CN111164319A

CN111164319A - 隔离解耦器

Info

Publication number: CN111164319A
Application number: CN201880064730.4A
Authority: CN
Inventors: A·塞科; E·拉达尔
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2018-08-27
Publication date: 2020-05-15
Anticipated expiration: 2038-08-27
Also published as: JP6952186B2; AU2018326356A1; JP2020531765A; CA3073982A1; EP3676506A1; US20190063507A1; WO2019046175A1; BR112020004152A2; CN111164319B; MX2020002276A; AU2018326356B2; CA3073982C; US10520039B2; KR20200041979A; KR102401952B1; EP3676506B1

Abstract

一种隔离解耦器，包括：毂；轴颈连接至毂的带轮；扭力弹簧，其具有直接焊接到毂的第一扭力弹簧端；卷簧，其具有直接焊接到第二扭力弹簧端的第一卷簧端；卷簧的外表面，其与带轮的内表面摩擦接合；第二卷簧端，其与第一扭力弹簧端临时接合；其中，随着扭矩载荷的增加，卷簧的外表面与带轮的内表面之间的摩擦接合被逐渐释放。

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，本发明涉及一种这样的隔离解耦器，其包括通过焊接直接连接到毂的扭力弹簧和通过焊接直接连接到该扭力弹簧的卷簧。

背景技术

本发明涉及交流发电机的调谐装置，特别是涉及带有用于隔离的扭力弹簧的交流发电机隔离解耦器(AID)。交流发电机调谐装置的功能和用途众所周知。可商购的AID装置通常包括隔离弹簧、单向离合器、轴承(多个轴承)、带轮和某些其他部件，所述其他部件可以包括弹簧托架(多个弹簧托架)。对这些部件中的每一个的需求通常要求装置的整体尺寸直径超过业界的期望。随着汽车发动机尺寸越来越小以及对燃油效率的要求不断提高，存在对一种具有减小的带轮直径并同时满足所需功能的AID装置的需求。还存在降低复杂性、简化制造以及相应地降低总成本的需求。

现有技术的代表是美国专利号8888619，其公开了一种用于制造超越解耦器(over-running decoupler)的方法，该超越解耦器构造成在旋转构件和毂之间传递旋转动力。超越解耦器包括：单向离合器，其具有离合器弹簧；联接至离合器弹簧的托架；以及将托架弹性联接至毂的至少一个弹簧。该方法包括：设定所述至少一个弹簧的期望疲劳寿命；设定在共振期间的所述至少一个弹簧的设计偏转，其中所述至少一个弹簧在共振期间在设计偏转下进行的偏转不会使所述至少一个弹簧的疲劳寿命降低到低于期望疲劳寿命；以及通过将所述至少一个弹簧的最大偏转控制成使得最大偏转小于或等于设计偏转，从而防止超越解耦器中的共振。

所需要的是一种隔离解耦器，其包括通过焊接直接连接到毂的扭力弹簧和通过焊接直接连接到该扭力弹簧的卷簧。本发明满足了该需求。

发明内容

本发明的主要方面是一种隔离解耦器，所述隔离解耦器包括通过焊接直接连接到毂的扭力弹簧和通过焊接直接连接到该扭力弹簧的卷簧。

通过本发明的以下描述和附图，将指出本发明的其他方面或使其变得显而易见。

本发明包括一种隔离解耦器，所述隔离解耦器包括：毂；轴颈连接到所述毂的带轮；扭力弹簧，其具有直接焊接到毂的第一扭力弹簧端；卷簧，其具有直接焊接到第二扭力弹簧端的第一卷簧端；与带轮的内表面摩擦接合的卷簧的外表面；可暂时地与所述第一扭力弹簧端接合的第二卷簧端；其中，随着扭矩载荷的增加，卷簧的外表面与带轮的内表面之间的摩擦接合逐渐释放。

附图说明

结合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，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明装置的透视图；

