CN116648368A - 具有扭矩限制特征以保护其部件的解耦器 - Google Patents

Abstract

在一方面，提供了一种解耦器，该解耦器包括输入构件、输出构件、单向离合器和隔振弹簧。单向离合器接受来自输入构件的扭矩。隔振弹簧是螺旋形的，隔振弹簧具有第一螺旋端部和第二螺旋端部，并且具有第一轴向端部和第二轴向端部以及径向外表面和径向内表面。隔振弹簧接收来自单向离合器的扭矩，并且将扭矩传递至输出构件。隔振弹簧基于扭矩而径向地改变尺寸。输入构件包括径向突起，该径向突起定位成在弹簧达到选定尺寸时与弹簧的径向外表面和径向内表面中的一者摩擦地接合。径向突起与弹簧的摩擦接合产生从输入构件直接到达弹簧的扭矩传递，同时产生从输入构件通过离合器到达弹簧的扭矩传递。

Description

具有扭矩限制特征以保护其部件的解耦器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年1月20日提交的美国临时申请No.63/139,607的权益，该美国临时申请的内容通过参引整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及解耦器领域，该解耦器允许操作性地连接至环形传动构件(比如，用于车辆发动机上的皮带传动附件的发动机曲轴和输入轴)的物件暂时以与环形传动构件的速度不同的速度运行，并且更特别地涉及用于解耦器的承载件，该承载件保持卷绕弹簧式离合器和隔振弹簧两者。

背景技术

已知的是，在来自车辆中的发动机的曲轴的由皮带驱动的附件比如交流发电机上提供解耦器机构。可以被称为解耦器组件或解耦器的这种解耦机构允许相关附件暂时以与皮带的速度不同的速度运行。如已知的，曲轴经历与发动机中的汽缸的点火相关联的加速循环和减速循环。解耦器允许交流发电机轴以相对恒定的速度旋转，即使发动机的曲轴以及因此解耦器的带轮将经历通常被称为旋转扭转振动或扭转的这些相同的加速循环和减速循环亦是如此。

承载件已经在解耦器中使用了一段时间，其中，使用了卷绕弹簧式离合器。承载件保持卷绕弹簧式离合器的端部并且还保持隔振弹簧的端部，从而有助于将组件保持在一起。然而，已经发现，随着时间的推移，在通过解耦器进行的扭矩传递的多次循环之后，承载件中会发生故障。提供一种抗失效性增强的解耦器将是有利的。

经受高扭矩瞬变的解耦器可能比其他情况下的解耦器更容易失效。这种解耦器是增压器的输入轴上的解耦器的一个示例。因此，在存在高扭矩瞬变的应用——比如安装在增压器的轴上的解耦器——中提供抗失效性增强的解耦器将是特别有利的。

发明内容

在一方面，提供了一种解耦器，该解耦器包括解耦器输入构件、解耦器输出构件、单向离合器和隔振弹簧。解耦器输入构件能够相对于解耦器输出构件旋转。解耦器输入构件和解耦器输出构件能够绕轴线旋转。单向离合器定位成接收来自解耦器输入构件的扭矩。隔振弹簧为螺旋扭转弹簧，隔振弹簧具有第一螺旋端部和第二螺旋端部，并且具有第一轴向端部和第二轴向端部以及径向外表面和径向内表面。隔振弹簧定位成接收来自单向离合器的扭矩，并且定位成至少间接地将扭矩通过第二螺旋端部传递至解耦器输出构件。隔振弹簧基于通过隔振弹簧传递多少扭矩而径向地改变尺寸。解耦器输入构件包括径向突起，该径向突起定位成在隔振弹簧达到选定径向尺寸时与隔振弹簧的径向外表面和径向内表面中的一者摩擦地接合。径向突起与隔振弹簧的摩擦接合产生从解耦器输入构件直接到达隔振弹簧的扭矩传递，同时产生从解耦器输入构件通过单向离合器到达隔振弹簧的扭矩传递。

