CN109154378B - 隔离解耦器 - Google Patents

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Abstract

一种隔离解耦器，其包括：具有外表面的轴；带轮，其围绕所述轴旋转地接合；扭转弹簧，其具有第一区段和第二区段，所述第一区段具有大直径，所述第二区段具有小直径，所述大直径大于所述小直径，所述扭转弹簧与带轮接合；卷绕弹簧，其内径小于所述外表面的外径，卷绕弹簧与所述外表面摩擦接合，扭转弹簧具有固定地连接到所述卷绕弹簧的端部，扭转弹簧沿卷绕方向被加载，由此扭转弹簧的每个线圈的直径随着负载增加而以渐进的顺序减小，所述第二区段设置在卷绕弹簧的径向外侧，使得所述第二区段在负载状态期间径向向内移动以便夹紧卷绕弹簧，所述带轮包括这样的构件，所述构件布置成在发生预定负载状态时从轴的外表面逐渐释放卷绕弹簧。

Description

隔离解耦器
技术领域
本发明涉及一种隔离解耦器，更具体地，本发明涉及一种具有扭转弹簧的隔离解耦器，所述扭转弹簧具有拥有大直径的第一区段和拥有小直径的第二区段，该第二区段设置在卷绕弹簧的径向外侧，使得第二区段在负载状态期间径向向内移动以便将卷绕弹簧逐渐夹紧到轴。
背景技术
由于更好的燃料经济性的益处，用于客车应用的柴油发动机日益增加。此外，汽油发动机逐渐增加压缩比以便改善燃料效率。结果，由于发动机中的上述变化，柴油发动机和汽油发动机辅助驱动系统必须克服来自曲轴的更大幅度的振动。
由于曲轴振动增加再加上高加速/减速率以及交流发电机的高惯性，因此发动机辅助驱动系统经常由于皮带打滑而产生皮带的吱吱噪声。这也会缩减皮带的使用寿命。
曲轴隔离器/解耦器和交流发电机解耦器/隔离器已广泛用于具有高角振动的发动机，以便过滤发动机运行速度范围内的振动并且还控制皮带的吱吱噪声。
本领域的代表是美国专利号8,931,610，其公开了一种隔离器解耦器，所述隔离器解耦器包括：带轮；轴，所述带轮在低摩擦衬套上被轴颈支承于所述轴；弹簧支架，带轮在低摩擦衬套上被轴颈支承于所述弹簧支架，所述弹簧支架在低摩擦衬套上被轴颈支承于所述轴；联接在带轮和弹簧支架之间的扭转弹簧；与轴摩擦接合的单向离合器弹簧，所述单向离合器弹簧联接到弹簧支架并且设置在扭转弹簧的径向内侧，带轮能够暂时接合单向离合器弹簧的端部，由此暂时削弱单向离合器弹簧与轴的摩擦接合。
所需要的是一种具有扭转弹簧的隔离解耦器，该扭转弹簧具有拥有大直径的第一区段和拥有小直径的第二区段，该第二区段设置在卷绕弹簧的径向外侧，使得第二区段在负载状态期间径向向内移动以便将卷绕弹簧逐渐地夹紧到轴。本发明满足了该需要。
发明内容
本发明的主要方面是一种具有扭转弹簧的隔离解耦器，该扭转弹簧具有第一区段和第二区段，所述第一区段具有大直径，所述第二区段具有小直径，该第二区段设置在卷绕弹簧的径向外侧，使得第二区段在负载状态期间径向向内移动以便逐渐将卷绕弹簧夹紧到轴。
通过下面的对本发明的描述和附图，本发明的其他方面将被指出或变得显而易见。
本发明包括一种隔离解耦器，其包括：轴，所述轴具有外表面；带轮，所述带轮围绕所述轴旋转地接合；扭转弹簧，所述扭转弹簧具有第一区段和第二区段，所述第一区段具有大直径，所述第二区段具有小直径，所述大直径大于所述小直径，所述扭转弹簧与所述带轮接合；卷绕弹簧，所述卷绕弹簧的内径小于所述外表面的外径，所述卷绕弹簧与所述外表面摩擦接合，所述扭转弹簧具有固定地连接到卷绕弹簧的端部，所述扭转弹簧沿着卷绕方向被加载，所述扭转弹簧的每个线圈的直径随着负载增加以渐进的顺序减小，所述第二区段设置在卷绕弹簧的径向外侧，使得第二区段在负载状态期间径向向内移动以便夹紧所述卷绕弹簧，所述带轮包括这样的构件，所述构件设置成在发生预定负载状态下从所述轴的外表面逐渐释放所述卷绕弹簧。
