CN110494677B - 带轮结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带轮结构体(1)，具备外旋转体(2)、内旋转体(3)及设置于所述外旋转体(2)与所述内旋转体(3)之间的螺旋弹簧(4)，所述螺旋弹簧(4)构成为，通过在扩径或者缩径方向上扭转变形而与所述外旋转体(2)及所述内旋转体(3)卡合来传递扭矩，并通过在与扭矩的传递时相反的方向上扭转变形而成为相对于所述外旋转体(2)或者所述内旋转体(3)滑动的卡合解除状态来切断扭矩的传递，所述螺旋弹簧(4)的圈数为[M‑0.125]以上且M以下的范围内，其中M为自然数。

Description

带轮结构体
技术领域
本发明涉及具备螺旋弹簧的带轮结构体。
背景技术
在通过汽车等的发动机的动力对交流发电机等辅机进行驱动的辅机驱动单元中，将带搭设于与交流发电机等辅机的驱动轴连结的带轮和与发动机的曲轴连结的带轮之间，并且经由该带向辅机传递发动机的扭矩。特别地，在与相比于其他的辅机具有大惯性的交流发电机的驱动轴连结的带轮中，采用例如专利文献1中记载的能够吸收曲轴的旋转颤动的带轮结构体。
在专利文献1中记载的带轮结构体具有外旋转体、设置于外旋转体的内侧且能够相对于外旋转体相对旋转的内旋转体和螺旋弹簧，通过螺旋弹簧的扩径或者缩径变形而在外旋转体与内旋转体之间传递或者切断扭矩。为了防止卷绕于外旋转体的带的打滑，该带轮结构体的螺旋弹簧作为使扭矩在外旋转体与内旋转体之间单方向传递或者切断的单向离合器(螺旋弹簧式离合器)发挥功能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-114947号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在具备如专利文献1中记载的螺旋弹簧式离合器的带轮结构体中，在内旋转体相对于外旋转体在正方向上相对旋转时，螺旋弹簧与外旋转体及内旋转体分别卡合而在外旋转体与内旋转体之间传递扭矩。另一方面，在内旋转体相对于外旋转体在反方向上相对旋转时，螺旋弹簧相对于外旋转体或者内旋转体在周向上滑动(滑移)而成为不在外旋转体与内旋转体之间传递扭矩的卡合解除状态。由于该滑动，特别是外旋转体或者内旋转体的相对于螺旋弹簧滑动的部分(以下称为“离合器卡合部”)发生磨损。另外，由于该滑动，螺旋弹簧中的相对于离合器卡合部滑动的部分也会发生磨损。如果离合器卡合部发生磨损，则在离合器处于卡合状态时，由于螺旋弹簧与离合器卡合部的接触表面压力减小，因此所传递的扭矩减小。
因此，为了长期维持离合器的功能来使带轮结构体的使用寿命增长，需要在离合器的卡合解除时，极力抑制离合器卡合部的相对于螺旋弹簧滑动的部分的磨损。特别地，需要避免在离合器卡合部出现异常磨损而带轮结构体在车辆到达使用寿命之前先到达寿命的情况。在此，离合器卡合部中的异常磨损是指，在离合器卡合部的相对于从螺旋弹簧的一端侧的弹簧端部起一周以上的区域滑动的部分出现沿周向连续的清晰的凹状的磨损。
在具备如专利文献1中记载的螺旋弹簧式离合器的带轮结构体中，为了避免离合器卡合部的异常磨损，需要使在外旋转体与内旋转体之间在轴向上被压缩的螺旋弹簧的姿态稳定，从而抑制在压缩负荷状态下使螺旋弹簧将要向单方向倾斜的力矩作用于螺旋弹簧的与离合器卡合部接触的部分，并且需要均匀地保持作用于离合器卡合部的相对于螺旋弹簧滑动的部分的面压力。
在此，为了使螺旋弹簧的姿态稳定，以往，例如稍后所述，虽然使旋转体的与螺旋弹簧的端面接触的面为螺旋面、通过磨削加工使螺旋弹簧的轴向的端面为与螺旋弹簧的轴向正交的面(底座研磨面)、使螺旋弹簧的轴向上的一端部及另一端部分别与外旋转体及内旋转体在径向上接触等，但是即使采用这些结构，在离合器的卡合解除时，在离合器卡合部也会出现异常磨损。即，仅使用这些以往的结构不足以抑制离合器卡合部的异常磨损。
