CN113028030A - 曲轴解耦皮带轮、减震器及总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种曲轴解耦皮带轮，用于在带轮和传动轴之间传递转矩，包括：芯轴，该芯轴套设于该传动轴外表面，与该芯轴相结合的带轮，以及第一涡卷弹簧，该第一涡卷弹簧位于该芯轴与带轮所形成的容纳空间内，该第一涡卷弹簧的第一端与该芯轴相结合，该第一涡卷弹簧的第二端位于该第一端的外侧并与该带轮相结合。本发明公开一种曲轴解耦皮带轮总成及曲轴减振器。

Description

曲轴解耦皮带轮、减震器及总成

技术领域

本发明涉及一种交通工具的零部件，特别涉及一种曲轴解耦皮带轮、减振器及总成。

背景技术

曲轴是发动机中最重要的部件。曲轴承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上的其他附件工作。为了减小曲轴系统的震动，提高曲轴的使用寿命，通常会在曲轴的前端安装曲轴解耦皮带轮(Crank Decouple Pulley)，可以理解的是，曲轴解耦皮带轮通过轴套安装于曲轴。

发动机曲轴在运行的过程中，由于各缸间隔一定转角轮流做功这一特定的工作状况导致了发动机曲轴在运行时存在扭距和转速波动的现象，这会导致和发动机轴系相连的曲轴皮带轮同样会存在转速不稳定的现象，致使皮带的打滑，皮带抖动和张紧器摆幅过大，以及皮带驱动附件转速不稳定，从而造成轮系各部件早期失效等现象。

现有技术中所采用的曲轴解耦皮带轮如图1所示，该曲轴解耦皮带轮主要包括皮带轮、内带轮以及设置在外带轮1和芯轴2之间的橡胶圈3，曲轴旋转过程中，减振皮带轮橡胶吸收轴系的旋转能量并传递给皮带轮，橡胶在长时间吸收并传递能量的过程中，且橡胶与皮带轮内径及轮毂外径接触均为圆柱形式，接触面积小，散热效率低，易导致橡胶温度升高，老化加快，从而减小曲轴减皮带轮的寿命。因此，利用橡胶圈进行解耦减振的方式会导致老化迅速的缺点。另一方面采用橡胶圈进行曲轴隔振的方式，皮带轮的刚度会随工作频率增加而增加，导致NVH(噪声振动)过大。

现有技术中所采用的另一种曲轴解耦器是在皮带轮5和芯轴4之间设置螺旋形状的弧形弹簧6，通过弧形弹簧6拉伸或压缩减少震动，该技术方案可以降低NVH。发明人发现，该技术方案在车辆启停时摆动过大，并且超负荷工作时，该曲轴解耦器成为刚性皮带轮完全失去了缓冲隔振的效果，导致该曲轴解耦器可靠性差。与此同时，该曲轴解耦器对弧形弹簧6的制造工艺精度要求很高，并且很难达到设计寿命。

有鉴于此，现有技术中急需要一种新的曲轴解耦皮带轮，能克服现有技术中所存在的一个或多个缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种曲轴解耦皮带轮，克服现有的曲轴解耦皮带轮可靠性差，工艺难度大的问题中的一个或多个。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种曲轴解耦皮带轮，用于在带轮和传动轴之间传递转矩，包括：芯轴，该芯轴套设于该传动轴外表面，与该芯轴相结合的带轮，以及第一涡卷弹簧，该第一涡卷弹簧位于该芯轴与带轮所形成的容纳空间内，该第一涡卷弹簧的第一端与该芯轴相结合，该第一涡卷弹簧的第二端位于该第一端的外侧并与该带轮相结合。

更进一步地，还包括第一弹性垫，该第一弹性垫位于该第一涡卷弹簧的弹簧圈之间，和/或位于该第一涡卷弹簧与该带轮之间，和/或位于该第一涡卷弹簧与该芯轴之间。

更进一步地，该第一弹性垫为橡胶条，或该第一弹性垫为弧形垫，该弧形垫包括至少一个凸起，该凸起位于该第一涡卷弹簧的弹簧圈之间。

更进一步地，该第一涡卷弹簧包括至少一层弹簧圈。

更进一步地，该第一涡卷弹簧的第一端、第二端与该曲轴解耦皮带轮的轴心位于直线段上。

更进一步地，还包括第二涡卷弹簧，该第二涡卷弹簧位于该芯轴与带轮所形成的容纳空间内，该第二涡卷弹簧的第一端与该芯轴相结合，该第二涡卷弹簧的第二端位于该第一端的外侧并与该带轮相结合，该第一涡卷弹簧与第二涡卷弹簧的盘绕方向相同或相反。