图2是本发明装置的剖视图；

图3是本发明装置的分解视图；

图4是弹簧和卷簧的透视图；

图5是弹簧和卷簧的透视图；

图6是弹簧和卷簧的透视图；

图7是替代实施例的分解视图；

图8是替代实施例的剖视图；

图9是图8中的替代实施例的透视图；

图10是图8中的替代实施例的透视图；

图11是示出扭矩对偏转角的曲线图；

图12是示出扭矩对偏转角的曲线图；

图13是示出扭矩对偏转角的曲线图。

具体实施方式

图1是本发明装置的透视图。该装置包括毂10、轴承20、带轮40和防尘罩70。带轮40接合例如在车辆发动机(未示出)上的带驱动系统中使用的多肋带。所述毂沿着驱动方向联接到带轮。在超越(overrun)状态下，带轮与毂脱离联接。

本发明的装置包括在毂和扭力弹簧之间以及在扭力弹簧和单向离合器卷簧之间的全焊接组件。与现有技术相比，这代表了简单性方面的显着改善以及制造成本的降低。

图2是本发明装置的剖视图。毂10接合轴，所述轴例如是交流发电机轴(未示出)。带轮40在轴承20和轴承30上被轴颈连接至毂10。扭力弹簧60连接到毂肩部11和单向离合器卷簧50。卷簧50摩擦地接合带轮40的内表面41。扭力弹簧60螺旋地卷绕。

卷簧50螺旋地卷绕。卷簧50和扭力弹簧60以相同的螺旋方向卷绕。

在操作中，扭矩流从带轮40到卷簧50、再到扭力弹簧60、再到毂10。带轮40具有多肋状轮廓，以便与传动带(未示出)接合。

肩部11具有从毂径向延伸的厚度，该厚度在扭力弹簧60的内径和毂表面12之间提供间隙C1，使得随着扭矩载荷的增加，扭力弹簧线圈不会束缚在毂表面上。扭矩载荷的增加导致扭力弹簧60径向收缩。在该实施例中，在制造期间将肩部11加工到毂10中。在替代实施例中，肩部11可以包括压配合或焊接到毂10a的环状件11a，参见图7。

图3是本发明装置的分解视图。轴承20和轴承30包括本领域已知的任何合适的轴承，例如包括球轴承、滚子轴承、滑动(sleeve)轴承或衬套轴承。

弹簧60设置在卷簧50的径向内侧以节省空间。卷簧50的外表面53与带轮40的内表面41摩擦接合。随着扭矩载荷的增加，卷簧50的线圈逐渐接合表面41，即，随着扭矩载荷的增加，更多的弹簧线圈变得与表面41接合。

卷簧50包括多个线圈以及端部51和端部52。端部52包括与扭力弹簧60接合的柄脚。扭力弹簧60包括多个线圈以及端部61和端部62。卷簧的外表面53具有这样的摩擦系数，所述摩擦系数适于在操作状况期间将扭矩从卷簧50传递到带轮40而同时不会打滑。卷簧50以预定的过盈配合安装在带轮40中。

防尘罩70夹在带轮40的一端，以防止碎屑进入。肩部11从毂表面12径向向外突出地凸出。在制造期间，将肩部11加工到毂10中。

弹簧60包括多个线圈并且横截面为矩形，这改善了在装置中的装配。卷簧50的横截面为矩形，这改善了在装置中、在卷簧和带轮之间的装配。

示例性但非限制性地，图3中的弹簧60包括大约

个线圈。卷簧50包括大约九个线圈。

图4是弹簧和卷簧的透视图。扭力弹簧60同心地布置在卷簧内以及沿着轴线A﹣A位于卷簧的轴向长度内，这减小了装置的外壳尺寸。扭力弹簧60位于卷簧50的径向内侧。卷簧50的内径略大于弹簧60的外径，从而导致它们之间的间隙配合。间隙配合防止卷簧的线圈在运行期间束缚在扭力弹簧上。通过消除对压配合设计和压配合设备的需求，这还简化了装置的组装。

端部51通过焊缝63固定地连接到弹簧60的端部62。焊缝例如可以通过TIG焊、激光焊、铜焊或粘合剂进行。焊缝63延伸通过小于一度(点焊)至大约180度的角度范围。在图4中示出的示例角度为大约90度。考虑到简化的焊接结构，在本发明的装置中不需要弹簧托架。