本发明的目的在于提供一种带轮结构体，能够更可靠地抑制离合器卡合部的磨损。
用于解决课题的技术方案
本发明的第一方式的带轮结构体具备：筒状的外旋转体，供带进行卷绕；内旋转体，设置于所述外旋转体的径向内侧，并能够以与所述外旋转体相同的旋转轴为中心地相对于所述外旋转体相对旋转；及螺旋弹簧，设置于所述外旋转体与所述内旋转体之间，在沿所述旋转轴的轴向上被压缩，所述螺旋弹簧构成为，通过在扩径或者缩径方向上扭转变形而与所述外旋转体及所述内旋转体卡合，从而在所述外旋转体与所述内旋转体之间传递扭矩，并且通过在与扭矩传递时相反的方向上扭转变形而成为相对于所述外旋转体或者所述内旋转体滑动的卡合解除状态，从而切断在所述外旋转体和所述内旋转体之间的扭矩的传递，所述螺旋弹簧的圈数在[M-0.125]以上且M以下的范围内，其中M为自然数。
通过该结构，使在外旋转体与内旋转体之间在轴向上被压缩的螺旋弹簧的姿态稳定，并且能够在压缩负荷状态下，抑制使螺旋弹簧将要向单方向倾斜的力矩作用于螺旋弹簧的与离合器卡合部接触的部分。因此，在螺旋弹簧(离合器)的卡合解除时，作用于离合器卡合部的相对于螺旋弹簧滑动(滑移)的部分的面压力变得均匀。由此，与螺旋弹簧的圈数处于上述范围之外的情况相比，能够抑制在离合器卡合部的相对于螺旋弹簧滑动的部分出现异常磨损。
本发明的第二方式的带轮结构体在第一方式的带轮结构体中，所述螺旋弹簧的圈数在[M-0.069]以上且M以下的范围内。
在使螺旋弹簧的圈数为该范围内的情况下，进一步使在外旋转体和内旋转体之间在轴向上被压缩的螺旋弹簧的姿态稳定，并能够在压缩荷重状态下更可靠地抑制使螺旋弹簧将要向单方向倾斜的力矩作用于螺旋弹簧的与离合器卡合部接触的部分。因此，在螺旋弹簧(离合器)的卡合解除时，更可靠地使作用于离合器卡合部的相对于螺旋弹簧滑动的部分的面压力变得均匀。由此，能够更可靠地抑制在离合器卡合部的相对于螺旋弹簧滑动的部分出现异常磨损。
本发明的第三方式的带轮结构体在第一或者第二方式的带轮结构体中，所述螺旋弹簧成为所述卡合解除状态时的所述螺旋弹簧的扭转扭矩被设定为1N·m以上且10N·m以下。
在螺旋弹簧(离合器)成为卡合解除状态时的螺旋弹簧的扭转扭矩设定为0的情况下，离合器的卡合解除不限定于特定的运转行驶模式(例如发动机启动时)而进行，并且离合器卡合部相对于螺旋弹簧滑动的频率变多。对此，如果像本方式这样对离合器成为卡合解除状态时的螺旋弹簧的扭转扭矩进行设定，则离合器的卡合解除限定于特定的运转行驶模式(例如发动机启动时)而进行，并且离合器卡合部相对于螺旋弹簧滑动的频率变少。其结果，能够更有效地抑制离合器卡合部的相对于螺旋弹簧滑动的部分的磨损。
发明效果
通过本发明，能够抑制在离合器卡合部的相对于螺旋弹簧滑动的部分出现异常磨损。
附图说明
图1是本发明的实施方式的带轮结构体的剖面图。
图2是沿图1的II-II线的剖面图。
图3是沿图1的III-III线的剖面图。
图4是螺旋弹簧的侧视图。
图5是表示在图1中示出的带轮结构体的螺旋弹簧的扭转角度与扭转扭矩的关系的坐标图。
图6是用于对螺旋弹簧的圈数与弹簧线重叠数量的关系进行说明的图，(a)表示圈数为自然数M的情况，(b)表示圈数为稍小于自然数M的情况，(c)表示圈数稍大于自然数M的情况。
图7是在实施例的试验中使用的发动机台架试验机的原理结构图，(a)是从带轮结构体的轴向观察的图，(b)是从与带轮结构体的轴向正交的方向观察的图。
图8是表示实施例及比较例中的螺旋弹簧的圈数与离合器卡合部的最大磨损深度的关系的坐标图。
具体实施方式
以下，对本发明优选的实施方式进行说明。