附图说明
包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的优选实施例，所述附图与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是装置的横截面视图；
图2是图1中的装置的分解视图；
图3是扭转弹簧保持器的透视图；
图4是扭转弹簧的透视图；
图5是卷绕弹簧的透视图；
图6是替代实施例的横截面视图；
图7是图6中的替代实施例的分解图；
图8是替代的保持器的透视图；
图9是替代的扭转弹簧的透视图；
图10是替代的卷绕弹簧的透视图；
图11是替代实施例的横截面视图；
图12是图11中的替代实施例的分解图。
具体实施方式
图1是该装置的横截面视图。隔离解耦器包括带轮30、扭转弹簧70、轴80、轴承10、单向离合器卷绕弹簧20、扭转弹簧保持器构件40、衬套50和防尘盖60。
带轮30经由轴承10和衬套50而可旋转地安装在轴80上。衬套50设置在构件40和轴80之间。构件40包括外周表面41。构件40压配合到带轮30。轴承10是球轴承或者本领域已知的任何其他合适的轴承，例如滚针轴承、滚子轴承等。
单向离合器构件卷绕弹簧20利用轻微的直径干涉而安装在轴80上，即，卷绕弹簧的表面25的内径略微小于轴80的外径，特别是小于轴的表面81的外径。卷绕弹簧20的内表面25接合轴80的外表面81。该外表面81具有直径(Y)。
图2是图1中的装置的分解图。扭转弹簧70连接在构件40和卷绕弹簧20之间。在端部71处的一个或多个线圈通过与表面41的外径相比略微更小的内径而摩擦地抓持表面41。扭转弹簧70的端部72通过焊接、激光焊接、粘合剂或其他合适的方法而直接连接到卷绕弹簧20的端部。所述装置围绕轴线A﹣A旋转。
扭转弹簧70包括线圈区段22和线圈区段23。区段22具有比区段23更小的(小)直径(MM)，所述区段23具有大直径(MD)。小直径(MM)比大直径(MD)小一尺寸“X”。区段22直接设置在卷绕弹簧20的径向外侧。
在无负载状态期间，扭转弹簧70的区段22在其小直径MM和卷绕弹簧20的外表面之间具有小的间隙。例如，两者之间的径向间隙介于0.05mm至0.2mm的范围内。
当由皮带(未示出)向带轮30施加负载时，通过接合保持器40的端部71而沿卷绕方向加载扭转弹簧70。同样也沿卷绕方向加载卷绕弹簧20。
扭转弹簧70的连接到卷绕弹簧20的另一个端部抵抗扭转加载，这是因为卷绕弹簧20由于其通过表面25的轻微过盈配合而摩擦锁定到轴80上。随着带所施加的负载逐渐增加，扭转弹簧70的直径相对于轴线A﹣A在径向方向上减小。在某些时刻，扭转弹簧70的区段22接触卷绕弹簧20的外表面21。
举例来说，扭转弹簧的刚度约为0.3﹣0.4Nm/度，扭转弹簧的最大扭矩加载约为18﹣22Nm。扭转弹簧的端部71超过端部72的总角位移大约为55度至60度。最大负载下的扭转弹簧的大直径减小量约1.3﹣1.6mm。
扭转弹簧的区段22和卷绕弹簧外表面21之间的初始接触发生在端部71超过端部72大约10度至15度的角位移处，例如其大约为4﹣6Nm的负载。本文提供的数字是示例性的，并不旨在限制本发明的范围。
当扭转弹簧70和卷绕弹簧20彼此接触时，区段22的内表面71接合卷绕弹簧20并且开始挤压所述卷绕弹簧。此时，扭转弹簧的弯曲应力不会超过4﹣6Nm，因为扭转弹簧被锁定在卷绕弹簧上而不存在弯曲的可能性。扭转弹簧70的区段22用作卷绕弹簧，所述卷绕弹簧又卷绕在卷绕弹簧20上。实际上，卷绕弹簧20被夹在扭转弹簧70和轴的表面81之间。然后扭转弹簧的区段22通过卷绕弹簧20的本体而将扭转负载从扭转弹簧70直接传递到轴80而没有将扭转负载加载到所述卷绕弹簧。这具有增加装置的扭矩承载能力的效果，增加后的扭矩承载能力超过仅由卷绕弹簧传递负载时将实现的扭矩承载能力。
