CN114303015A - 带轮解耦器 - Google Patents

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CN114303015A CN202080060163.2A CN202080060163A CN114303015A CN 114303015 A CN114303015 A CN 114303015A CN 202080060163 A CN202080060163 A CN 202080060163A CN 114303015 A CN114303015 A CN 114303015A
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Abstract

本发明涉及一种带轮解耦器(1)，该带轮解耦器用于在带驱动器的带(4)与和该带进行驱动连接的轴之间传输扭矩，所述带轮解耦器包括：‑轮毂(9)，所述轮毂紧固至所述轴，‑带轮(5)，该带轮绕带轮解耦器的旋转轴线(10)以可旋转的方式安装在轮毂上，‑螺旋扭转弹簧(17)，该螺旋扭转弹簧布置在带轮与轮毂之间的扭矩流中并且具有打磨的弹簧端部(21)，‑第一弹簧板(22)，该第一弹簧板在扭矩流中在带轮的一侧延伸并且具有用于一个弹簧端部的轴向弹簧支承部，一个弹簧端部的周向端面(28)以传输扭矩的方式与第一弹簧板的旋转止挡部(25)接触，‑以及第二弹簧板(23)，该第二弹簧板以旋转的方式固定至轮毂并且具有用于另一个弹簧端部的轴向弹簧支承部，另一个弹簧端部的周向端面以传输扭矩的方式与第二弹簧板的旋转止挡部(26)接触。轮毂应当具有不平衡，轮毂的不平衡以下述方式补偿由弹簧端部的打磨部分(31)产生的螺旋扭转弹簧的不平衡：下述关系式适用于弹簧不平衡
Figure DDA0003518762780000013
和轮毂不平衡
Figure DDA0003518762780000011
Figure DDA0003518762780000012

Description

带轮解耦器
技术领域
本发明涉及用于在带驱动器的带与和带进行驱动连接的轴之间传输扭矩的带轮解耦器，该带轮解耦器包括：
-轮毂，该轮毂紧固至轴，
-带轮，该带轮绕带轮解耦器的旋转轴线以可旋转的方式安装在轮毂上，
-螺旋扭转弹簧，该螺旋扭转弹簧布置在带轮与轮毂之间的扭矩流中，并且该螺旋扭转弹簧具有打磨的弹簧端部，
-第一弹簧板，该第一弹簧板在扭矩流中在带轮的一侧延伸并且具有用于一个弹簧端部的轴向弹簧支承部，一个弹簧端部的周向端面以传输扭矩的方式与第一弹簧板的旋转止挡部接触，
-以及第二弹簧板，该第二弹簧板以旋转的方式固定至轮毂并且具有用于另一个弹簧端部的轴向弹簧支承部，另一个弹簧端部的周向端面以传输扭矩的方式与第二弹簧板的旋转止挡部接触。
背景技术
也被称为解耦器或隔离器的带轮解耦器特别是存在于内燃发动机的辅助带驱动器中以补偿由辅助带驱动器的曲轴引入到带驱动器中的扭转振动和不规则性。补偿由螺旋扭转弹簧的解耦效应提供，螺旋扭转弹簧根据带轮解耦器的设计弹性地将扭矩从带轮传递至轮毂和/或从轮毂传递至带轮。已知的设计包括：
-以旋转的方式固定至曲轴并将扭矩从曲轴传输至带的带轮解耦器。所述带轮解耦器具有单向离合器，该单向离合器在打开时允许带超过曲轴。这样的带轮解耦器例如从DE 10 2015 202 043 A1和WO 2004/011818 A1中已知。
-以旋转的方式固定至发电机的轴并且将扭矩从带传输至发电机轴的带轮解耦器。所述带轮解耦器具有单向离合器，该单向离合器与螺旋扭转弹簧串联连接，螺旋扭转弹簧在打开时允许发电机轴超过带。这样的带轮解耦器也从DE 10 2015 202 043 A1中已知并且还从US 9,759,274 B2和US RE45,156 E中已知。DE 10 2017 004 974 A1中公开了一种具有螺旋扭转弹簧的通用带轮解耦器，螺旋扭转弹簧的弹簧端部明显被打磨。
-以旋转的方式固定至起动器发电机的轴并且根据起动器发电机的运行模式将扭矩从带传输至发电机轴、或者在相反的旋转方向的情况下将扭矩从发电机轴传输至带的带轮解耦器。这样的带轮解耦器例如从DE 10 2016 211 141 A1和EP 1 730 425 B1中已知。
