CN109312786B - 皮带轮解耦器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于在起动机发电机皮带传动装置的皮带和起动机发电机之间传递驱动力矩的皮带轮解耦器(1，1')，包括：皮带轮(2，2')；要固定在起动机发电机的发电机轴上的套筒(4.4')；解耦器弹簧(11，11')，该解耦器弹簧当起动机发电机被驱动时将皮带的驱动力矩从皮带轮传递到套筒；和旋转止挡装置，该旋转止挡装置包括在皮带轮上的止挡件(24，24')和在套筒上的止挡件(23，23')并且当起动机发电机驱动时将发电机轴的驱动力矩从套筒传递到皮带轮上。解耦器弹簧应该在两个力矩方向上被加载并且当起动机发电机驱动时参与从套筒到皮带轮的驱动力矩的传递。

Description

皮带轮解耦器
技术领域
本发明涉及一种用于在起动机发电机皮带传动装置的皮带和起动机发电机之间传递驱动力矩的皮带轮解耦器，包括：
-皮带轮，
-要固定在起动机发电机的发电机轴上的套筒，
-解耦器弹簧，该解耦器弹簧在起动机发电机被驱动时将皮带的驱动力矩从皮带轮传递到套筒上，
-和旋转止挡装置，该旋转止挡装置包括在皮带轮上的止挡件和在套筒上的止挡件并且当起动机发电机驱动时将发电机轴的驱动力矩从套筒传递到皮带轮上。
背景技术
皮带轮解耦器(在英语专业文献中称为“Decoupler(解耦器)”或“Isolator(隔离器)”)补偿从内燃机的曲轴引入到其辅助装置-皮带传动装置中的扭转振动和扭转不均匀性，并且皮带轮解耦器通常被布置在发电机上。如果发电机是在电动机模式运行中为了起动或增压而通过皮带传动装置驱动内燃机的起动机发电机，则在发电机自由运行时一般不能超越发电机轴。相反，皮带轮解耦器必须在该相对旋转方向上锁住，以便能够将由起动机发电机产生的驱动力矩经由套筒和皮带轮传递到皮带上。
一个这种类型的皮带轮解耦器从EP 2 010 792 B1中已知并且具有旋转止挡装置，该旋转止挡装置将驱动的起动机发电机的驱动力矩从套筒传递到皮带轮。这种设计的一个主要缺点在于，当起动机发电机使套筒相对于皮带轮旋转并开始驱动皮带轮时，由于止挡件剧烈地相互撞击而由旋转止挡装置产生大的噪音。
另一个这种类型的皮带轮解耦器从EP 1 730 425 B1中已知并且在结构上被这样地设计，即解耦器弹簧是在两个旋转方向上，即在断开方向上和在连接方向上，能加载的螺旋扭力弹簧。在其中一个旋转方向上，弹簧将来自皮带的驱动力矩解耦地传递到起动机发电机，而在另一个旋转方向上，弹簧作为改变其直径的环绕带起作用，由于起动力矩或增压力矩，该环绕带打开或收缩并且在此情况下将皮带轮抗扭转地卷绕在套筒上。这种结构的一个缺点是非常难于在同一部件中令人满意地实现弹簧和环绕带的不同功能。
发明内容
以此为出发点，本发明所要解决的技术问题是提供一种前述类型的皮带轮解耦器，其具有在(驱动的)起动机发电机的起动或增压运行中改进的工作方式。
该技术问题由本申请提出的方案解决。因此，应在两个力矩方向上加载解耦器弹簧并且在起动机发电机驱动时参与将驱动力矩从套筒传递到皮带轮。
将驱动力矩的传递分配到旋转止挡装置和相对旋转止挡装置基本平行地连接的解耦器弹簧上使得在止挡件克服阻力相互撞击之前由于此时解耦器弹簧的逐渐增大的力矩使套筒相对于皮带轮进行相对旋转，从而止挡件的撞击速度被限制到在声学上可接受的值上。此外，相应于由解耦器弹簧传递的力矩减小旋转止挡装置的机械负载。根据皮带轮和套筒在旋转止挡装置之间的相互能旋转性、起动力矩或增压力矩的大小以及解耦器弹簧的刚度，它们的力矩比例能够具有直至50％或甚至更高的值。