本实施方式的带轮结构体1例如在汽车的辅机驱动系统(省略图示)中，设置于交流发电机的驱动轴。此外，本发明的带轮结构体也可以设置于交流发电机以外的辅机的驱动轴。
如图1～图3所示，带轮结构体1包含外旋转体2、内旋转体3、螺旋弹簧4(以下，也存在简称为“弹簧4”的情况)及端盖5。以下，以图1中的左方为前方，以右方为后方进行说明。端盖5配置于外旋转体2及内旋转体3的前端。
外旋转体2及内旋转体3均为大致圆筒形状，具有相同的旋转轴。外旋转体2及内旋转体3的旋转轴是带轮结构体1的旋转轴(以下，简称为“旋转轴”)。另外，将旋转轴向简称为“轴向”。内旋转体3设置于外旋转体2的内侧，能够相对于外旋转体2相对旋转。在外旋转体2的外周面卷绕带B。
内旋转体3具有筒主体3a及配置于筒主体3a的前端的外侧的外筒部3b。在筒主体3a嵌合交流发电机等的驱动轴S。在外筒部3b与筒主体3a之间形成支撑槽部3c。外筒部3b的内周面和筒主体3a的外周面经由支撑槽部3c的槽底面3d连结。
在外旋转体2的后端的内周面与筒主体3a的外周面之间夹设有滚动轴承6。在外旋转体2的前端的内周面与外筒部3b的外周面之间夹设有滑动轴承7。外旋转体2及内旋转体3通过轴承6、7以能够相对旋转的方式连结。
在外旋转体2与内旋转体3之间的比滚动轴承6靠前方处形成空间9。在空间9收容弹簧4。空间9在外旋转体2的内周面和外筒部3b的内周面与筒主体3a的外周面之间形成。另外，在外旋转体2的位于滚动轴承6与空间9之间的部分，设置有向径向的内侧突出的突出部2c。
外旋转体2的内径朝向后方分两级变小。将最小的内径部分中的外旋转体2的内周面称为压力接触面2a，将第二小的内径部分中的外旋转体2的内周面称为环状面2b。压力接触面2a中的外旋转体2的内径小于外筒部3b的内径。环状面2b中的外旋转体2的内径等于或大于外筒部3b的内径。
筒主体3a在前端外径增大。将该部分中的内旋转体3的外周面称为接触面3e。
如图4所示，弹簧4是将弹簧线(弹簧线材)卷绕(缠绕)为螺旋状而形成的扭转螺旋弹簧。弹簧4为左绕(从前端4a向后端4g逆时针旋转)。弹簧4的圈数为[M-0.125]以上且M以下的范围内，其中M为自然数(例如5～9左右)，更优选为[M-0.069]以上且M以下的范围内。在此，弹簧4的圈数是指弹簧线的卷绕角度为360°的几倍的含义。在弹簧4的圈数为自然数M时，弹簧线的卷绕角度为360°的M倍，并且无论弹簧4的周向上的位置如何，弹簧线的重叠数量均为自然数M。另一方面，在弹簧4的圈数稍小于或者稍大于自然数的情况下，虽然在弹簧4的大部分中弹簧线的重叠数量K为自然数M，但在弹簧4的一部分中，弹簧线的重叠数量K为比自然数M小1的[M-1]或者为比自然数M大1的[M+1]。
弹簧4在未受到外力的状态下，全长上的直径是固定的。未受到外力的状态下的弹簧4的外径大于压力接触面2a中的外旋转体2的内径。弹簧4在后端侧区域4c缩径的状态下收容于空间9。弹簧4中的后端侧区域4c的外周面由弹簧4的扩径方向上的自身的弹性回复力按压于压力接触面2a。后端侧区域4c是从弹簧4的后端4g起一周以上(绕旋转轴360°以上)的区域。例如，在弹簧4的圈数为7圈(M＝7)的情况下，后端侧区域4c是从弹簧4的后端4g起以两周左右为上限的区域。
另外，在带轮结构体1停止且弹簧4中的后端侧区域4c的外周面由弹簧4的扩径方向上的自身弹性回复力按压于压力接触面2a的状态下，弹簧4的前端侧区域4b在稍微扩径的状态下与接触面3e接触。即，在带轮结构体1停止的状态下，弹簧4中的前端侧区域4b的内周面按压于接触面3e。前端侧区域4b是从弹簧4的前端4a起一周以上(绕旋转轴360°以上)的区域。例如，在弹簧4的圈数为7圈(M＝7)的情况下，前端侧区域4b是从弹簧4的前端4a起以两周左右为上限的区域。在外力未作用于带轮结构体1的状态下，弹簧4在全长上直径几乎是固定的。