发明内容
本发明基于改善以上描述的类型的带轮解耦器的操作性能的目的。
本发明的解决方案通过权利要求1的特征得到。基于此，轮毂应当具有不平衡，轮毂的不平衡以下述方式补偿由弹簧端部的打磨部分产生的螺旋扭转弹簧的不平衡：当螺旋扭转弹簧没有扭矩时，下述关系式适用于弹簧不平衡
Figure BDA0003518762760000021
和轮毂不平衡
Figure BDA0003518762760000022
Figure BDA0003518762760000023
根据本发明，螺旋扭转弹簧的不平衡并且因此与弹簧端部的打磨部分相关联的带轮解耦器的不平衡因此通过也具有不平衡的轮毂而减小(并且理想地消除)。在这个方面，轮毂的不平衡矢量以下述方式在幅度和方向方面与螺旋扭转弹簧的不平衡矢量匹配：增加的矢量
Figure BDA0003518762760000031
和
Figure BDA0003518762760000032
的幅度小于弹簧不平衡
Figure BDA0003518762760000033
的幅度并且因此以这种方式平衡的带轮解耦器的不平衡显著减小。
平衡的带轮解耦器表现出显著改善的振动性能，该显著改善的振动性能特别是在具有相对较高的发电机速度的操作应用中导致了发电机轴承上的显著较低的载荷。
轮毂不平衡
Figure BDA0003518762760000034
通常可以来自轮毂的任何一点。然而，优选的位置是弹簧板，弹簧板以旋转的方式固定至轮毂并且弹簧板的直径与轮毂的管部分的其余部分相比相对较大，使得弹簧板的不均匀质量分布伴随着相应较大的不平衡效应。特别优选的位置是轴向弹簧支承部，该轴向弹簧支承部在适当地成形的情况下实现了特别成功的平衡结果。
附图说明
本发明的进一步特征从下面的描述中以及从附图中明显，在附图中示出了根据本发明的带轮解耦器的示例性实施方式，带轮解耦器用于安装在内燃发动机的辅助带驱动器的发电机上。在附图中，示出了下面的内容。
图1示出了带驱动器的示意图；
图2以分解立体图示出了带轮解耦器；
图3示出了带轮解耦器的螺旋扭转弹簧的示意性俯视图；
图4分别示出了第二弹簧板上的轴向弹簧支承部的斜坡形状的示意图：a)根据本领域的背景的不间断的斜坡形状，b)具有三个环形环片的间断的斜坡形状，以及c)具有两个环形环片的间断的斜坡形状；
图5以矢量图示出了螺旋扭转弹簧和具有根据图4的斜坡形状的轮毂的不平衡；
图6示出了作为矢量加法的具有根据图4和图5的斜坡形状a)、b)和c)的不平衡对；
图7示出了根据图4b的弹簧板的第一立体俯视图；
图8示出了根据图4b的弹簧板的第二立体俯视图；
图9示出了根据图4b的弹簧板的第三立体俯视图；
图10示出了带尺寸的根据图7至图9的弹簧板的轴向弹簧支承部。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的带轮解耦器1布置在内燃发动机的带驱动器的发电机2上。由曲轴的轮3驱动的带4绕带轮解耦器1的带轮5、空调压缩机的带轮6以及返回轮7卷绕。带4借助于带张紧器8进行预张紧。
图2以及图7至图9分别以分解图示出了带轮解耦器1并且示出了根据本发明的作为单独零件的轮毂9。带轮5由带4在如图2所示的旋转方向上驱动，带轮的外表面——带4绕该带轮的外表面卷绕——成形为与带4的多V形形状匹配。带轮5设计成中空筒形并且以可旋转的方式绕带轮解耦器1的旋转轴线10安装在轮毂9上，轮毂牢固地螺栓连接至发电机2的轴。为此目的，轮毂9在中央部分中具有内螺纹11并且在远离发电机的前端部分处具有作为用于旋拧工具的接合轮廓的内部多齿12。带轮5在发电机端部处借助于滚动轴承径向地且轴向地安装在轮毂9上并且在远离发电机的端部处借助于滑动轴承径向地安装在轮毂上。滚动轴承是两侧密封的单排滚珠轴承13，并且滑动轴承是由聚酰胺制成的径向轴承环14，该径向轴承环与带轮5的内径直接滑动接触。
带轮5在远离发电机的端部处具有阶梯式直径延伸部，在轮毂9拧到发电机轴上之后，保护盖15卡入到该阶梯式直径延伸部中。