图3是扭转弹簧保持器的透视图。随着负载增加，区段23的每个线圈以渐进的顺序通过直径的径向减小来接合卷绕弹簧。
作为最大负载安全特征，由于随着负载增加而扭转弹簧逐渐卷紧，突片42将接近并且然后接合卷绕弹簧的端部24。随着负载增加，扭转弹簧70更紧密地卷绕，并且突片42前进然后按压弹簧20的端部24，这具有使端部24在解绕方向上前进的效果，从而使得卷绕弹簧20的直径增大，从而减小或释放所述卷绕弹簧在轴的表面81上的抓持。这可以保护装置免于在过量扭矩状况下被损坏。
图4是扭转弹簧的透视图。扭转弹簧70的端部71摩擦地抓持表面41。这通过扭转弹簧端部线圈或多个扭转弹簧端部线圈来实现，所述扭转弹簧端部线圈的内径略微小于表面41的外径。端部72焊接到卷绕弹簧20。
图5是卷绕弹簧的透视图。在过量扭矩状态下，突片42压在端部24上以便使弹簧20解绕，从而逐渐释放所述弹簧在表面81上的抓持。突片42沿轴向方向延伸。端部26如本文所述的那样被焊接到扭转弹簧70的端部72。
图6是替代实施例的横截面视图。除非在此描述，否则该替代实施例的部件如第一实施例所述的那样。
扭转弹簧700连接在构件400和卷绕弹簧200之间。在端部710处的线圈或多个线圈通过与表面410的内径相比略微更大的线圈外径而摩擦地抓持表面410。扭转弹簧700的端部720通过焊接、激光焊接、粘合剂或其他合适的方法而直接连接到卷绕弹簧200的端部250。
该装置围绕轴线A﹣A旋转。衬套500与轴承10一起允许带轮30相对于保持器400和轴80旋转。保持器400固定到或压配合到轴80。
扭转弹簧700包括线圈区段220和线圈区段230。区段220具有比区段230更小的(小)直径(MM)，所述区段230具有大直径(MD)。小直径(MM)比大直径(MD)小一尺寸“Z”。区段230相对于A﹣A直接设置在卷绕弹簧200的径向内侧。
在无负载的状况期间，扭转弹簧700的区段230在其大直径MD和卷绕弹簧200的内表面之间具有小的间隙。例如，两者之间的径向间隙介于0.05mm至0.2mm的范围内。
当通过皮带(未示出)向带轮30施加负载时，扭转弹簧700沿解绕方向加载。这是由于卷绕弹簧200的外表面260与带轮的内表面31接合。卷绕弹簧200沿解绕方向加载。卷绕弹簧200向扭转弹簧700加载。卷绕弹簧200在端部250处连接到扭转弹簧700，参见图10。
扭转弹簧700的连接到保持器400的另一个端抵部抗扭转加载，这是因为卷绕弹簧200由于其轻微的过盈配合而摩擦锁定到带轮的表面31。随着皮带所施加的负载增加，扭转弹簧700的直径相对于轴线A﹣A在径向方向上逐渐增加。在某些时刻，扭转弹簧700的区段230接触卷绕弹簧200的内表面210。
举例来说，扭转弹簧刚度约为0.3﹣0.4Nm/度，扭转弹簧的最大扭矩加载约为18﹣22Nm。扭转弹簧的端部71超过端部72的总角位移约为55度至60度。扭转弹簧70在最大负载下的大直径减小量约为1.3mm﹣1.6mm。
扭转弹簧的区段230和卷绕弹簧的内表面210之间的初始接触发生在端部720超过端部710的大约10度至15度的角位移处，例如，其大约为4﹣6Nm的负载。