更进一步地，还包括第二弹性垫，该第二弹性垫位于该第二涡卷弹簧的弹簧圈之间，和/或位于该第二涡卷弹簧与该带轮之间，和/或位于该第二涡卷弹簧与该芯轴之间。

更进一步地，还包括垫片，该垫片套设在该芯轴外侧，用于隔离该第一涡卷弹簧和该第二涡卷弹簧。

更进一步地，还包括端盖，该端盖位于该芯轴与该带轮之间，用于与该芯轴、带轮形成相对封闭的容纳空间。

更进一步地，还包括第一衬套，该第一衬套结合与该芯轴与该皮带轮之间，和/或第二衬套，该第二衬套结合与该芯轴与该端盖之间。

本发明同时公开一种曲轴解耦皮带轮总成，包括如上文所述的曲轴解耦皮带轮，以及减振器，该减振器包括内圈、涡卷弹簧及惯性环，该涡卷弹簧一端与该内圈相结合，另一端与该惯性环相结合。

本发明同时公开一种减振器，该减振器包括内圈、涡卷弹簧及惯性环，该涡卷弹簧一端与该内圈相结合，另一端与该惯性环相结合。

更进一步地，该减振器还包括弹性垫，该弹性垫位于该涡卷弹簧的弹簧圈之间，和/或位于该涡卷弹簧与该内圈之间，和/或位于该涡卷弹簧与该惯性环之间。

更进一步地，该弹性垫为橡胶条，或该弹性垫为弧形垫，该弧形垫包括至少一个凸起，该凸起位于该涡卷弹簧的弹簧圈之间。

更进一步地，该涡卷弹簧包括至少一层弹簧圈。

更进一步地，该涡卷弹簧的第一端、第二端与该曲轴解耦皮带轮的轴心位于直线段上。

更进一步地，该减振器包括两个涡卷弹簧，两个涡卷弹簧的一端与该内圈相结合，另一端与该惯性环相结合，两个涡卷弹簧的盘绕方向相同或相反。

更进一步地，还包括垫片，该垫片套设在该内圈外侧，用于隔离两个涡卷弹簧。

更进一步地，还包括端盖，该端盖位于该内圈与惯性环之间，用于与该内圈与惯性环形成相对封闭的容纳空间。

与现有技术相比较，本发明所提供的曲轴解耦皮带轮可以避免车辆启停时摆动过大，避免增加NVH，并且在超负荷工作状态下也能提供缓冲隔振作用。与此同时，该技术方案工艺简单，用于车辆的前端轮系时能够减小皮带张力，降低皮带摩擦损耗功，同时使前段轮系各部件的转速波动幅度减小，降低了转动动能损坏，能节油降耗。本发明提供的减振器可以减少曲轴/传动轴的振动频率和振幅。同时应用了该曲轴解耦皮带轮和减振器的皮带轮总成，既可以减少来自于曲轴/传动轴的振动频率和振幅，又可以降低对前段轮系的影响，双重减振效果的叠加使车辆能处于较佳的工作状态下，最大限度减少了NVH。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1为现有技术中曲轴皮带轮之一的结构示意图；

图2为现有技术中曲轴皮带轮之一的结构示意图；

图3为本发明较佳实施例一的曲轴皮带轮的剖视图；

图4为本发明较佳实施例一的曲轴皮带轮的平视图

图5为本发明较佳实施例二的曲轴皮带轮的剖视图；

图6为本发明所提供的曲轴皮带轮的弹性垫的结构示意图；

图7为现有技术的曲轴皮带轮的刚度曲线图；

图8为另一种现有技术的曲轴皮带轮的刚度曲线图；

图9为本发明所提供的曲轴皮带轮的刚度曲线图；

图10为本发明所提供的曲轴皮带轮总成的结构示意图。

图中：

10——传动轴；11——带轮；12——芯轴；13——端盖；14——涡卷弹簧；

15——弹性垫；16——螺钉孔；17——螺钉；18——衬套；19——垫片；

20——衬套；30——减振器；31——内圈；32——惯性环；

33——涡卷弹簧；34——螺钉。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”“上”“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。本发明中所述的术语“外部”、“外侧”通常是指远离传动轴轴线的位置，“内部”、“内侧”通常是指靠近传动轴轴线的位置。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