带轮解耦器1的功能所必需的部件是单向离合器，该单向离合器设计为卷绕式带16以及相对于从带轮5至轮毂9的扭矩流与卷绕式带16串联连接的螺旋扭转弹簧17。卷绕式带16和螺旋扭转弹簧17在旋转轴线10的方向上相对于彼此同轴地延伸，其中，卷绕式带16在径向上布置在带轮5与螺旋扭转弹簧17之间并且因此围绕螺旋扭转弹簧17。
当螺旋扭转弹簧17沿根据所示的箭头方向的第一旋转方向将扭矩从带轮5传输至轮毂9时，卷绕式带16处于闭合的联接状态。作为螺旋扭转弹簧17的解耦弹性的结果，带轮5的扭转振动以强平滑程度被传输至轮毂9。在右侧缠绕的卷绕式带16和在左侧缠绕的螺旋扭转弹簧17都具有在两侧没有腿部的端部，当扭矩传输至发电机轴时，端部在缠绕打开的方向上对卷绕式带16或螺旋扭转弹簧17进行加载，由此使卷绕式带或螺旋扭转弹簧径向地膨胀。在该过程中，在扭矩流中在带轮5的一侧运行的第一卷绕式带端部抵靠筒形驱动套筒18的内周表面支撑，筒形驱动套筒借助于过盈配合以旋转的方式固定在带轮5中。在扭矩流中在螺旋扭转弹簧17的一部分上延伸的卷绕式带的第二端部抵靠联接套筒19的内周表面支撑，联接套筒相对于带轮5和轮毂9绕旋转轴线10以可旋转的方式安装在驱动套筒18中。联接套筒19与基部20一起被制造为单件的金属片成形零件并且以基本上没有不平衡的方式旋转。
螺旋扭转弹簧17在轴向上搁置成其弹簧端部21抵靠弹簧板22和23。驱动侧的第一弹簧板22、即在扭矩流中在带轮5侧运行的第一弹簧板由基部20形成。输出侧的第二弹簧板23、即在扭矩流中在轮毂9侧运行的第二弹簧板以旋转的方式固定至轮毂9并且是轮毂9的以旋转的方式固定的部分。
弹簧板22、23具有与螺旋扭转弹簧17的轴向面轮廓相对应并且在周向旋转止挡部处回弹的轴向斜坡式弹簧支承部。联接套筒19的轴向弹簧支承部由形成在基部20中的多个突出部24和25形成，所述多个突出部中的最高突出部25形成第一弹簧板22的旋转止挡部。第二弹簧板23的旋转止挡部26可以在图7至图9中观察到。作用在联接套筒19上的螺旋扭转弹簧17的轴向力由滚珠轴承13的内环上的滑动轴承环27支承。
传输至发电机轴的扭矩经由联接套筒19上的旋转止挡部25与一个弹簧端部21的周向端面28的压力接触而被引入到驱动侧的螺旋扭转弹簧17中。输出侧的扭矩传输是经由另一个弹簧端部21的周向端面28与第二弹簧板23的旋转止挡部26的压力接触来控制的。
当离合器打开时，卷绕式带16在驱动套筒18和/或联接套筒19中滑动并且允许(惰性)发电机轴和安装在发电机轴上的轮毂9超过带轮5。与两个滑动接触的配对件之间的滑动摩擦相对应的阻力扭矩由螺旋扭转弹簧17沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向从轮毂9传输至带轮5。因此，在弹簧端部的与相关联的旋转止挡部25、26周向地间隔开的周向端面28的相对旋转的意义上，阻力扭矩作用在弹簧端部21上。螺旋扭转弹簧17的这种不理想的斜升由下述事实积极地防止：两个弹簧板22、23在两个弹簧板的轴向弹簧支承部的区域中设置有突出部29(参见图8)，所述突出部接合在螺旋扭转弹簧17的相应的凹部30中。
图3以打磨的弹簧端部21的示意性俯视图示出了的螺旋扭转弹簧17。对于弹簧的前侧部和后侧部以阴影示出的打磨部分31使得打磨周缘区域中的弹簧端部21的轴向端面在与旋转轴线10垂直的平面中运行。螺旋扭转弹簧17的绕组的数量为整数，并且弹簧端部21的打磨伴随着局部质量减小，每个局部质量减小均由白圈表示。弹簧质量中心32的对应的偏心位置和相关联的弹簧不平衡
Figure BDA0003518762760000061
由黑圈和/或从其产生的不平衡矢量表示。在下面的解释中，这种考虑也总适用于没有扭矩、即在操作上不扭转的螺旋扭转弹簧17。
根据本发明，带轮解耦器1利用附接至轮毂9的(部分地)补偿弹簧不平衡
Figure BDA0003518762760000062
的不平衡进行平衡，使得产生的不平衡比带轮解耦器1的最大可允许的不平衡小。可允许的不平衡通常为40gmm。
在下面解释的示例性实施方式中，在图4中用
Figure BDA0003518762760000071