当扭转弹簧700和卷绕弹簧200彼此接触时，区段230的外表面720接合卷绕弹簧200且开始将所述卷绕弹簧向外压到表面31。此时扭转弹簧的弯曲应力不会超过4﹣6Nm，因为扭转弹簧被锁定在卷绕弹簧上而没有弯曲的可能性。扭转弹簧700的区段230用作为卷绕弹簧，其卷绕在卷绕弹簧200的径向内侧。实际上，卷绕弹簧200被夹在扭转弹簧700和带轮的表面31之间。
然后，扭转弹簧700的区段220将来自扭转弹簧700的扭转负载直接传递到轴80，而不会由于收缩效应而使卷绕弹簧承受拉伸负载。这具有增加装置的扭矩承载能力的效果，增加后的扭矩承载能力超过仅由卷绕弹簧传递负载时将实现的扭矩承载能力
作为最大负载安全特征，通过轴相对于带轮的角旋转，凸片420将接近且然后接合卷绕弹簧的端部240。在负载作用下，卷绕弹簧200沿解绕方向加载。随着负载增加，突片420前进然后按压弹簧200的端部240，这具有使端部240沿着卷绕弹簧的卷绕方向前进的效果，从而使卷绕弹簧200减小或释放其在带轮的表面31上的抓持。这防止装置在过量扭矩的状况下受到损害。
图7是图6中的替代实施例的分解视图。表面32成形为与多楔皮带接合。表面32还可以构造成接合本领域中已知的任何皮带，包括V形皮带或平带。
图8是替代的保持器的透视图。表面410摩擦地接合扭转弹簧700的端部710。
图9是替代的扭转弹簧的透视图。端部720如本文所述的那样被焊接到卷绕弹簧200的端部250。
图10是替代的卷绕弹簧的透视图。表面260摩擦地接合带轮30的表面31。
图11是替代实施例的横截面视图。在该替代实施例中，弹簧保持器40由保持器4000代替。保持器4000例如通过压配合、粘合剂或焊接而固定到带轮30。衬套50由滚针轴承5000代替。滚针轴承5000包括轴向突出的突片5001。突片5001与弹簧端部24接合。扭转弹簧70的端部71通过粘合剂、熔焊、软钎焊、硬焊或本领域中已知的其他方式而附接到保持器4000。端部71经由过盈配合而摩擦地抓持滚针轴承的外圈5002，这导致施加到外圈5002的径向法向力。表面31具有多楔形轮廓。
作为最大负载安全特征，通过带轮相对于轴的角旋转，突片5001将接近且然后接合卷绕弹簧20的端部24。在负载作用下，卷绕弹簧20沿卷绕方向加载。随着负载增加，扭转弹簧70卷绕地更紧，并且突片5001前进且然后按压弹簧20的端部24，这具有使端部24在卷绕弹簧的解绕方向上前进的效果，从而使得卷绕弹簧20的直径增大，从而减小或释放所述卷绕弹簧作用在轴表面81上的摩擦抓持。这保护装置免于在过量扭矩状况中被损坏。
图12是图11中的替代实施例的分解视图。滚针轴承5000包括从外圈5002延伸的突片5001。突片5001在平行于轴线A﹣A的轴向方向上延伸。
一种隔离解耦器，其包括：具有外表面的轴；带轮，其围绕所述轴旋转地接合；具有第一区段和第二区段的扭转弹簧，该第一区段具有大直径，该第二区段具有小直径，所述大直径大于小直径，该扭转弹簧与带轮接合；卷绕弹簧，其内径小于所述外表面的外径，该卷绕弹簧与所述外表面摩擦接合，该卷绕弹簧沿卷绕方向加载，所述扭转弹簧具有固定地连接到卷绕弹簧的端部，所述扭转弹簧沿卷绕方向加载，由此扭转弹簧的每个线圈的直径随着负载增加而以渐进的顺序减小，所述第二区段设置在卷绕弹簧的径向外侧，使得第二区段在负载状态期间径向向内移动以便夹紧卷绕弹簧，所述带轮包括设置成在预定的负载状态下逐渐从轴的外表面释放卷绕弹簧的构件。
一种隔离解耦器，其包括具有外表面的轴；带轮，其围绕轴旋转地接合；具有第一区段和第二区段的扭转弹簧，该第一区段具有第一直径，该第二区段具有第二直径，所述第一直径不等于第二直径，所述扭转弹簧与带轮接合；单向离合器构件，其与所述外表面摩擦接合，所述单向离合器构件沿卷绕方向加载，所述扭转弹簧具有固定地连接到单向离合器构件的端部，所述扭转弹簧沿卷绕方向加载，由此扭转弹簧的每个线圈的直径随着负载增加而以渐进的顺序改变，所述第二区段设置在单向离合器构件的径向外侧，使得该第二区段在负载状态期间径向移动以便夹紧单向离合器构件，所述带轮包括设置成在预定负载状态下从所述外表面逐渐地释放单向离合器构件的构件。