图5是弹簧和卷簧的透视图。端部61通过焊缝64固定地连接到肩部11。焊缝例如可以通过TIG焊、激光焊、铜焊或粘合剂进行。焊缝64延伸穿过大约5度至180度的角度范围。图5中示出的示例角度为大约90度。端部52径向向内突出以便根据扭矩载荷条件接合端部61。在正常扭矩载荷下的典型操作中，存在一间隙G，使得弹簧60的端部61不接触卷簧50的端部52。

扭矩从带轮40传递到卷簧50、再到扭力弹簧60、再到焊缝64、再到到毂10。当沿退绕方向加载时，卷簧50与表面41摩擦接合。沿退绕方向的加载使得卷簧50退绕并因此径向扩展。径向扩展将卷簧压紧成与表面41摩擦锁定。

在扭矩反向的情况下，毂10使卷簧50沿卷绕方向超限(overrun)，这使得卷簧的表面53与表面41脱离接合。

图6是弹簧和卷簧的透视图。当扭矩载荷增加到预定的上限时，随着弹簧60卷紧，端部61的相对位置相对于端部52前进。弹簧60沿卷绕方向加载。随着扭矩载荷进一步增大，间隙G闭合，并且端部61接触端部52。随着端部61逐渐压在端部52上，卷簧50被推动沿卷绕方向“卷紧”卷簧50并且由此径向收缩，这导致卷簧50的外表面53逐渐与带轮40的内表面41脱离接合，从而通过允许弹簧50和带轮40之间的滑动而逐渐释放过量的扭矩载荷。这样，随着端部52沿卷绕方向被进一步压紧，卷簧50就会卸除载荷。此扭矩限制特征在发生过扭矩情况期间保护了装置。

卷簧和扭力弹簧之间的间隙C2有助于扭矩限制功能。间隙C2防止卷簧50的线圈和扭力弹簧60之间的束缚，这允许卷簧50在其处于扭矩载荷下“卷紧”时径向收缩，从而逐渐释放与带轮的表面41的接合。

图7是替代实施例的分解视图。肩部11a包括压配合或焊接到毂10a的环状件。如图6所示，端部61通过焊缝64固定地连接至肩部11a。焊缝可以例如通过TIG焊、激光焊、铜焊或粘合剂进行。在该实施例中，毂12的表面12a是圆柱形。该实施例允许在肩部上的扭力弹簧附接件的轴向位置的可变性，这进而针对部分地由扭力弹簧的轴向长度决定的装置操作特性提供了制造灵活性。

在又一替代实施例中，省略了肩部11a。端部61通过焊缝64直接固定地连接到毂10a的表面12a，如图6所示。

图8是替代实施例的剖视图。在该实施例中，省略了肩部11。环状件110和环状件111分别支撑扭力弹簧60的端部62和端部61。环状件110和环状件111使扭力弹簧60从毂10移位，以便产生间隙CI，见图2。

图9是图8中的替代实施例的透视图。环状件110包括平台部分110a，端部62通过焊缝630焊接到该平台部分。平台部分110a包括厚度CI，见图2。卷簧50的端部51通过焊缝63焊接到端部62，如本文所述，见图4。环状件110未焊接到毂10，而是环状件110与表面12具有间隙配合，以允许环状件110和毂10之间相对容易地运动。该实施例的焊接技术如本说明书中用于其他实施例所述的那样。

图10是图8中的替代实施例的透视图。环状件111包括平台部分111a，端部61通过焊缝64a焊接至平台部分111a。平台部分111a包括厚度CI。平台部分111a通过焊缝640焊接到毂10。用于该实施例的焊接如本说明书的其他地方所述的那样。

在本装置中，使用焊接结构提供了完全在制造期间对弹簧特性调节的手段，即调节扭矩和偏转从而调节装置的操作特性的手段。也就是说，焊缝64的长度确定了用于扭力弹簧60的有效线圈的长度。扭力弹簧60的焊接至毂的部分对弹簧60的弹簧特性没有影响。针对未安装的扭力弹簧60的给定总原始长度(例如

个线圈)，使用90度长度段的焊缝(

个线圈)会针对安装的扭力弹簧簧产生

至

个有效线圈或约

个有效线圈。因此，通过改变焊缝的长度来选择有效线圈的数量。因此，在制造期间中，通过改变焊缝的长度可以微调给定弹簧的特性，以控制有效线圈的总数或长度。此外，鉴于在与最终安装的特性相比的测量的扭矩弹簧特性的情况下，通过调节焊缝长度，可以在制造过程中实时地选择性地调节弹簧特性。