示出的轮毂不平衡是由第二弹簧板23的成形产生的并且特别是由轴向弹簧支承部的成形产生的。图4分别示意性地示出了作为环形环的弹簧支承部，其中，图4a示出了基本上从DE 10 2015 202 043 A1或US RE45,156 E中已知的弹簧支承部，并且图4b和图4c示出了根据本发明的弹簧支承平衡弹簧板23。从旋转止挡部26开始，弹簧支承部对应于打磨的弹簧端部21轴向无斜坡地向上直到111°的周向角度(参见图10)，并且弹簧支承部对应于未打磨的弹簧绕组绕图9所示的旋转止挡部26的轴向尺寸以斜坡状的方式在111°与360°之间的周向区域中上升。
图4a：轴向弹簧支承部绕环形环的整个圆周不间断。
图4b：轴向弹簧支承部在111°与360°之间的轴向斜坡周向区域中被两个凹部33和34间断，螺旋扭转弹簧17以悬臂的方式跨越所述两个凹部。凹部33、34的底部与0°与111°之间的轴向无斜坡的周向区域在一个平面内。凹部33、34的形状使得轴向斜坡式弹簧支承部包括绕凹部33、34周向间隔开的三个环形环部分35、36和37。由凹部33、34引起的轮毂不平衡
Figure BDA0003518762760000072
显著小于根据图4a的不平衡矢量并且朝向旋转止挡部26旋转。
图4c：轴向弹簧支承部在111°与360°之间的轴向斜坡式周向区域中仅被一个凹部33间断。所产生的轮毂不平衡
Figure BDA0003518762760000073
比图4b中所示的不平衡矢量略小并且甚至进一步朝向旋转止挡部26旋转。
图5和图6借助于不平衡
Figure BDA0003518762760000074
或在每种情况下他们的总和
Figure BDA0003518762760000075
的图形矢量表示图示了基于根据本发明的弹簧打磨的带轮解耦器1的不平衡的减小。括号中的字母a至c是指图4a至图4c中所示的轴向弹簧支承部。
图5示出了在图3和图4中画出的并且在上面作为参照旋转轴线10的周向角度的函数解释的不平衡矢量，旋转轴线对于旋转止挡部26来说相当于α＝0°。与已知的轮毂不平衡
Figure BDA0003518762760000081
不同，由根据本发明的凹部33、34引起的轮毂不平衡
Figure BDA0003518762760000082
和
Figure BDA0003518762760000083
在绕旋转轴线10的α＝±60°的环形扇区内对准并且清楚地抵消(没有扭矩)螺旋扭转弹簧17的朝向α＝180°对准的弹簧不平衡
Figure BDA0003518762760000084
根据图6a的相关矢量加法清楚地示出了根据图4a的已知的弹簧支承部的不间断斜坡形状甚至引起了增加的不平衡
Figure BDA0003518762760000085
增加的不平衡
Figure BDA0003518762760000086
的量显著大于
Figure BDA0003518762760000087
并且根据下表大约是
Figure BDA0003518762760000088
的两倍(45.3gmm与23.7gmm)。另一方面，根据图6b和图6c的矢量加法以及相关联的表值以下述方式说明了根据本发明的轮毂不平衡
Figure BDA0003518762760000089
和
Figure BDA00035187627600000810
的显著平衡效应：矢量的量的下述关系式至少在螺旋扭转弹簧17未在操作中扭曲的情况下适用：
Figure BDA00035187627600000811
gmm或
Figure BDA00035187627600000812
Figure BDA00035187627600000813
螺旋扭转弹簧17的操作扭转导致弹簧不平衡
Figure BDA00035187627600000814
逆时针旋转并在图5和图6中变小。然而，矢量总和
Figure BDA00035187627600000815
可以仅在非常大的扭转角度下改变使得下面的公式适用于其幅度：
Figure BDA00035187627600000816