像这样，通过形成弹簧4的后端侧区域4c的外周面按压于压力接触面2a、并且弹簧4的前端侧区域4b的内周面按压于接触面3e的结构，能够使处于在轴向上被压缩的状态下的弹簧4的姿态稳定化。
弹簧4在外力未作用于带轮结构体1的状态(即，带轮结构体1停止了的状态)下，在轴向上被压缩，弹簧4的前端侧区域4b的轴向端面(以下，称为“前端面4e”)的周向上的一部分(从前端4a起半周以上且小于一周的范围)与内旋转体3的槽底面3d接触，并且弹簧4的后端侧区域4c的轴向端面(以下，称为“后端面4f”)的周向上的一部分(从后端4g起1/4周左右的范围)与外旋转体2的突出部2c的前表面2c1接触。弹簧4的轴向上的压缩率例如为20％左右。需要说明的是，弹簧4的轴向上的压缩率是指弹簧4的自然长度和在外力未作用于带轮结构体1的状态下的弹簧4的轴向长度的差值与弹簧4的自然长度的比率。
另外，在弹簧4的前端面4e及后端面4f形成有底座研磨面。底座研磨面是指通过实施磨削加工而形成的与弹簧4的轴向正交的平面。前端面4e及后端面4f的底座研磨面分别形成于从弹簧4的端部4a、4g起在周向上大约1/4周(90°)的范围。像这样，通过在弹簧4的前端面4e及后端面4f形成底座研磨面，能够使在轴向上被压缩的弹簧4的姿态稳定。
槽底面3d以能够与弹簧4的前端面4e接触的方式形成螺旋状。支撑槽部3c的槽底面3d和弹簧4的前端面4e虽然在外观上在周向上整个区域相接触，但实际上，因部件的加工公差而在周向上的一部分中存在间隙。目标为通过在部件的加工公差内的成品实际尺寸的组合而使该间隙为0，并且该间隙为考虑了部件的加工公差的尺寸(公称尺寸)(例如轴向间隙的目标值0.35mm)。通过使间隙尽可能地接近0，能够使弹簧4稳定地扭转变形。并且，通过将槽底面3d形成为螺旋面，能够使在外旋转体2与内旋转体3之间在轴向上被压缩的弹簧4的姿态稳定化。进一步地，通过将槽底面3d形成为螺旋面，能够抑制因振动等外部因素而弹簧4的中心轴相对于两旋转体的旋转轴偏心、倾斜，从而弹簧4的姿态变得不稳定。
另一方面，由于突出部2c的前表面2c1如后述那样相对于弹簧4的后端面4f滑动，因此不形成螺旋面而形成平面。
如图2所示，在前端侧区域4b中，将从弹簧4的前端4a绕旋转轴分离开90°的位置附近称作第二区域4b2，将比第二区域4b2靠前端4a侧的部分称作第一区域4b1，将剩余的部分称作第三区域4b3。另外，使弹簧4的前端侧区域4b与后端侧区域4c之间的区域，即，与压力接触面2a和接触面3e均不接触的区域为自由部分4d。
如图2所示，在内旋转体3的前端部分形成有在内旋转体3的周向上与弹簧4的前端4a对向的接触面3f。另外，在外筒部3b的内周面设置有向外筒部3b的径向内侧突出并与前端侧区域4b的外周面对向的突起3g。突起3g与第二区域4b2对向。
接下来，对带轮结构体1的动作进行说明。
首先，对外旋转体2的旋转速度大于内旋转体3的旋转速度的情况(即，外旋转体2加速的情况)进行说明。
在该情况下，外旋转体2相对于内旋转体3在正方向(图2及图3的箭头方向)上相对旋转。随着外旋转体2的相对旋转，弹簧4的后端侧区域4c与压力接触面2a一起移动，并相对于内旋转体3相对旋转。由此，弹簧4在扩径方向上扭转变形(以下，称为“扩径变形”)。弹簧4的扩径方向上的扭转角度越变大，则弹簧4的后端侧区域4c的对压力接触面2a的压接力越增大。第二区域4b2最容易受到扭转应力，而当弹簧4的扩径方向上的扭转角度变大时，第二区域4b2从接触面3e离开。此时，第一区域4b1及第三区域4b3压接于接触面3e。在与第二区域4b2从接触面3e分离大致同时，或者在弹簧4的扩径方向的扭转角度进一步变大时，第二区域4b2的外周面与突起3g抵接。通过第二区域4b2的外周面与突起3g抵接，来限制前端侧区域4b的扩径变形，并向弹簧4中的除前端侧区域4b以外的部分分散扭转应力，特别是作用于弹簧4的后端侧区域4c的扭转应力增大。由此，由于降低了作用于弹簧4的各部分的扭转应力的差值，并能够通过弹簧4整体吸收应变能，因此能够防止弹簧4的局部性的疲劳破损。