旋转止挡装置能够包括一个或多个止挡件对。在这种情况下，皮带轮相对于套筒能旋转的旋转角度随着止挡件的数量和/或周向延伸(厚度)的增加而减小。
优选地，解耦器弹簧是螺旋扭力弹簧，螺旋扭力弹簧在皮带轮解耦器的轴向方向上延伸并且螺旋扭力弹簧的弹簧端部分别在两个力矩方向上在一侧抵靠在皮带轮的弹簧座上和在另一侧抵靠在套筒的弹簧座上，并且各个弹簧端部与相对应的弹簧座形状配合式连接。根据传递的驱动力矩的旋转方向的情况，螺旋扭力弹簧在直径上被扩展或被收缩。
套筒的止挡件应该通过(至少)一个凸起件构成，该凸起件能够在(至少)一个由皮带轮的止挡件限制的凹槽中旋转。该凹槽能够直接在皮带轮中形成或通过固定在其中的有凸起的环形成。凸起件能够相对于套筒的圆柱形状在轴向或者在径向上局部地隆起。
此外，在有凸起的环和套筒的背离螺旋扭力弹簧的端面之间能够布置具有(至少)一个轴向凸出部的滑动盘，该轴向凸出部在套筒的止挡件和皮带轮的止挡件的周向之间延伸并构成旋转止挡装置的一部分。因此，滑动盘不仅用作套筒的在有凸起的环上旋转的弹簧座的推力轴承，而且还用作防止止挡件相互直接接触的中间层。考虑到易制造性、滑动特性以及抑制噪音的中间层，滑动盘有利地由塑料制成。
弹簧座应该在形成台阶的情况下沿轴向斜坡状地上升，其中，弹簧端部的周向端面在起动机发电机驱动时将驱动力矩从套筒的弹簧座的台阶传递到皮带轮的弹簧座的台阶。在一个对此替代的实施方案中，驱动力矩能够通过相同的压力接触传递到被驱动的起动机发电机上。
在弹簧端部和弹簧座之间的、在相反的扭矩方向上作用的形状配合连接能够如此地产生，即弹簧端部被构造为螺旋扭力弹簧的圆形形状的切线或割线并且被容纳在弹簧座的、对应与弹簧端部的造型体中。在这种情况下，当起动机发电机被驱动时，切线状的或割线状的弹簧端部将驱动力矩从皮带轮的弹簧座的造型体传递到套筒的弹簧座的造型体上，其中，解耦器弹簧的卷绕体在直径上被收缩。
在一个对此替代的形状配合连接中，弹簧端部的轴向端面能够分别具有凹槽，该凹槽围卡对应的弹簧座的轴向隆起部。在这种情况下，弹簧端部的凹槽在起动机发电机被驱动时将驱动力矩从皮带轮的弹簧座的轴向隆起部传递到套筒的弹簧座的轴向隆起部。
附图说明
本发明的其它特征将从以下的描述中和从附图中得出，该附图示出了根据本发明的用于内燃机的起动机发电机皮带传动装置的皮带轮解耦器的原理图和两个实施例：
图1示出了根据本发明的皮带轮解耦器的机械原理；
图2示出了根据开头引用的EP 2 010 792 B1的已知的皮带轮解耦器的机械原理；
图3以立体的整体视图示出了第一皮带轮解耦器；
图4以立体的纵剖面图示出了第一皮带轮解耦器；
图5以立体的分解视图示出了第一皮带轮解耦器；
图6以透视的单个部件视图示出了第一皮带轮解耦器的皮带轮的弹簧座；
图7以立体的零件图示出了第一皮带轮解耦器的解耦器弹簧；
图8以立体的零件图示出了第一皮带轮解耦器的套筒；
图9以第一立体分解视图示出了第二皮带轮解耦器；
图10以第二立体分解视图示出了第二皮带轮解耦器。
具体实施方式