图7至图10以立体图和尺寸图示出了如图4b所示的根据本发明的轮毂9的实施方式。轮毂9制造为一件，其中，第二弹簧板23形成在轮毂上，凹部33和34形成在轮毂中并且突出部29作为挤压部分。凹部33、34定尺寸成具有为螺旋扭转弹簧17提供足够大的轴向支承的外形，使得全部的三个轴向斜坡状环形环部分35、36、37具有β>20°的弧长。
产生平衡轮毂不平衡
Figure BDA0003518762760000092
的凹部33、34具有涉及轮毂9的制造工艺的另一重要优点。该优点包括下述事实：弹簧支承部的轴向斜坡形状与环形环片35、36、37的相对较短的弧长的挤压伴随着相对于弹簧板23轴向上升的轮毂9的管部分38的显著较低的偏斜(垂直度偏差)。
由凹部33、34产生的轮毂不平衡
Figure BDA0003518762760000091
可以可选地通过减小弹簧板23的外周处的质量增大。这可以例如借助于一个或更多个横向孔(所述一个或更多个横向孔在本例中不存在)来完成，所述一个或更多个横向孔在远离与用于径向轴承环14的凹槽40相邻的套环39上的旋转止挡部26的α＝90°至α＝180°的角度范围内制造。

Claims (6)

1.一种带轮解耦器(1)，所述带轮解耦器用于在带驱动器的带(4)与和所述带进行驱动连接的轴之间传输扭矩，所述带轮解耦器包括：
-轮毂(9)，所述轮毂紧固至所述轴，
-带轮(5)，所述带轮绕所述带轮解耦器(1)的旋转轴线(10)以可旋转的方式安装在所述轮毂(9)上，
-螺旋扭转弹簧(17)，所述螺旋扭转弹簧布置在所述带轮(5)与所述轮毂(9)之间的扭矩流中并且具有打磨的弹簧端部(21)，
-第一弹簧板(22)，所述第一弹簧板在所述扭矩流中在所述带轮(5)的一侧延伸并且具有用于一个弹簧端部(21)的轴向弹簧支承部，所述一个弹簧端部的周向端面(28)以传输扭矩的方式与所述第一弹簧板(22)的旋转止挡部(25)接触，
-以及第二弹簧板(23)，所述第二弹簧板以旋转的方式固定至所述轮毂(9)并且具有用于另一个弹簧端部(21)的轴向弹簧支承部，所述另一个弹簧端部的周向端面(28)以传输扭矩的方式与所述第二弹簧板(23)的旋转止挡部(26)接触，
其特征在于，所述轮毂(9)具有不平衡，所述轮毂的不平衡以下述方式补偿由所述弹簧端部(21)的所述打磨部分(31)产生的所述螺旋扭转弹簧(17)的不平衡：在所述螺旋扭转弹簧(17)没有扭矩的情况下，下述关系式适用于弹簧不平衡
Figure FDA0003518762750000011
和轮毂不平衡
Figure FDA0003518762750000012
Figure FDA0003518762750000013
2.根据权利要求1所述的带轮解耦器(1)，其特征在于，所述轮毂不平衡
Figure FDA0003518762750000014
在绕所述旋转轴线(10)的α＝±60°的环形扇区内对准，在每种情况下在所述第二弹簧板(23)的所述旋转止挡部(26)的方向相对于所述环形扇区为α＝0°的情况下并且在所述螺旋扭转弹簧(17)没有扭矩的情况下，所述弹簧不平衡
Figure FDA0003518762750000021
的方向为α＝180°。
3.根据权利要求1或2所述的带轮解耦器(1)，其特征在于，所述第二弹簧板(23)的轴向弹簧支承部通过所述第二弹簧板的旋转止挡部(26)的轴向尺寸以斜坡状的方式轴向上升，其中，所述轮毂不平衡
Figure FDA0003518762750000022
由一个或更多个凹部(33、34)产生，所述一个或更多个凹部使所述轴向弹簧支承部的斜坡形状中断。
4.根据权利要求3所述的带轮解耦器(1)，其特征在于，所述第二弹簧板(23)的轴向弹簧支承部包括环形环片(35、36、37)，所述环形环片绕所述凹部(33、34)周向地彼此间隔开。
5.根据权利要求4所述的带轮解耦器(1)，其特征在于，对于全部环形环片(35、36、37)的弧长β，适用下述公式：β>20°。
6.根据权利要求3至5中的一项所述的带轮解耦器(1)，其特征在于，具有形成在其上的所述第二弹簧板(23)和形成在其中的所述凹部(33、34)的所述轮毂(9)为挤压零件。
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