另外，弹簧4的扩径方向上的扭转角度越大，则第三区域4b3的对接触面3e的压接力越降低。在与第二区域4b2与突起3g抵接大致同时，或者，在弹簧4的扩径方向上的扭转角度进一步变大时，第三区域4b3的对接触面3e的压接力大致成为0。设此时的弹簧4的扩径方向上的扭转角度为θ1(例如，θ1＝3°)。当弹簧4的扩径方向上的扭转角度超过θ1时，第三区域4b3通过扩径变形而从接触面3e离开。然而，在第三区域4b3和第二区域4b2的边界附近，弹簧4不弯曲(打弯)，而前端侧区域4b维持为圆弧状。即，前端侧区域4b维持为相对于突起3g容易滑动的形状。因此，当弹簧4的扩径方向的扭转角度变大而作用于前端侧区域4b的扭转应力增大时，前端侧区域4b对抗第二区域4b2的对突起3g的压接力及第一区域4b1的对接触面3e的压接力，而相对于突起3g及接触面3e在外旋转体2的周向上滑动。并且，通过弹簧4的前端4a按压接触面3f，能够可靠地在外旋转体2与内旋转体3之间传递扭矩。
此外，在弹簧4的扩径方向上的扭转角度为θ1以上且小于θ2(例如，θ2＝45°)的情况下，第三区域4b3从接触面3e离开且不会与外筒部3b的内周面接触，而第二区域4b2会被压接于突起3g。因此，该情况与弹簧4的扩径方向上的扭转角度小于θ1的情况相比，弹簧4的有效圈数大，弹簧系数(图4中示出的直线的斜率)小。另外，当弹簧4的扩径方向上的扭转角度为θ2时，弹簧4的自由部分4d的外周面与环状面2b接触，由此限制了弹簧4的在此之上的扩径变形，而外旋转体2及内旋转体3整体地旋转的锁定机构发挥作用。由此，能够防止因弹簧4的扩径变形造成的破损。
接下来，对外旋转体2的旋转速度小于内旋转体3的旋转速度的情况(即，外旋转体2减速的情况)进行说明。
在该情况下，外旋转体2相对于内旋转体3在反方向(与图2及图3的箭头方向相反的方向)上相对旋转。随着外旋转体2的相对旋转，弹簧4的后端侧区域4c与压力接触面2a一起移动，并相对于内旋转体3相对旋转。由此，弹簧4在缩径方向上扭转变形(以下，称为“缩径变形”)。在弹簧4的缩径方向的扭转角度小于θ3(例如，θ3＝10°)的情况下，虽然后端侧区域4c的对压力接触面2a的压接力与扭转角度为0的情况相比略有降低，但后端侧区域4c压接于压力接触面2a。另外，前端侧区域4b的对接触面3e的压接力与扭转角度为0的情况相比略有增大。在弹簧4的缩径方向的扭转角度为θ3以上的情况下，后端侧区域4c的对压力接触面2a的压接力大致为0，并且后端侧区域4c相对于压力接触面2a在外旋转体2的周向上滑动。因此，扭矩无法在外旋转体2与内旋转体3之间传递(参照图5)。
在此，如图5所示，弹簧4在缩径方向上扭转变形且离合器(弹簧4)成为卡合解除状态(滑动状态)时的弹簧4的扭转扭矩(以下，称为“滑动扭矩Ts”)与设定为0相比优选设定为使弹簧4出现稍微的缩径变形(扭转角度θ3以上的缩径变形)的扭矩。具体而言，优选滑动扭矩Ts设定为1N·m以上且10N·m以下(例如3N·m左右)。
通过形成这样的扭矩特性，离合器的卡合解除限定于有可能出现外旋转体2的旋转速度小于内旋转体3的旋转速度的特定的运转行驶模式而进行。例如，在发动机启动时为外旋转体2的旋转速度在暂时性地大幅上升之后降低的运转行驶模式。并且，在外旋转体2的旋转速度大幅上升时，从外旋转体2向内旋转体3传递扭矩而内旋转体3的旋转速度上升。之后，当外旋转体2的旋转速度降低时，外旋转体2与内旋转体3相比旋转速度变慢，此时，进行离合器的卡合解除。