图1a-图1c示出了根据本发明的皮带轮解耦器的机械工作原理。该皮带轮解耦器包括用P表示的皮带轮、用H表示的套筒和用E表示的解耦器弹簧，该解耦器弹簧能在两个方向上被加载地夹紧在皮带轮P和套筒H之间。能从两个方向加载的特性在此通过解耦器弹簧E的弹簧端部来象征性地表示，这样将弹簧端部挂装在皮带轮P和套筒H上，使得解耦器弹簧既传递压力也传递拉力。在皮带轮P和套筒H之间的旋转止挡装置的止挡件用S1及S2表示。
图1a：皮带轮解耦器处于未加载的静止位置上，并且两个止挡件S1和S2不接合并彼此间隔开。
图1b：由皮带引入皮带轮P中的并且通过在其上画入的箭头象征性地表示的驱动力矩从皮带轮P通过现在被压力加载的解耦器弹簧E传递到套筒H上，该套筒驱动起动机发电机。
图1c：由起动机发电机引入套筒H中的并且通过在其上画入的箭头象征性地表示的驱动力矩在拉伸方向上加载解耦器弹簧，其中，在两个止挡件S1和S2之间的距离减小，直到旋转止挡装置接合。由此，驱动力矩的第一部分被此时最大地承受拉力的解耦器弹簧E传递到驱动皮带的皮带轮P上，驱动力矩的第二部分通过接合的旋转止挡装置S1，S2传递到驱动皮带的皮带轮P上。
为了比较，图2a至图2c示出了具有旋转止挡装置的已知的皮带轮解耦器的机械工作原理。用E'表示的解耦器弹簧仅在一个方向上并且在当前情况下仅能用压力加载地在一侧抵靠在皮带轮P'上且在另一侧抵靠在套筒H'上。
图2a：皮带轮解耦器处于未加载的静止位置上。
图2b：由皮带引入皮带轮P'中的并且通过在其上画入的箭头象征性地表示的驱动力矩从皮带轮P'通过被压力加载的解耦器弹簧E'传递到套筒H'上，该套筒驱动起动机发电机。
图2c：由起动机发电机引入套筒H'中的并且通过在其上画入的箭头象征性地表示的驱动力矩在未加载解耦器弹簧E'的情况下完全地经由接合的旋转止挡装置的止挡件S1'和S2'被传递到驱动皮带的皮带轮P'上。
图3至图5以不同的视图示出了根据本发明的皮带轮解耦器1的第一实施例。中空圆柱形的皮带轮2由皮带沿着在图3中示出的旋转方向驱动，皮带轮的被皮带缠绕的外周面3根据皮带的多楔形状(多V形状)构造轮廓。皮带轮2被能旋转地支承在套筒4上，该套筒与起动机发电机的发电机轴牢固地拧接在一起。为此，套筒4在中间部段5中具有未示出的内螺纹并且在远离发电机的、前部的端部部分处具有内细齿(内锯齿)6作为用于旋拧工具的接合轮廓。皮带轮2在套筒4上的支承在发电机侧的端部处径向地和轴向地通过滚动轴承7实现，并且在远离发电机的端部处径向地通过滑动轴承8实现。滚动轴承7是单列的并且在两侧密封的球轴承。滑动轴承8是由聚酰胺制成的开槽的径向轴承环，该径向轴承环与皮带轮2的内圆周直接的滑动接触。皮带轮4在远离发电机的端部处具有周向槽9，在皮带轮解耦器1被旋拧到发电机轴上之后，防护罩10被卡扣到该周向槽中。防护罩10在图3和图4中未被安装。
一个对于皮带轮解耦器1的功能必要的部件是解耦器弹簧11。该解耦器弹簧是在皮带轮解耦器1的轴向方向上延伸的、具有弹簧端部12和13的螺旋扭力弹簧，该弹簧端部如此地在一侧抵靠在套筒4的弹簧座14上且另一侧抵靠在皮带轮2的弹簧座15上，使得解耦器弹簧11能够在对应于图1b和图1c的两个力矩方向上传递驱动力矩。各形状配合连接的系统的结构设计在将图6至图8的阐述中进行说明。在那里可更详细地识别出的弹簧端部12，13在几何形状上基本上被构造为在弹簧线圈体的圆形形状上的切线并且被防止在两个旋转方向上旋转地容纳在弹簧座14和15的与此对应的造型体16和17中。皮带轮2的弹簧座15由被压入皮带轮2中的套管19的缘边18构成，并且套筒4的弹簧座14由在其上一体成形的缘边20构成，该缘边的外圆周被滑动轴承8包围。两个弹簧座14，15相应于解耦器弹簧11的端面轮廓沿轴向斜坡状地上升并且在造型体16，17的区域中分别形成一个落回到斜坡的起始点上的台阶21和22，弹簧端部12，13的相应的周向端部抵靠在该台阶上。