尽管本文已经描述了本发明的形式，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对部件的结构和关系进行改变。

Claims (9)

1.一种隔离解耦器，其包括：
轴，所述轴具有外表面(81)；
带轮(30)，所述带轮围绕所述轴旋转地接合；
扭转弹簧(70)，所述扭转弹簧具有第一区段(23)和第二区段(22)，所述第一区段具有大直径，所述第二区段具有小直径，所述大直径大于所述小直径，所述扭转弹簧与所述带轮接合；
卷绕弹簧(20)，所述卷绕弹簧的内径小于所述外表面的外径，所述卷绕弹簧与所述外表面摩擦接合；
所述卷绕弹簧沿卷绕方向被加载；
所述扭转弹簧具有固定地连接到所述卷绕弹簧的端部(72)；
所述扭转弹簧沿卷绕方向被加载，由此所述扭转弹簧的每个线圈的直径随着负载增加而以渐进的顺序减小；并且
所述第二区段设置在所述卷绕弹簧的径向外侧，使得所述第二区段在负载状态期间径向向内移动以便夹紧所述卷绕弹簧。
2.根据权利要求1所述的隔离解耦器，其中，所述带轮包括这样的构件，所述构件设置成在发生预定负载状态时逐渐释放所述卷绕弹簧与所述轴的外表面的接合。
3.根据权利要求1所述的隔离解耦器，其中，所述第一区段不接触所述卷绕弹簧。
4.一种隔离解耦器，其包括：
轴；
带轮，所述带轮具有内表面并且围绕所述轴旋转地接合；
扭转弹簧，所述扭转弹簧具有第一区段和第二区段，所述第一区段具有大直径，所述第二区段具有小直径，所述大直径大于所述小直径，所述扭转弹簧与所述轴接合；
卷绕弹簧，所述卷绕弹簧的外径大于所述内表面的直径，所述卷绕弹簧与所述内表面摩擦接合；
所述卷绕弹簧沿着解绕方向被加载；
所述扭转弹簧具有固定地连接到所述卷绕弹簧的端部；
所述扭转弹簧沿着解绕方向被加载，由此所述扭转弹簧的每个线圈的直径随着负载增加而以渐进的顺序增加；
所述第一区段设置在所述卷绕弹簧的径向内侧，使得所述第一区段在负载状态期间径向向外移动以便夹紧所述卷绕弹簧。
5.根据权利要求4所述的隔离解耦器，其中，所述轴包括这样的构件，所述构件设置成在发生预定负载状态时从所述带轮的内表面逐渐释放所述卷绕弹簧。
6.根据权利要求4所述的隔离解耦器，其中，所述第二区段不接触所述卷绕弹簧。
7.一种隔离解耦器，其包括：
轴，所述轴具有外表面；
带轮，所述带轮围绕所述轴旋转地接合；
扭转弹簧，所述扭转弹簧具有第一区段和第二区段，所述第一区段具有第一直径，所述第二区段具有第二直径，所述第一直径不等于所述第二直径，所述扭转弹簧与所述带轮接合；
单向离合器构件，所述单向离合器构件与所述外表面摩擦接合；
所述单向离合器构件沿卷绕方向被加载；
所述扭转弹簧具有固定地连接到所述单向离合器构件的端部；
所述扭转弹簧沿所述卷绕被加载，由此所述扭转弹簧的每个线圈的直径随着负载增加以渐进的顺序改变；
所述第二区段设置在所述单向离合器构件的径向外侧，使得所述第二区段径在负载状态期间向移动以便夹紧所述单向离合器构件；并且
所述带轮包括这样的构件，所述构件设置成在发生预定负载状态时逐渐释放所述单向离合器构件与所述外表面的摩擦接合。
8.根据权利要求7所述的隔离解耦器，其还包括设置在所述带轮和所述轴之间的轴承。
9.根据权利要求8所述的隔离解耦器，其中，所述构件从轴承圈延伸。
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