在此，与上述的情况不同，考虑滑动扭矩Ts设定为0的情况。在该情况下，离合器的卡合解除不限定于特定的运转行驶模式(例如，发动机发动时)而进行。因此，压力接触面2a(离合器卡合部)相对于弹簧4滑动(滑移)的频率变高。对此，如上所述，如果将滑动扭矩Ts设定为限定于特定的运转行驶模式而进行的话，则压力接触面2a与弹簧4发生滑动的频率变低，能够抑制压力接触面2a的相对于弹簧4滑动的部分的磨损。
滑动扭矩Ts小于1N·m则离合器的卡合解除不限定于特定的运转行驶模式(例如发动机发动时)而进行。在滑动扭矩Ts超过10N·m的情况下，存在在发动机启动时无法将离合器卡合解除的风险。在发动机启动时未将离合器卡合解除的情况下，存在无法防止卷绕于外旋转体2的带B的打滑的风险，最坏的情况，存在带B从外旋转体2偏离的风险。
此外，在本实施方式中，在将弹簧4收容于外旋转体2和内旋转体3之间时，通过将使弹簧4的后端侧区域4c缩径的量(向离合器卡合面的压接力)、在轴向上压缩弹簧4的量(向轴向上的对应面的压接力)等的设计值最佳化，并调整弹簧4与外旋转体2的滑动阻力，来将滑动扭矩Ts设定为使弹簧4出现稍微的缩径变形的扭转扭矩。
像这样，弹簧4为螺旋弹簧式离合器，作为向单方向传递或者切断扭矩的单向离合器发挥功能。在外旋转体2相对于内旋转体3在正方向上相对旋转时，弹簧4与外旋转体2及内旋转体3分别卡合并在外旋转体2与内旋转体3之间传递扭矩。另一方面，在外旋转体2相对于内旋转体3在反方向上相对旋转时，弹簧4相对于压力接触面2a滑动而不在外旋转体2与内旋转体3之间传递扭矩。
在此，作为构成带轮结构体1的螺旋弹簧4，考虑采用如图6的(a)～(c)所示的圈数不同的三种螺旋弹簧4A～4C。螺旋弹簧4A是圈数为自然数M(图中M＝7)的螺旋弹簧。螺旋弹簧4B是圈数稍小于自然数M的螺旋弹簧。螺旋弹簧4C是圈数稍大于自然数M的螺旋弹簧。此外，图6的(a)～(c)分别为左侧的图是从前方观察的螺旋弹簧4的图，右侧的图是从侧方观察的螺旋弹簧4的图。
在螺旋弹簧4A中，无论周向的位置如何，弹簧线的重叠数量K均为相同的M。因此，螺旋弹簧4A无论周向的位置如何压缩刚度都均匀，并且压缩负荷状态的螺旋弹簧4A的姿态稳定。由此，使螺旋弹簧4A将要向单方向倾斜的力矩几乎不作用于螺旋弹簧4A的与压力接触面2a(离合器卡合部)接触的部分。其结果，从螺旋弹簧4A施加于压力接触面2a的面压力不会集中于一部分，在压力接触面2a出现异常磨损的风险几乎不存在。
在螺旋弹簧4B中，在周向的一部分中，弹簧线的重叠数量K为[M-1]，在除此以外的部分中弹簧线的重叠数量K为M。因此，当螺旋弹簧4B与螺旋弹簧4A相比时，由周向的位置造成的压缩刚度的偏差变大。但是，在螺旋弹簧4B中也由于在弹簧线的重叠数量K少的区域较窄的情况(45°以下的情况)下，弹簧线的重叠数量K多的部分大，该部分作用为相对于槽底面3d及突出部2c伸出，因此压缩负荷状态的螺旋弹簧4B的姿态较稳定。由此，使螺旋弹簧4B将要向另单方向倾斜的力矩难以作用于螺旋弹簧4B的与压力接触面2a接触的部分。其结果，从螺旋弹簧4B施加于压力接触面2a的面压力难以集中于一部分，从而不易在压力接触面2a产生异常磨损。
在螺旋弹簧4C中，在周向的一部分中，弹簧线的重叠数量K为[M+1]，在除此之外的部分中弹簧线的重叠数量K为M。并且，在螺旋弹簧4C中，在压缩荷重状态下，弹簧线的重叠数量K多的部分作用为相对于槽底面3d及突出部2c伸出。因此，使螺旋弹簧4C将要向单方向倾斜的力矩作用于螺旋弹簧4C的与压力接触面2a接触的部分。其结果，从螺旋弹簧4C施加于压力接触面2a的面压力集中于一部分，存在在压力接触面2a的一部分出现异常磨损的风险。