另一个必要的部件是旋转止挡装置，它在目前的情况下分别具有在套筒4上的两个止挡件23和在皮带轮2上的两个止挡件24。套筒4的止挡件23通过凸轮状的凸起件25的周向端面构成。凸起件在缘边20的与解耦器弹簧11背离的端面上沿轴向上升。皮带轮的两个止挡件24通过固定在其中的、具有两个凹槽27的有凸起的环26构成，凸起件25能够在该凹槽中旋转并且凹槽的周向延伸由止挡件24限制。为传递较大的起动力矩和增压力矩，通过在有凸起的环26的外圆周上设计滚花来加强有凸起的环26。
凸起件25在凹槽27内的能旋转性在当前情况下是对称地设置的，由此(从解耦器弹簧1的未加载的状态出发)在解耦器弹簧11的两个负载方向上的无止挡的旋转角度是一样大的。与此不同地并且根据弹簧刚度、在起动机发电机的发电机模式和电动机模式运行状态下要传递的驱动力矩和止挡件23，24的数量，能够非对称地设置无止挡的旋转转角。例如，在仅具有唯一的止挡件对的旋转止挡装置的情况下，相比电动机模式运行，在发电机模式运行下能够选择显著更大或者显著更小的无止挡的旋转角度。
在有凸起的环26和弹簧座14的端面之间布置的、由塑料制成的滑动盘28一方面用作相对于皮带轮2旋转的套筒4的推力轴承，且另一方面用作在旋转止挡装置的初始接触时的撞击阻尼器。为此，滑动盘28设有两对轴向凸出部29，该凸起将滑动盘28固持在凸起件25上并且通过轴向凸出部29在套筒4的止挡件23和皮带轮2的止挡件24周向之间延伸地防止它们直接的(金属的)接触而构成旋转止挡装置的一部分。
关于皮带轮解耦器1的工作方式：
1.)起动机发电机处于发电机模式运行中并且由皮带沿着根据图3的旋转方向驱动。解耦器弹簧11通过牵拉弹簧端部12，13并因此在收缩解耦器弹簧的卷绕直径的情况下被加载，其中，皮带的驱动力矩经由皮带轮2的外周面3-套管19-皮带轮2的弹簧座15的造型体17-解耦器弹簧11的切向弹簧端部13-解耦器弹簧11-解耦器弹簧11的切向弹簧端部12-套筒4的弹簧座14的造型体16-套筒4被传递到发电机轴上。解耦器弹簧11的弹性补偿了皮带的扭转振动到发电机轴上的传递。
在这种运行状态下，在止挡件23和24之间的周向距离平均地比在根据图3的未加载状态下大。与此相应地，在凸起件25的各自的对置的端面30和凹槽27的边界31之间的周向距离平均地比在未加载状态下小。在发电机模式的驱动力矩非常大的情况下和在过载情况下，该背侧的轮廓也用作旋转止挡装置，该旋转止挡装置在接合情况下限制通过解耦器弹簧11传递的驱动力矩并且刚性地传递超出的驱动力矩。
2.)起动机发电机处于电动机模式运行中并且驱动皮带。在这种情况下，套筒4随凸起件25一起沿着在图3中示出的旋转方向相对于皮带轮2和有凸起的环26旋转，直到发电机轴的驱动力矩的第一部分通过解耦器弹簧11传递并且超出的第二部分通过接合的旋转止挡装置的止挡件23，24传递为止。通过现在在直径上被扩展的解耦器弹簧11到皮带上的传递是经由套筒4-套筒4的弹簧座14的台阶21-弹簧端部12的周向端面-解耦器弹簧11-弹簧端部13的周向端面-皮带轮2的弹簧座15的台阶22-套管19-皮带轮2的外周面3进行的。
