电压和电阻阻挡的情况下测量的。

-N是辊82的数量；

-R是内轨道77的半径；

-L是根据轴线Y测量的每个辊82的轴向长度；和

-r是每个辊82的半径；

-尺寸R，L和r是以mm为单位测量的。

ε在300和700之间。

系数ε的值减小25％使得可以将起动器的操作循环次数乘以2。符合范围ε的起动器的定义使得可以显著降低辊82和环76,78之间的接触压力水平，同时优化起动器10的尺寸。

例如，对于2L柴油发动机，将选择起动器使得其在起动器处的和由起动器产生的Cmax通常在35至40Nm之间。

例如，L在6至15mn之间，R+r之和<20mm，系数ε的值约为500±10％，对于在转子被阻挡的情况下最大扭矩为40N.m的起动器，使得可以获得相对于停止和起动类型的起动器的磨损的自由轮的体积的良好优化，即，具有车辆一处于静止时就断开的发动机的车辆的良好优化。

驱动单元72还包括垫圈86，垫圈与驱动单元72的横向壁一起限定用于接收叉形式的杠杆58的下端的指状部的凹槽。杠杆58的上端以已知的方式铰接装配在杆87上，杆87经由弹簧88弹性连接到可动芯54，弹簧88被称为齿-齿弹簧，容纳在可动芯54中。

驱动单元72在其内部设置有螺旋肋90，螺旋肋90以互补的方式与外螺旋齿91啮合，外螺旋齿91在其具有最大直径的后端附近由驱动轴11支承(参见图1)。因此，结合自由轮73的启动器12通过平移运动在其被杠杆58移位时，在小齿轮15从热机的起动器环形齿轮脱离的静止位置和小齿轮15与热机的起动器环形齿轮啮合的活动位置之间被驱动。在活动位置，驱动单元72邻接设置在驱动轴11的齿91之间的肩部93。驱动轴11的肩部93轴向地位于基板106和前轴承61之间。

而且，如在图2a中可以清楚地看到的，在转子18的轴和驱动轴11之间装配有外摆线齿轮系形式的减速器96。更具体地说，驱动轴11的后端是被配置成与行星托架97的板例如通过压接为一体的。托架小齿轮101首先与形成外行星轮的环形齿轮102接合，其次与小齿轮103接合，该小齿轮103与形成减速器96的内行星轮的转子轴19的前端为一体的。托架小齿轮101被装配成例如每个都可以围绕由行星托架97支撑的轴自由旋转。至少有两个托架小齿轮101。在这种情况下，使用三个托架小齿轮101。

环形齿轮102由基板106支撑，基板106在图2b中详细示出，并且通过压接在所述头部21和起动器10的支撑件23之间而与发动机的轭部21为一体的。基板106包括小金属板107，装配在驱动轴11上以引导驱动轴11旋转的衬套108，以及包覆模制在小板107和衬套108上的塑料部分109，以便使它们彼此成为一体的。

塑料部分109包括位于衬套108的外周边和对应于小板107的界定了用于轴11通过的中心开口116的边缘的小板107的内周边之间的塑料层112。在图2c中可以清楚地看到这种类型的层112，使得可以承受由轴11的弯曲产生的轴套108所采用的角度，以便限制板上的过大压力。

该塑料层112的厚度E至少为0.5mm。为了使驱动轴11施加的压力最小化，可以使用轴向长度大于5mm的衬套108。

在图2b和2c的实施例中，小金属板107包括主要部分114和肩部115，肩部115相对于主要部分114在位于衬套108侧的小板107的一端上轴向延伸。因此，肩部115位于小板107的内周边上，围绕小板107中的中心开口116，而主要部分114从肩部115延伸远至小板107的外周边。

因此，小板107在位于衬套108侧上的端部处具有附加厚度。衬套108的轴向长度L1大于小板107的主要部分114的轴向厚度L2。

另外，如在图3中可以清楚地看到的，塑料部分109包括至少两个装配在环形齿轮102和轭部21之间的止动部件120。这些止动部件120围绕环形齿轮102周向延伸，使得可以将环形齿轮102径向地保持在轭部21中。环形齿轮102，其被添加到基板106上，包括从所述环形齿轮102的外周边延伸的突起121。阻尼柱122装配在环形齿轮102的突起121和塑料部分109的止动部件120之间。这种类型的配置使得可以阻尼由例如由金属制成的环形齿轮102所承受的冲击。

作为变型，环形齿轮102形成塑料部分109的一部分。在这种情况下，环形齿轮102的齿用塑料部分109的轴向环形壁模制。

另外，为了确保基板106的楔入，保持元件125(例如呈弹簧圈的弹性止动环的形式)定位在驱动轴11的凹槽126中，以便邻接基板106(参见图2a)。弹性止动环125呈开口环形式的，其可通过工具弹性变形，以便允许其定位在凹槽126内。为了吸收冲击，弹簧圈125支撑在金属支撑件141上，其支撑在基板108的塑料部分109上。

如图5所示的，弹性止动环125包括至少在其径向面上预应力喷丸的冲击痕迹133，所述径向面位于基板106的对面。为了防止弹性止动环125在预应力状态下变形，预应力喷丸的冲击痕迹位于弹性止动环125的两个径向面的侧面上。

如图6中的曲线C1所示的，与位于0和20μm之间的材料深度处的预应力喷丸的冲击痕迹相关的残余压缩应力包含在-600和-1000MPa之间。相比之下，未经受预应力喷丸处理的弹性止动环的残余应力(参见曲线C2)是正的。