本发明的目的在于提供一种曲轴解耦皮带轮，解决现有的曲轴解耦皮带轮可靠性不高和/或工艺难度大的问题。

图3为本发明较佳实施例一的曲轴解耦皮带轮的剖视图。如图3所示，该曲轴解耦皮带轮，用于在带轮11和传动轴10之间传递转矩，包括：芯轴12，该芯轴12套设于该传动轴10外表面，与该芯轴12相结合的带轮11，以及第一涡卷弹簧14，该第一涡卷弹簧14位于该芯轴12与带轮11所形成的容纳空间内，该第一涡卷弹簧14的第一端与该芯轴12相结合，该第一涡卷弹簧14的第二端位于该第一端的外侧并与该带轮11相结合。涡卷弹簧，俗称发条弹簧，是用通常是钢带绕制而成，在使用过程中，其一端固定，另一端作用扭矩后，材料产生弯曲弹性变形。当作用力消失后，弹簧积蓄的弹性势能释放使之回复到原始状态，此时产生的力矩称弹簧的输出扭矩。第一涡卷弹簧14结合于芯轴12与带轮11之间。传动轴转动时，扭矩从传动轴传递至芯轴12，再经过第一涡卷弹簧14传递至皮带轮11。当传动轴发生震动时，第一涡卷弹簧14通过形变储能，再将吸收能量后的扭矩从芯轴12传递至皮带轮11达到了减振的目的。

在一种实施例中，芯轴12和带轮11上均设置有卡槽11a和12a，用于容纳第一涡卷弹簧14的第一端14a和第二端14b。该涡卷弹簧14至少包括一层弹簧圈，即任意位置段都有一层或一层以上的弹簧圈。较优地，该涡卷弹簧14包括一层到三层弹簧圈，即任意位置段有一层、两层或三层弹簧圈，这样既能有效吸收传动轴的震动，又不会导致卡死。在另一种较佳实施例中，第一涡卷弹簧14的第一端14a和第二端14b与传动轴的轴心三点连成直线，该设计可以避免车辆启停时摆动过大，避免增加NVH。

在一种实施例中，涡卷弹簧14的弹簧圈之间，以及涡卷弹簧14与芯轴12和带轮11的空隙之间可以放置弹性垫15。弹性垫15既起到限位作用，防止涡卷弹簧14过度位移，并且能作为阻尼件，利用弹性垫15摩擦系数大的特点对涡卷弹簧14提供摩擦阻尼。因此，在该实施例中，当传动轴震动时，震动通过传动轴传递至芯轴12，第一涡卷弹簧14发生弹性形变吸收震动，弹性垫15进一步产生摩擦阻力阻碍第一涡卷弹簧14发生弹性形变，被两次吸收后的震动再次通过第一涡卷弹簧14传递至带轮11，从而实现极大地降低NVH。极端情况下，当传递轴过载时，曲轴解耦皮带轮会进入超负荷状态，由于弹性垫15对涡卷弹簧14进行了限位，使该涡卷弹簧14不会发生失去弹性形变的极端情形，即使超过工作刚度，也不会完全失效。

在一种实施例中，弹性垫15是若干根橡胶条或塑料块，橡胶条或塑料块嵌入涡卷弹簧14的弹簧圈之间的缝隙中，以及涡卷弹簧14与带轮11、芯轴12之间的空间中。在一种优先实施例中，该弹性垫15是一缺口圆环状的橡胶垫片。如图6所示，该橡胶垫片15包括从外到内三个凸起15a、15b、15c，凸起用于填充缝隙。从剖视图上看，该橡胶垫片15的形状类似于“Ш”形。与若干根橡胶条相比较，该橡胶垫片是一个完整的结构，限位和阻尼效果更好。

在一种优先实施例中，该曲轴解耦皮带轮包括两个涡卷弹簧14。如图5所示两个涡卷弹簧14分别以相同或不同方向绕制。优选地，一个为逆时针，另一个为顺时针。该设计可以从两个方向对震动进行隔离和平衡。两个涡卷弹簧14彼此位于不同的弹性垫15中。在一种优选实施例中，在第一涡卷弹簧和第二涡卷弹簧之间设置了垫片19，垫片19可以隔离两个涡卷弹簧，并使彼此之间不产生干扰。