附图说明

参照附图，将更好地理解本发明的前述和其它方面，附图如下：

图1为具有根据本发明的实施方式的解耦器的以皮带传动的发动机的正视图。

图2为图1中示出的解耦器的立体图。

图3A为图2中示出的解耦器的分解立体图。

图3B为图2中示出的解耦器的另一分解立体图。

图4为图2中示出的解耦器的截面图。

图5A为图2中示出的解耦器在低扭矩传递期间的截面正视图。

图5B为图2中示出的解耦器在高扭矩传递期间的截面正视图。

图6是针对图2中示出的解耦器和现有技术的解耦器两者示出了输入至解耦器的带轮的扭矩与在解耦器中的承载件处传递的扭矩之间的关系的图表。

具体实施方式

参照图1，其示出了用于车辆的发动机10。发动机10包括驱动环形传动元件的曲轴12，环形传动元件例如可以是皮带14。发动机10经由皮带14驱动多个附件16、比如增压器18。每个附件16均包括输入传动轴15，输入传动轴15上具有由皮带14驱动的带轮13。可以在皮带14与皮带驱动附件16中的任何一个或更多个皮带驱动附件的输入轴15之间替代带轮而设置有解耦器20，并且特别地在皮带14与增压器18的输入轴15之间替代带轮而设置有解耦器20。

参照图2、图3A和图3B，其分别示出了解耦器20的组装立体图和两个分解立体图。解耦器20包括毂22、带轮24、第一支承构件26、第二支承构件27、隔振弹簧28、承载件30和卷绕弹簧式离合器32。

毂22可以适于以任何合适的方式安装至附件的轴15(图1和图3A)。例如，毂22可以具有穿过毂22的轴安装孔36，轴安装孔36用于将毂22安装至轴15的端部，以使毂22和轴15绕轴线A(图3A)共同旋转。在示出的实施方式中，解耦器20包括毂延伸构件22a，毂延伸构件22a用作间隔件以将解耦器(并且特别是带轮24)轴向地定位在用于与皮带14配合的选定位置中。

带轮24以可旋转的方式安装至毂22。带轮24具有构造成与皮带14接合的外表面40。外表面40示出为具有凹槽42。因而，皮带14可以为多V形皮带。然而，将理解的是，带轮24的外表面40可以具有任何其它合适的构型并且皮带14不必为多V形皮带。例如，带轮24可以具有单个凹槽并且皮带14可以为单V形皮带，或者带轮24可以具有用于与平坦皮带14接合的大致平坦部分。带轮24还包括内表面43，卷绕弹簧式离合器32可以接合内表面43以使带轮和毂22联接在一起。带轮24可以由任何合适的材料——比如钢、或铝、或在一些情况下的诸如某些类型的尼龙、酚醛树脂或其它材料的聚合物材料——制成。如图3A中可见，带轮24具有近端端部46(即，更靠近安装有带轮24的附件的端部)和远端端部47(即，更远离安装有带轮24的附件的端部)。

第一支承构件26在带轮24的近端轴向端部46处将带轮24以可旋转的方式支撑在毂22上。第一支承构件26可以是任何合适类型的支承构件、比如滚珠轴承。设置第一保持器45，第一保持器45安装到带轮24的凹槽中以将第一支承构件26保持就位。第一保持器45例如可以是如所示出的可移除的C形夹或者任何其他合适种类的保持器。

第二支承构件27定位在带轮24的远端端部47处，以将带轮24以可旋转的方式支撑在毂22的带轮支撑表面48上。第二支承构件27可以以任何合适的方式安装至带轮24并且安装至毂22。在示出的实施方式中，第二支承构件27可以通过注射模制过程模制在带轮支撑表面48周围，其中，毂22形成模具的一部分。在插入到模具型腔中之前，毂22上可以具有涂层，以防止支承构件27在模制过程期间牢固地粘附至带轮支撑表面48，使得在毂22和支承构件27从模制机器(未示出)移除之后，支承构件27能够绕毂22旋转。将指出的是，可以采用使第二支承构件27和带轮24连结的其它方法、比如粘结结合以及/或者使用将支承构件27锁定至带轮的机械连结元件(例如，弹性锁定凸部)。