图11是示出扭矩对偏转角的曲线图。该装置的特征在于扭力弹簧刚度和扭力弹簧偏转角。扭力弹簧刚度通常具有+/﹣15％范围的公差。在图11中，示例性的标称弹簧刚度为约0.26Nm/度。最小弹簧刚度为约0.22Nm/度，最大弹簧刚度为约0.3Nm/度。标称偏转角为约69.23度。在该偏转角处的扭矩为约18Nm(0.26Nm/度×69度)。最小偏转角通常小10％而是62.3度。这些数字仅是示例性的，并不旨在限制本发明的范围。

线A、B、C、D的边界内所包含的图11区域代表了可接受以用于合适系统性能的装置特性范围。标称设计点(ND)表示用于给定的装置和系统的扭力弹簧刚度、偏转角和扭矩的一组目标设计值。对于给定的一组扭力弹簧，扭矩、偏转角和弹簧刚度在这些限制范围内的变化可能非常大。本发明装置提供了控制这些因素的可变性的手段。图11中的ND是一个示例并且可以根据系统要求而改变。

在本发明的装置中，弹簧偏转可以被限制到预定角度。图12是示出扭矩对偏转角的曲线图。在图12中，可接受的扭力弹簧60将具有相同的偏转(F)，但对于给定的偏转，可能具有不同的扭矩和弹簧刚度，例如，线A和B之间的面积。在焊接期间，通过选择焊接的位置和长度以改变弹簧60的有效线圈的数量，可以调节弹簧刚度。以这种方式改变弹簧刚度，可以用于将解耦器的扭矩调节为可以产生所需偏转角的标称值，参见线TN和指向线TN的两个箭头K、L。

还可以设定该装置以便通过更改选定的偏转角来提供所需的扭矩值。图13是扭矩对偏转角的曲线图。在图13中，可接受的弹簧60将具有相同的扭矩TN，但具有不同的偏转角值，参见线F和N。在焊接期间，通过选择焊接的位置和长度以改变弹簧60的有效线圈的数量，可以调节偏转角，从而将偏转角调节到可以产生所需扭矩的标称值，参见指向线TN的两个箭头G、H。

一种隔离解耦器，包括：毂；轴颈连接至毂的带轮；扭力弹簧，其具有直接焊接到毂的第一扭力弹簧端；卷簧，其具有直接焊接到第二扭力弹簧端的第一卷簧端；卷簧的外表面与带轮的内表面摩擦接合；并且第二卷簧端与第一扭力弹簧端临时接合，由此随着扭矩载荷的增加，卷簧的外表面与带轮的内表面之间的摩擦接合被逐渐释放。

一种隔离解耦器，包括：毂；轴颈连接至毂的带轮；通过焊接直接连接到毂的扭力弹簧；通过焊接直接连接到扭力弹簧的卷簧；并且卷簧与带轮的表面摩擦接合，以传递扭矩载荷。

一种制造隔离解耦器的方法，所述方法包括：将带轮轴颈连接至毂；利用焊缝将扭力弹簧的第一端直接焊接到毂；选择性地调节焊缝长度，以达到所需的扭力弹簧的最终特性；卷簧的端部直接焊接到扭力弹簧的第二端；以及将卷簧与带轮的表面摩擦接合。

尽管本文已经描述了本发明的各种形式，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本文所述的本发明的精神和范围的情况下，可以对部件的和关系进行改变。