该曲轴解耦皮带轮还包括端盖13，端盖13用于将涡卷弹簧和外界隔开，形成相对封闭的区域，避免外界的灰尘油污进入从而导致涡卷弹簧和/或弹性垫失效。端盖13和芯轴12之间还设置衬套20，芯轴12与带轮11之间设置衬套18，衬套18、20整体成圆环形，衬套用于隔离皮带轮内侧与芯轴外侧，以减少两者之间的摩擦。该衬套20可以由金属或塑料制成。该曲轴解耦皮带轮还包括若干螺钉孔16和若干螺钉17。

图7为图1所示的曲轴皮带轮的刚度曲线图，图8为图2所示的曲轴皮带轮的刚度曲线图，图9为本发明所提供曲轴皮带轮的刚度曲线图。

如图7所示，仅用橡胶垫作为减振环时，在正常工作温度下角度与转矩之间呈一条斜向上的直线a。当温度上升至60℃左右时，直线b的斜率下降，刚度随工作温度增加而减小。当工作频率上升时，刚度曲线变成直线c，刚度随工作频率增加而增加。因此该技术方案的减振效果差，并且橡胶老化后导致使用寿命短。

如图8所示，使用螺旋弹簧作为减振环时，该刚度曲线为四段式，其中a为混动启停工作区域，b为启停工作刚度，c为正常工作刚度，d为超负荷工作刚度。从图8中可以看到，b线段几乎为斜率为0的直线，因此在启停时间段摆动大，导致NVH大。当超负荷工作时，d线段几乎与纵坐标平行，这个阶段的曲轴皮带轮以及失去缓冲隔振作用，成为刚性皮带轮。

如图9所示，使用涡轮弹簧作为减振环时，该刚度曲线同样为四段式，其中a为混动启停工作区域，b为启停工作刚度，c为正常工作刚度，d为超负荷工作刚度。从图9中可以看到，b线段和d线段都优于图8，因此该技术方案在启停阶段摆动小，NVH小。当超负荷工作时，曲轴皮带轮还能继续提供缓冲隔振作用。

本发明还提供一种用于曲轴皮带轮的减振器，以及包含减振器的曲轴皮带轮总成。如图10所示，图10是本发明所提供的曲轴皮带轮总成的结构示意图。曲轴皮带轮减振器30包括，内圈31、涡卷弹簧33和惯性环32。内圈31通过螺钉34与曲轴皮带轮的芯轴12固定，内圈31的外侧套设有惯性环32。惯性环32相对于内圈31可转动，涡卷弹簧33的一端连接内圈31，另一端连接惯性环32。当曲轴或传动轴10发生振动时，振动从曲轴或传动轴10传递至涡卷弹簧33，涡卷弹簧33发生弹性形变吸收一部分振动，余下的振动传递至惯性环32，通过惯性环32的转动吸收剩余的振动，因此通过该涡卷弹簧33和惯性环32的设计可以隔离振动频率。

在一种实施例中，内圈31和惯性环32上均设置有卡槽，用于容纳第一涡卷弹簧33的第一端和第二端。该涡卷弹簧33至少包括一层弹簧圈，即任意位置段都有一层或一层以上的弹簧圈。较优地，该涡卷弹簧33包括两层到三层弹簧圈，即任意位置段有两层或三层弹簧圈，这样既能有效吸收传动轴的震动，又不会导致卡死。在另一种较佳实施例中，涡卷弹簧33的第一端和第二端与传动轴的轴心三点连成直线，该设计可以避免车辆启停时摆动过大，避免增加NVH。

在一种实施例中，涡卷弹簧33的弹簧圈之间，以及涡卷弹簧33与内圈31和惯性环32的空隙之间可以放置弹性垫。弹性垫既起到限位作用，防止涡卷弹簧过度位移，并且能作为阻尼件，利用弹性垫摩擦系数大的特点对涡卷弹簧33提供摩擦阻尼，减少振动幅度。弹性垫的设计可以为如上文所述的橡胶条或塑料块或橡胶垫片。

在一种实施例中，该曲轴解耦皮带轮的减振器包括两个涡卷弹簧，两个涡卷弹簧分别以相同或不同方向绕制。优选地，一个为逆时针，另一个为顺时针。该设计可以从两个方向对震动进行隔离和平衡。

与现有技术相比较，本发明所提供的曲轴解耦皮带轮可以避免车辆启停时摆动过大，避免增加NVH，并且在超负荷工作状态下也能提供缓冲隔振作用。与此同时，该技术方案工艺简单，用于车辆的前端轮系时能够减小皮带张力，降低皮带摩擦损耗功，同时使前段轮系各部件的转速波动幅度减小，降低了转动动能损坏，能节油降耗。本发明提供的减振器可以减少曲轴/传动轴的振动频率和振幅。同时应用了该曲轴解耦皮带轮和减振器的皮带轮总成，既可以减少来自于曲轴/传动轴的振动频率和振幅，又可以降低对前段轮系的影响，双重减振效果的叠加使车辆能处于较佳的工作状态下，最大限度减少了NVH。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (15)