隔振弹簧28设置成适应皮带14相对于轴15的速度的振动。隔振弹簧28可以为螺旋扭转弹簧，该螺旋扭转弹簧具有第一螺旋端部50，第一螺旋端部50被保持在螺旋支撑表面55上并且抵接承载件30上的径向延伸的传动壁52(图4)。隔振弹簧28具有第二螺旋端部53(图3B)，第二螺旋端部53与毂22上的类似传动壁57(其一小部分在图3A中是可见的)接合。在示出的实施方式中，隔振弹簧28在第一端部50与第二端部53之间具有多个簧圈58。簧圈58优选地以选定量间隔开，并且隔振弹簧28优选地在选定轴向压缩量之下安装在解耦器20中，该选定轴向压缩量迫使隔振弹簧28保持在下述位置中，在该位置中，第一螺旋端部50和第二螺旋端部53与承载件30和毂22上的相应的传动壁52和传动壁57抵接。在美国专利7,712,592中示出并描述了隔振弹簧28、毂22和承载件30之间适当接合的示例，该美国专利的内容通过参引并入本文中。

隔振弹簧28定位成接收来自卷绕弹簧式离合器32的扭矩，并且定位成至少间接地将扭矩传递至毂22。

止推板件73可以设置成接收由隔振弹簧28的轴向压缩导致的承载件30的轴向推力。第二保持器75可以设置在止推板件73与第一支承构件26之间。部分覆盖件100能够安装至带轮以抑制灰尘和碎屑在操作期间进入到解耦器20中。

隔振弹簧28可以由任何合适的材料、比如合适的弹簧钢制成。隔振弹簧28可以具有任何合适的截面形状。在附图中，隔振弹簧28示出为具有大致圆化的矩形截面形状，该大致圆化的矩形截面形状为隔振弹簧提供了针对给定占用体积的相对高的扭转阻力(即，弹簧刚度)。然而，可以通过其它截面形状、比如圆形截面形状或正方形截面形状来获得合适的弹簧刚度。

隔振弹簧28基于通过隔振弹簧28传递多少扭矩而径向地改变尺寸。在示出的实施方式中，隔振弹簧28随着通过其传递的扭矩增加而径向地扩展。套筒66可选地可以设置成在隔振弹簧28的径向扩展期间确保隔振弹簧28与卷绕弹簧式离合器32分离。

卷绕弹簧式离合器32定位成接收来自带轮24的扭矩。卷绕弹簧式离合器32是大致螺旋形的，并且卷绕弹簧式离合器32具有第一端部51，第一端部51能够与隔振弹簧28的第一螺旋端部50接合以用于与第一螺旋端部50进行扭矩传递。卷绕弹簧式离合器32的第一端部51可以通过具有一个或更多个弯曲部(例如，以51a示出)而固定地连接至承载件30，一个或更多个弯曲部与承载件30中的承载件槽102紧密接合，该承载件槽102与卷绕弹簧式离合器32的第一端部51互补。第一端部51的弯曲形状以及第一端部51与槽102的接合防止了第一端部51从槽102离开。卷绕弹簧式离合器32还具有可以自由浮动的第二端部59。

承载件30本身可以由任何合适的材料、比方说例如合适的尼龙等制成。槽102具有槽出口104，卷绕弹簧式离合器32通过槽出口104离开槽102以围绕承载件30的外部卷绕(以106示出)。槽出口104在其径向外侧部上由承载件30的端壁108限定。如图4、图5A和图6中可见，端壁108仅在其相对于承载件30的其余部分的基部处被支撑。

当从皮带14向带轮24施加扭矩从而将带轮24以比轴15的速度快的速度驱动时，带轮24的内表面43与卷绕弹簧式离合器32的簧圈之间的摩擦力将卷绕弹簧式离合器32的簧圈中的至少一个簧圈围绕轴线A沿第一旋转方向相对于卷绕弹簧式离合器32的第一端部51驱动至少某一角度。由带轮24相对于第一端部51驱动的一个或更多个簧圈之间的相对运动引起离合器弹簧径向扩展，这进一步加强了卷绕弹簧式离合器32的簧圈与带轮24的内表面43之间的夹持。因此，卷绕弹簧式离合器32的第一端部51将来自带轮24的扭矩通过隔振弹簧28传递至毂22。因此，使毂22达到带轮24的速度。因而，当带轮24比毂22旋转得更快时，卷绕弹簧式离合器32操作性地将带轮24连接至承载件30并且因此连接至毂22。