图9和图10示出了根据本发明的皮带轮解耦器1'的第二实施例。该实施例在相同的功能情况下除此之外与先前解释的皮带轮解耦器1的不同之处一方面在于在解耦器弹簧11'的弹簧端部和相应的弹簧座14'，15'之间的形状配合连接的方式和另一方面在于止挡件对23'，24'的数量和布置。皮带轮2'在套筒4'上的支承在这里也通过滚动轴承7'和滑动轴承8'实现。
皮带轮解耦器1'根据在图9中所示的箭头方向旋转并且(在起动机发电机的俯视图中)也在顺时针方向上旋转。弹簧端部12'，13'与弹簧座14'，15'的负责传递发电机模式的驱动力矩的形状配合连接在这种情况下通过在弹簧端部12'，13'的轴向端部中的凹槽32，33来实现，该凹槽分别围卡相应弹簧座14'，15'上的轴向隆起部34，35。
旋转止挡装置由三个止挡件对23'，24'构成，其中，套筒4'具有三个-相对于其圆柱形状-径向突出的、凸轮状的凸起件25'，该凸起件能够在三个直接在皮带轮2'中延伸的凹槽27'中旋转。
关于皮带轮解耦器1'的工作方式：
1.)起动机发电机处于发电机模式运行中并且由皮带沿着根据图9的旋转方向驱动。解耦器弹簧11'通过牵拉弹簧端部12'，13'并因此在收缩解耦器弹簧11'的卷绕直径的情况下被加载，其中，皮带的驱动力矩经由皮带轮2'的外周面3-皮带轮2'的弹簧座15'的轴向隆起部35-解耦器弹簧11'的弹簧端部13'的凹槽33–解耦器弹簧11-弹簧端部12'的凹槽32-套筒4'的弹簧座14'的轴向隆起部34-套筒4'传递到发电机轴上。
2.)起动机发电机处于电动机模式运行中并且驱动皮带。在这种情况下，套筒4'随凸起件25'一起沿着在图9中示出的旋转方向相对于皮带轮2'旋转，直到发电机轴的驱动力矩的第一部分通过解耦器弹簧11'传递且第二部分通过具有接合的止挡件23'，24'的旋转止挡装置传递为止。通过现在在直径上扩展的解耦器弹簧11'到皮带上的传递是经由套筒4'-套筒4'的弹簧座14'的台阶21'-弹簧端部12'的周向端面-解耦器弹簧11'-弹簧端部13'的周向端面-皮带轮2'的弹簧座15'的台阶22'-皮带轮2'的外周面3'进行的。
附图标记列表
1 皮带轮解耦器
2 皮带轮
3 皮带轮的外周面
4 套筒
5 套筒的中间部段
6 内细齿
7 滚动轴承
8 滑动轴承
9 周向槽
10 防护罩
11 解耦器弹簧
12 弹簧端部(套筒侧)
13 弹簧端部(皮带轮侧)
14 弹簧座(套筒侧)
15 弹簧座(皮带轮侧)
16 造型体(套筒侧)
17 造型体(皮带轮侧)
18 缘边(皮带轮侧)
19 套管
20 缘边(套筒侧)
21 台阶(套筒侧)
22 台阶(皮带轮侧)
23 止挡件(套筒侧)
24 止挡件(皮带轮侧)
25 凸起件(套筒侧)
26 有凸起的环(皮带轮侧)
27 凹槽(皮带轮侧)
28 滑动盘
29 滑动盘的凸出部
30 凸起件的对置的端面
31 凹槽的对置的边界
32 在弹簧端部中的凹槽(套筒侧)
33 在弹簧端部中的凹槽(皮带轮侧)
34 轴向隆起部(套筒侧)
35 轴向隆起部(皮带轮侧)

Claims (7)

1.一种皮带轮解耦器(1，1')，用于在起动机发电机皮带传动装置的皮带和起动机发电机之间传递驱动力矩，所述皮带轮解耦器包括：
-皮带轮(2，2')，
-待固定在所述起动机发电机的发电机轴上的套筒(4，4')，