1.一种曲轴解耦皮带轮，用于在带轮和传动轴之间传递转矩，其特征在于，包括：芯轴，所述芯轴套设于所述传动轴外表面，与所述芯轴相结合的带轮，以及第一涡卷弹簧，所述第一涡卷弹簧位于所述芯轴与带轮所形成的容纳空间内，所述第一涡卷弹簧的第一端与所述芯轴相结合，所述第一涡卷弹簧的第二端位于所述第一端的外侧并与所述带轮相结合。

2.如权利要求1所述的曲轴解耦皮带轮，其特征在于，还包括第一弹性垫，所述第一弹性垫位于所述第一涡卷弹簧的弹簧圈之间，和/或位于所述第一涡卷弹簧与所述带轮之间，和/或位于所述第一涡卷弹簧与所述芯轴之间。

3.如权利要求2所述的曲轴解耦皮带轮，其特征在于，所述第一弹性垫为橡胶条，或所述第一弹性垫为弧形垫，所述弧形垫包括至少一个凸起，所述凸起位于所述第一涡卷弹簧的弹簧圈之间。

4.如权利要求1所述的曲轴解耦皮带轮，其特征在于，所述第一涡卷弹簧包括至少一层弹簧圈。

5.如权利要求1所述的曲轴解耦皮带轮，其特征在于，所述第一涡卷弹簧的第一端、第二端与所述曲轴解耦皮带轮的轴心位于直线段上。

6.如权利要求1所述的曲轴解耦皮带轮，其特征在于，还包括第二涡卷弹簧，所述第二涡卷弹簧位于所述芯轴与带轮所形成的容纳空间内，所述第二涡卷弹簧的第一端与所述芯轴相结合，所述第二涡卷弹簧的第二端位于所述第一端的外侧并与所述带轮相结合，所述第一涡卷弹簧与第二涡卷弹簧的盘绕方向相同或相反。

7.如权利要求6所述的曲轴解耦皮带轮，其特征在于，还包括第二弹性垫，所述第二弹性垫位于所述第二涡卷弹簧的弹簧圈之间，和/或位于所述第二涡卷弹簧与所述带轮之间，和/或位于所述第二涡卷弹簧与所述芯轴之间。

8.如权利要求6所述的曲轴解耦皮带轮，其特征在于，还包括垫片，所述垫片套设在所述芯轴外侧，用于隔离所述第一涡卷弹簧和所述第二涡卷弹簧。

9.如权利要求1所述的曲轴解耦皮带轮，其特征在于，还包括端盖，所述端盖位于所述芯轴与所述带轮之间，用于与所述芯轴、带轮形成相对封闭的容纳空间。

10.如权利要求9所述的曲轴解耦皮带轮，其特征在于，还包括第一衬套，所述第一衬套结合与所述芯轴与所述皮带轮之间，和/或第二衬套，所述第二衬套结合与所述芯轴与所述端盖之间。

11.一种曲轴解耦皮带轮总成，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的曲轴解耦皮带轮，以及减振器，所述减振器包括内圈、涡卷弹簧及惯性环，所述涡卷弹簧一端与所述内圈相结合，另一端与所述惯性环相结合。

12.如权利要求11所述曲轴解耦皮带轮总成，其特征在于，所述减振器还包括弹性垫，所述弹性垫位于所述涡卷弹簧的弹簧圈之间，和/或位于所述涡卷弹簧与所述内圈之间，和/或位于所述涡卷弹簧与所述惯性环之间。

13.一种曲轴减振器，其特征在于，所述减振器包括内圈、涡卷弹簧及惯性环，所述涡卷弹簧一端与所述内圈相结合，另一端与所述惯性环相结合。

14.如权利要求13所述减振器，其特征在于，还包括弹性垫，所述弹性垫位于所述涡卷弹簧的弹簧圈之间，和/或位于所述涡卷弹簧与所述内圈之间，和/或位于所述涡卷弹簧与所述惯性环之间。

15.如权利要求13所述减振器，其特征在于，所述减振器包括两个涡卷弹簧，两个涡卷弹簧的一端与所述内圈相结合，另一端与所述惯性环相结合，两个涡卷弹簧的盘绕方向相同或相反。

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