在带轮24与毂22之间通过解耦器20进行的扭矩传递期间，卷绕弹簧式离合器32的第一端部51定位成在端壁108上施加离合器相关径向力，并且隔振弹簧28定位成在承载件30上施加与离合器相关径向力至少部分地相反的隔振弹簧相关力。

通常，离合器相关径向力是分布力，离合器相关径向力的一部分被施加至端壁108。这可能导致端壁108由于其上的这种离合器相关径向力的重复施加而随时间疲劳失效。由承载件30引起的其他应力也可能以其他方式导致承载件30失效。承载件30的变形或失效可能导致解耦器20失效，或者至少可能导致缩短解耦器20的操作寿命。

为了减小承载件30变形或失效的可能性，带轮24包括径向突起150(在图5A和图5B中最佳地示出)，径向突起150定位成在隔振弹簧28达到选定径向尺寸时(即，在隔振弹簧28传递选定扭矩量时)与隔振弹簧28的径向外表面(以152示出)摩擦地接合。径向突起150与隔振弹簧28的摩擦接合产生直接从带轮24到隔振弹簧28的扭矩传递，这与通过卷绕弹簧式离合器32从带轮24到隔振弹簧28的扭矩传递同时产生。

图5A示出了在被传递的扭矩足够小以至于扭矩没有使隔振弹簧28径向地扩展至足以与径向突起150接合时通过解耦器20的扭矩传递路径(以154示出)。如可以看出的，扭矩传递路径154从带轮24行进至卷绕弹簧式离合器32、行进至承载件30、行进至隔振弹簧28、以及从毂22(和毂延伸部22a)行进到附件的轴15(图5A和图5B中未示出)中。为简单起见，毂延伸部22a本身可以被视为毂22的一部分。

图5B示出了在被传递的扭矩足够大以至于扭矩已经使隔振弹簧28径向地扩展至足以与径向突起150接合时通过解耦器20的扭矩传递路径(以156示出)。如可以看出的，扭矩传递路径154继续存在。然而，经由图5B中以156示出的扭矩路径，扭矩的一些部分从带轮24通过径向突起150直接传递到隔振弹簧28中。随着从皮带14输入至带轮24的扭矩进一步增加，隔振弹簧28对径向突起150越来越牢固地挤压，这使隔振弹簧28与径向突起150之间的摩擦力增加，这又使通过径向突起150从带轮24直接传递至隔振弹簧28的扭矩量增加。

图6示出了具有两条曲线160和曲线162的图表，针对解耦器20(曲线160)和现有技术的解耦器(曲线162)，曲线160和曲线162示出了经由皮带14输入至带轮24的扭矩与通过承载件30传递的扭矩之间的关系。如可以看出的，曲线160和曲线162对于低于选定扭矩的扭矩是重叠的，本示例中的选定扭矩约为26Nm。对于高于26Nm的扭矩，现有技术的解耦器具有以一对一的关系线性地继续的扭矩传递，这是由于输入至带轮的所有扭矩继续通过承载件。然而，对于解耦器20，输入至带轮24的附加扭矩部分地通过承载件30传递，并且部分地通过径向突起直接传递到隔振弹簧28中。因此，在示出的示例图表中，解耦器20能够传递例如50nm，而仅约30Nm从卷绕弹簧式离合器32通过承载件30传递至隔振弹簧28。

带轮24和毂22仅是合适的解耦器输入构件和合适的解耦器输出构件的示例，可以设置任何合适的解耦器输入构件和解耦器输出构件。在一些实施方式中，比方说例如将解耦器20安装至曲轴12的实施方式，带轮24将构成解耦器输出构件，并且安装至曲轴12的毂22将构成解耦器输入构件。

卷绕弹簧式离合器32仅是可以在解耦器20中使用的单向离合器的一个示例。替代性地，可以使用任何其他合适类型的单向离合器，比如滚柱离合器(roller clutch)或楔块离合器(sprag clutch)，上述单向离合器可以在存在或不存在类似于承载件30的承载件的情况下将扭矩传递至隔振弹簧。虽然本实施方式中的承载件30受益于径向突起的存在，但是替代性地可以为不具有承载件30的解耦器提供益处，这是由于通过单向离合器本身使扭矩传递减小以允许选择具有较低最大强度的单向离合器。