Claims

1.一种隔离解耦器，包括：

毂；

带轮，其轴颈连接到所述毂；

扭力弹簧，其具有直接焊接到所述毂的第一扭力弹簧端；

卷簧，其具有直接焊接到第二扭力弹簧端的第一卷簧端；

与带轮的内表面摩擦接合的卷簧的外表面；和

能够临时接合所述第一扭力弹簧端的第二卷簧端，由此随着扭矩载荷的增加，所述卷簧的外表面和所述带轮的内表面之间的摩擦接合被逐渐释放。

2.根据权利要求1所述的隔离解耦器，其中，所述扭力弹簧沿卷绕方向被加载。

3.根据权利要求1所述的隔离解耦器，其中，所述卷簧沿卷簧卷绕方向从所述内表面脱离接合。

4.根据权利要求1所述的隔离解耦器，其中，所述卷簧沿卷簧退绕方向与所述内表面接合。

5.根据权利要求1所述的隔离解耦器，其中，所述扭力弹簧同心地布置在所述卷簧内。

6.根据权利要求5所述的隔离解耦器，其中，所述扭力弹簧在所述卷簧内具有间隙配合。

7.一种隔离解耦器，包括：

毂；

带轮，其轴颈连接到所述毂；

扭力弹簧，其通过焊接直接连接到所述毂；

卷簧，其通过焊接直接连接到所述扭力弹簧；以及

所述卷簧与带轮的表面摩擦接合。

8.根据权利要求7所述的隔离解耦器，其中，所述扭力弹簧同心地布置在所述卷簧的轴向长度内。

9.根据权利要求7所述的隔离解耦器，其中，所述扭力弹簧被焊接到毂的肩部。

10.根据权利要求7所述的隔离解耦器，其中，所述扭力弹簧沿卷绕方向被加载。

11.根据权利要求7所述的隔离解耦器，其中，所述卷簧通过沿卷绕方向的扭矩载荷而从所述带轮的表面脱离接合。

12.根据权利要求7所述的隔离解耦器，其中，所述卷簧通过沿卷簧退绕方向的扭矩载荷而与所述带轮的表面接合。

13.根据权利要求7所述的隔离解耦器，其中，对所述扭力弹簧的焊接是激光焊接。

14.根据权利要求7所述的隔离解耦器，其中，对所述卷簧的焊接是激光焊接。

15.根据权利要求7所述的隔离解耦器，还包括：

卷簧端，其能够与所述扭力弹簧可释放地接合，由此在与所述扭力弹簧逐渐接合时，随着扭矩载荷的增加，所述卷簧和所述带轮的表面之间的摩擦接合被逐渐释放。

16.一种隔离解耦器，其包括：

毂；

带轮，其轴颈连接到所述毂；

扭力弹簧，其具有通过激光焊接直接连接到所述毂的第一端；

卷簧，其通过激光焊接直接连接到扭力弹簧的第二端；

所述卷簧能够径向扩展以摩擦接合带轮的表面从而传递扭矩载荷；和

卷簧端，其能够与所述扭力弹簧可释放地接合，由此当与所述扭力弹簧接合时，随着扭矩载荷的增加，所述卷簧与所述带轮的表面之间的摩擦接合被逐渐释放。

17.根据权利要求16所述的隔离解耦器，其中，所述卷簧的径向收缩引起摩擦接合的逐渐释放。

18.根据权利要求16所述的隔离解耦器，其中，所述扭力弹簧的第一端被激光焊接到毂的肩部，所述毂的肩部从毂表面径向地延伸。

19.根据权利要求16所述的隔离解耦器，其中，所述扭力弹簧在载荷作用下径向收缩。

20.根据权利要求16所述的隔离解耦器，其中，所述扭力弹簧同心地布置在所述卷簧内并且布置在所述卷簧的轴向长度内。

21.根据权利要求18所述的隔离解耦器，其中，所述毂的肩部包括环状件。

22.根据权利要求21所述的隔离解耦器，还包括焊接到所述扭力弹簧的第二端的第二环状件，所述第二环状件在所述毂上具有间隙配合。

23.一种制造隔离解耦器的方法，所述方法包括：

将带轮轴颈连接到毂；

利用焊缝将扭力弹簧的第一端直接焊接到所述毂；

选择性地调节所述焊缝的长度，以达到所需的扭力弹簧特性；

将卷簧的端部直接焊接到扭力弹簧的第二端；和

使所述卷簧与带轮的表面摩擦接合。

24.根据权利要求23所述的方法，所述方法包括通过选择性地调节所述焊缝的长度来控制有效的扭力弹簧的线圈的数量。

25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述扭力弹簧特性是弹簧刚度。

26.根据权利要求23所述的方法，其中，所述扭力弹簧特性是偏转角。