由此，在采用圈数为自然数M或者稍小于自然数M的螺旋弹簧4(螺旋弹簧4A、4B)的情况下，与采用圈数稍大于自然数M的螺旋弹簧4(螺旋弹簧4C)的情况相比，在使带轮结构体1动作时，不易在压力接触面2a出现异常磨损。另外，此时，如果使螺旋弹簧4的圈数为[M-0.125]以上且M以下的范围内，则能够更可靠地抑制上述异常磨损。进一步地，此时，如果使螺旋弹簧4的圈数为[M-0.069]以上且M以下的范围内，则能够更有效地抑制上述异常磨损。
实施例
接下来，对本发明的具体的实施例进行说明。
＜实施例1＞
实施例1的带轮结构体是与上述实施方式的带轮结构体1相同的结构，螺旋弹簧(4)的弹簧线是弹簧用油回火线(根据JISG3560：1994)。弹簧线为梯形线，内径侧轴向长度为3.8mm，外径侧轴向长度为3.6mm，径向长度为5.0mm。螺旋弹簧(4)的圈数为7圈(M＝7)，卷绕方向为左绕。螺旋弹簧(4)的轴向的压缩率约为20％。在轴向上相邻的弹簧线间的间隙为0.3mm。另外，螺旋弹簧的线材倾斜为0.7°。即，弹簧线的剖面中的外径侧部分(外径侧的面)相对于平行于弹簧线的剖面螺旋弹簧的中心轴线的外径基准线倾斜了0.7°。
＜实施例2～8＞
实施例2～8的带轮结构体除了螺旋弹簧的圈数以外，是与实施例1的带轮结构体相同的结构。第2～第8实施例的螺旋弹簧(4)分别是圈数相对于实施例1的螺旋弹簧少与5°、10°、20°、25°、30°、40°、45°对应的量的长度的螺旋弹簧。由此，例如，相对于实施例1的螺旋弹簧，圈数少与45°对应的量的长度的实施例8的螺旋弹簧(4)的圈数为6.875(＝7-0.125)圈，圈数少与25°对应的量的长度的实施例5的螺旋弹簧(4)的圈数为6.931(＝7-0.069)圈。
＜比较例1、2＞
比较例1、2的带轮结构体除了螺旋弹簧以外，是与实施例1的带轮结构体相同的结构。比较例1的螺旋弹簧是圈数相对于实施例1的螺旋弹簧多与5°对应的量的长度的螺旋弹簧。由此，比较例1的螺旋弹簧的圈数为7.014圈。另外，比较例2的螺旋弹簧是圈数相对于实施例1的螺旋弹簧少与50°对应的量的长度的螺旋弹簧。由此，比较例2的螺旋弹簧的圈数为6.861圈。
此外，根据螺旋弹簧的圈数的增减，螺旋弹簧的自然长度也增减。因此，带轮结构体在停止的状态下的螺旋弹簧的轴向上的压缩率(设计值：约20％)虽然严格来讲在试件之间略有不同，但是特别地，并未达到对评价结果带来影响的程度。
〔评价方法〕
对实施例1～8及比较例1、2的带轮结构体使用在图7的(a)、(b)中示出的发动机台架试验机200进行了耐磨损性试验。发动机台架试验机200是包含辅机驱动系统的试验装置，具有安装于发动机210的曲轴211的曲柄带轮201、与空调·压缩机(AC)连接的AC带轮202和与水泵(WP)连接的WP带轮203。实施例1～8及比较例1、2的带轮结构体100与交流发电机(ALT)220的轴221连接。另外，在曲柄带轮201和带轮结构体100的带跨度间设置有自动张紧器(A/T)204。发动机的输出经由一条带(V多楔带)250，从曲柄带轮201顺时针地向带轮结构体100、WP带轮203、AC带轮202分别传递，从而各辅机(交流发电机、水泵、空调·压缩机)被驱动。此外，在图7的(b)中，省略了带轮202、203、204的图示，示出了带轮结构体100与曲柄带轮201经由带250连接。
在环境温度90℃、带张力1500N下，交替重复发动机的启动和停止，并在发动机发动次数到达相当于实际车辆寿命的50万次的时间点，结束试验。发动机的每一次的运转时间(从启动到停止的时间)为10秒。需要说明的是，环境温度是对在实际车辆中将交流发电机、带轮结构体、曲柄带轮包围的恒温槽内的温度进行假定的温度。另外，每次发动机启动时的曲轴的转数在0～1800rpm之间变动。通过重复发动机的启动和停止，螺旋弹簧相对于外旋转体(2)的压力接触面(2a)(以下，称为“离合器卡合部”)交替重复卡合和滑动。