在本示例中，径向突起从带轮24(即，从解耦器输入构件)向内突出并且与隔振弹簧28的径向外表面接合。此外，隔振弹簧28构造成随着通过隔振弹簧28传递的扭矩增加而径向地扩展。然而，替代性地，可以提供以下实施方式，在该实施方式中，隔振弹簧随着通过隔振弹簧传递的扭矩增加而径向收缩，并且其中，解耦器输入构件具有从解耦器输入构件径向向外延伸的径向突起，该径向突起定位成在通过隔振弹簧产生的选定扭矩传递量下与隔振弹簧接合。

解耦器输入构件包括径向突起，该径向突起定位成在隔振弹簧达到选定径向尺寸时与隔振弹簧的径向外表面和径向内表面中的一者摩擦地接合，其中，径向突起与隔振弹簧的摩擦接合产生直接从解耦器输入构件到达隔振弹簧的扭矩传递，同时产生从解耦器输入构件通过单向离合器到达隔振弹簧的扭矩传递。

相应地，可以广泛地说，解耦器输入构件包括径向突起，该径向突起定位成在隔振弹簧达到选定径向尺寸时与隔振弹簧的径向外表面和径向内表面中的一者摩擦地接合，其中，径向突起与隔振弹簧的摩擦接合产生从解耦器输入构件直接到达隔振弹簧的扭矩传递，同时产生从解耦器输入构件通过单向离合器到达隔振弹簧的扭矩传递。

解耦器在附图中示出并且在本文中进行描述。解耦器可以用于发动机、特别是如示出的车辆发动机、或者任何其他合适类型的发动机的附件传动。

虽然本文包含的描述构成了本发明的多个实施方式，但是应当理解的是，在不背离所附权利要求的公平含义的情况下，可以对本发明进行进一步的修改和改变。

Claims (4)

1.一种解耦器，包括：

解耦器输入构件；

解耦器输出构件，其中，所述解耦器输入构件能够相对于所述解耦器输出构件旋转，并且其中，所述解耦器输入构件和所述解耦器输出构件能够绕轴线旋转；

单向离合器，所述单向离合器定位成接收来自所述解耦器输入构件的扭矩；以及

隔振弹簧，所述隔振弹簧为螺旋扭转弹簧，所述隔振弹簧具有第一螺旋端部和第二螺旋端部，并且具有第一轴向端部和第二轴向端部，并且具有径向外表面和径向内表面，其中，所述隔振弹簧定位成接收来自所述单向离合器的扭矩，并且所述隔振弹簧定位成至少间接地将扭矩通过所述第二螺旋端部传递至所述解耦器输出构件，其中，所述隔振弹簧基于通过所述隔振弹簧传递多少扭矩而径向地改变尺寸，

其中，所述解耦器输入构件包括径向突起，所述径向突起定位成在所述隔振弹簧达到选定径向尺寸时与所述隔振弹簧的所述径向外表面和所述径向内表面中的一者摩擦地接合，其中，所述径向突起与所述隔振弹簧的摩擦接合产生从所述解耦器输入构件直接到达所述隔振弹簧的扭矩传递，同时产生从所述解耦器输入构件通过所述单向离合器到达所述隔振弹簧的扭矩传递。

2.根据权利要求1所述的离合装置，其中，所述单向离合器为具有径向外表面和径向内表面的卷绕弹簧式离合器，其中，所述径向外表面和所述径向内表面中的一者在从所述解耦器输入构件到所述卷绕弹簧式离合器的扭矩传递期间与所述解耦器输入构件摩擦地接合，其中，所述卷绕弹簧式离合器具有第一螺旋端部，以及

其中，所述离合装置还包括承载件，所述承载件定位成保持所述隔振弹簧的第一螺旋端部和所述卷绕弹簧式离合器的第一螺旋端部，以用于在所述隔振弹簧的第一螺旋端部与所述卷绕弹簧式离合器的第一螺旋端部之间扭矩传递。

3.根据权利要求1所述的离合装置，其中，所述单向离合器和所述隔振弹簧是金属制的，并且所述承载件是聚合物的。

4.根据权利要求1所述的离合装置，其中，所述解耦器输入构件为带轮，并且所述解耦器输出构件是毂，该毂成形为安装至附件的轴。