-解耦器弹簧(11，11')，所述解耦器弹簧在起动机发电机被驱动时将所述皮带的驱动力矩从所述皮带轮(2，2')传递到所述套筒(4，4')上，
-和旋转止挡装置，所述旋转止挡装置包括在所述皮带轮(2，2')上的止挡件(24，24')和在所述套筒(4，4')上的止挡件(23，23')并且在起动机发电机驱动时将所述发电机轴的驱动力矩从所述套筒(4，4')传递到所述皮带轮(2，2')上，
其特征在于，所述解耦器弹簧(11，11')在其受压和拉伸两个力矩方向上被加载并且在起动机发电机驱动时参与从所述套筒(4，4')到所述皮带轮(2，2')的驱动力矩的传递，所述解耦器弹簧的弹簧端部(12，12'，13，13')分别在两个力矩方向上在一侧抵靠在所述皮带轮(2，2')的弹簧座(15，15')上并且在另一侧抵靠在所述套筒(4，4')的弹簧座(14，14')上；所述弹簧座(14，14'，15，15')分别在形成台阶(21，21'，22，22')的情况下沿轴向呈斜坡状地增高，其中，所述弹簧端部(12，12'，13，13')的周向端面在起动机发电机驱动时将驱动力矩从所述套筒(4，4')的弹簧座(14，14')的台阶(21，21')传递到所述皮带轮(2，2')的弹簧座(15，15')的台阶(22，22')上。
2.根据权利要求1所述的皮带轮解耦器(1，1')，其特征在于，所述解耦器弹簧(11，11')是在所述皮带轮解耦器(1，1')的轴线方向上延伸的螺旋扭力弹簧，并且所述弹簧端部与相应的弹簧座形状配合式连接。
3.根据权利要求2所述的皮带轮解耦器(1，1')，其特征在于，所述套筒(4，4')的止挡件(23，23')由凸起件(25，25')构成，所述凸起件能够在由所述皮带轮(2，2')的止挡件(24，24')限定的凹槽(27，27')中转动。
4.根据权利要求3所述的皮带轮解耦器(1)，其特征在于，所述凹槽(27)由固定在所述皮带轮(2)中的有凸起的环(26)构成。
5.根据的权利要求4所述的皮带轮解耦器(1)，其特征在于，在所述有凸起的环(26)和所述套筒(4)的背离所述螺旋扭力弹簧的端面之间布置带有轴向凸出部(29)的滑动盘(28)，所述轴向凸出部在所述套筒(4)的止挡件(23)和所述皮带轮(2)的止挡件(24)的周向之间延伸并且构成所述旋转止挡装置的一部分。
6.根据权利要求2所述的皮带轮解耦器(1)，其特征在于，所述弹簧端部(12，13)被构造为所述螺旋扭力弹簧的圆形形状的切线或割线，并且被容纳在所述弹簧座(14，15)的、与所述弹簧端部相应的造型体(16，17)中，其中，切线状的或割线状的弹簧端部(12，13)在起动机发电机被驱动时将驱动力矩从所述皮带轮(2)的弹簧座(15)的造型体(17)传递到所述套筒(4)的弹簧座(14)的造型体(16)上。
7.根据权利要求1所述的皮带轮解耦器(1')，其特征在于，所述弹簧端部(12'，13')的轴向端面分别具有凹槽(32，33)，所述凹槽(32，33)围卡对应的弹簧座(14'，15')的轴向隆起部(34，35)，其中，所述弹簧端部(12'，13')的凹槽(32，33)在起动机发电机被驱动时将驱动力矩从所述皮带轮(2')的弹簧座(15')的轴向隆起部(35)传递到所述套筒(4')的弹簧座(14')的轴向隆起部(34)上。
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