试验结束之后，将带轮结构体100拆解，并测定离合器卡合部(压力接触面)的最大磨损深度。在以下的表1及图8中示出其结果。将离合器卡合部(压力接触面)的最大磨损深度超过0.15mm的情况评价为×(不合格)。将离合器卡合部(压力接触面)的最大磨损深度为0.15mm以下且超过0.075mm的情况作为经得起实际使用的无问题级别而评价为○(合格)。将离合器卡合部(压力接触面)的最大磨损深度为0.075mm以下(为合格与否判定水准0.15mm的一半以下)的情况作为可以充分地承受实际使用的无问题级别而评价为◎(合格)。
【表1】
Figure BDA0002227874380000161
从表1及图8中示出的耐磨损试验的结果可知：为了能够有效地抑制离合器卡合部的异常磨损，优选使螺旋弹簧的圈数为[M-0.125]以上且M以下的范围内(评价◎～○)。更优选使螺旋弹簧的圈数为[M-0.069]以上且M以下的范围内(评价◎)。
如上所述，螺旋弹簧的压缩刚度在周向上越均匀，则在压缩负荷下的螺旋弹簧的姿态越稳定，并且在压缩负荷状态下，使螺旋弹簧将要向单方向倾斜的力矩越不易作用于螺旋弹簧的与离合器卡合部接触的部分。因此，在离合器的卡合解除时，能够均匀地保持作用于离合器卡合部的相对于螺旋弹簧滑动的部分的面压力。其结果，在离合器的卡合解除时，能够抑制从螺旋弹簧施加的面压力集中于离合器卡合部的一部分。表1及图8中示出的耐磨损试验的结果支持了该想法。
接下来，对在本实施方式中增加了多种变更的变形例进行说明。
在上述的实施方式中，虽然带轮结构体是外旋转体2具备了作为离合器卡合部的压力接触面2a的结构，但不限于此。带轮结构体也可以是内旋转体3具备相对于弹簧4滑动的离合器卡合部的结构。
另外，在上述的实施方式中，虽然在弹簧4构成为在缩径方向上扭转变形时成为卡合解除状态，但不限于此。也可以构成为在螺旋弹簧在扩径方向上扭转变形时，通过相对于外旋转体或者内旋转体滑动来成为卡合解除状态。
虽然参照特定的实施方式对本发明详细地进行了说明，但只要不脱离本发明的主旨与范围就能够施加多种变更、修正，这对本领域技术人员是显而易见的。
本申请基于2017年4月19日申请的日本专利申请2017-082495及2018年4月2日申请的日本专利申请2018-070956而作成，其内容作为参照援引于本文。
附图标记说明
1 带轮结构体
2 外旋转体
2a 压力接触面
3 内旋转体
4 螺旋弹簧

Claims (2)

1.一种带轮结构体，具备：
筒状的外旋转体，供带进行卷绕；
内旋转体，设置于所述外旋转体的径向内侧，能够以与所述外旋转体相同的旋转轴为中心地相对于所述外旋转体相对旋转；及
螺旋弹簧，设置于所述外旋转体与所述内旋转体之间，在沿所述旋转轴的轴向上被压缩，
所述螺旋弹簧构成为，通过在扩径或者缩径方向上扭转变形而与所述外旋转体及所述内旋转体卡合，从而在所述外旋转体与所述内旋转体之间传递扭矩，并且通过在与扭矩传递时相反的方向上扭转变形而成为相对于所述外旋转体或者所述内旋转体滑动的卡合解除状态，从而切断所述外旋转体与所述内旋转体之间的扭矩的传递，
所述螺旋弹簧的圈数在[M-0.069]以上且小于M的范围内，其中M为自然数。
2.根据权利要求1所述的带轮结构体，其中，
所述螺旋弹簧成为所述卡合解除状态时的所述螺旋弹簧的扭转扭矩被设定为1N·m以上且10N·m以下。
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