施加到弹性止动环125的预应力喷丸可以与在生产过程结束时实施的清洁喷丸或去毛刺区别开来，并且不能获得在-600和-1000Mpa之间的压缩应力。特别地，在预应力喷丸的情况下介质的冲击强度远大于在清洁喷丸的情况下的。

因此，通过在弹性止动环125的厚度中产生与使用中的应力产生的牵引应力(正应力)相反的压缩应力(负应力)，本发明使得可以显著改善弹性止动环125的抗疲劳性。

实际上，如图7所示的，对于给定的工作应力σ，经过预应力喷丸处理的弹性止动环125承受的循环次数N1(参见曲线C3)远大于经过简单的清洁喷丸处理的弹性止动环125承受的循环次数N2。

根据一个实施例，弹性止动环125由钢制成，并且已经经过贝氏体硬化处理。弹性止动环125的厚度例如约为2mm±10％。

将认识到，前面的描述纯粹是作为示例提供的，并不限制本发明的领域，与其的背离不会通过用任何其他等同物替换不同的元件来构成。

Claims (14)

1.一种具有以N.m为单位的最大扭矩Cmax的起动器(10)，包括：

-属于装配在驱动轴(11)上的启动器(12)的小齿轮(15)，所述启动器(12)在静止位置和活动位置之间是可动的；

-前轴承(61)，该前轴承装配在支撑件(23)和所述驱动轴(11)之间，以便引导所述驱动轴(11)旋转，启动器(12)包括与所述驱动轴(11)的螺旋肋协作的螺旋肋，在静止位置和活动位置之间，以及在所述活动位置，所述启动器(12)邻接所述驱动轴(11)的肩部(93)；

-自由轮(73)，包括：

-从动环(76)，该从动环在其外周边上包括内轨道(77)，该内轨道具有以mm为单位测量的半径R，所述从动环(76)与所述小齿轮(15)是一体旋转的；和

-驱动环(78)，该驱动环在其内周边上包括斜面(79)，当所述启动器(12)处于活动位置时，所述驱动环(78)与所述驱动轴(11)是一体旋转的；

-N个辊(82)，每个辊装配在所述内轨道(77)和相应的斜面(79)之间，每个辊(82)包括轴线(Y)，该轴线(Y)具有以mm为单位测量的轴向长度L和以mm为单位测量的半径r，

其特征在于，所述自由轮(73)的尺寸使其符合下列等式：

ε＝((Cmax*/(1000N^5/2*L*0.05))*((R+r)/(R*r))^5/2)^√2并且ε在300和700之间。

2.根据权利要求1所述的起动器，其特征在于，它包括小齿轮保持器(62)，该小齿轮保持器包括小齿轮保持器轴(63)，该小齿轮保持器轴在其一个端部处具有所述从动环(76)。

3.根据权利要求2所述的起动器，其特征在于，所述从动环(76)与小齿轮保持器轴是单件的，并且由与其相同的材料制成。

4.根据权利要求2或3所述的起动器，其特征在于，所述小齿轮保持器轴(63)在其另一端包括带肋部分，所述小齿轮通过具有互补形式的肋一体旋转地装配在所述小齿轮保持器(62)的所述带肋部分上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的起动器，其特征在于，它包括驱动单元(72)，该驱动单元包括所述驱动环(78)，所述驱动单元(72)还包括与驱动轴(11)的螺旋肋接合的螺旋肋。

6.根据权利要求5所述的起动器，其特征在于，所述自由轮(73)通过控制杆(58)和螺旋肋在静止位置和活动位置之间是可平移移动的。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的起动器，其特征在于，所述自由轮(73)包括预加载弹簧(83)，每个预加载弹簧装配在斜面(79)的边缘和相应的辊(82)之间。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的起动器，其特征在于，装配在所述驱动轴(11)上的所述驱动小齿轮(15)定位在所述起动器(10)的支撑件(23)的外侧。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的起动器，其特征在于，它还包括基板(106)，该基板支撑环形齿轮(102)并且包括：

-小金属板(107)；

-衬套(108)，该衬套装配在所述驱动轴(11)上以便驱动所述引导轴(11)旋转；

-塑料部分(109)，该塑料部分包覆模制在所述小金属板(107)和所述衬套(108)上以便使它们彼此为一体的；

-所述塑料部分(109)包括在所述衬套(108)的外周边和所述小板(107)的内周边之间的塑料层(112)。

10.根据权利要求9所述的起动器，其特征在于，所述小金属板(107)包括主要部分(114)和肩部(115)，该肩部(115)相对于所述主要部分(114)在位于所述衬套(108)侧上的一端上轴向延伸。

11.根据权利要求10所述的起动器，其特征在于，所述衬套(108)的轴向长度(L1)大于所述小金属板(107)的所述主要部分(114)的轴向厚度(L2)。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的起动器，其特征在于，所述塑料部分(109)包括至少两个装配在所述带齿环形齿轮(102)和轭部(21)之间的止动部件(120)。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的起动器，其特征在于，所述带齿环形齿轮(102)包括从所述带齿环形齿轮(102)的外周边延伸的突起(121)。

14.根据权利要求12和13所述的起动器，其特征在于，阻尼柱(122)装配在所述突起(121)和所述塑料部分(109)的所述止动部件(120)之间。