CN116928317A - 发电机单向耦合减振器 - Google Patents

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CN116928317A CN202310747230.3A CN202310747230A CN116928317A CN 116928317 A CN116928317 A CN 116928317A CN 202310747230 A CN202310747230 A CN 202310747230A CN 116928317 A CN116928317 A CN 116928317A
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吴晓亮
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Litens Automotive Suzhou Co ltd
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Abstract

本发明提供一种发电机单向耦合减振器，包括带轮、轴毂、扭转弹簧、膨胀套以及扭矩调节组件，轴毂设置在带轮的中心孔内，扭转弹簧套设在轴毂上，且膨胀套环设在扭转弹簧的外侧，扭矩调节组件设置在带轮和膨胀套之间，用于调节扭矩；扭矩调节组件包括弹片和保护套，带轮中心孔的内壁上设有环形安装槽，环形安装槽上下两端与中心孔内壁之间形成上台阶面和下台阶面，保护套设置在环形安装槽内，且上下两端分别延伸至上、下台阶面上；弹片设置在保护套和膨胀套之间，当扭转弹簧旋转径向扩张压迫膨胀套，通过膨胀套挤压弹片产生弹性变形。具有扭矩范围广、隔振效果佳、整体结构简单紧凑，安装方便等特点。

Description

发电机单向耦合减振器
技术领域
本发明涉及减振器技术领域，特别是涉及一种发电机单向耦合减振器。
背景技术
发动机前端附件驱动系统(FEAD，是英文Front End Accessory Drive的简写)。主要功能是通过皮带将发动机曲轴的一部分输出功率输送到发送机的各附件，如风扇、水泵、发电机和空调压缩机等附件，保证汽车能够正常工作。其中发电机的输出轴与发电机带轮同轴连接。
发电机转速通常是发动机转速的2～3倍，具有较大的转动惯量，并且随发动机一起连续长时工作，对发动机的转速波动极为敏感。在急加速、急减速工况下，由于转速的波动造成发电机转子的波动极为明显，对整个轮系的冲击也最大，大多数情况下是皮带抖动、噪声、打滑以及张紧器臂大幅度摆动的根本原因。为解决发动机转速突变时发电机对整个轮系的冲击，扭矩适用范围广、具有多级减振功能的发电机单向耦合减振器(OverrunningAlternator Decoupler，以下简OAD)应用逐步受到关注。其原理是将发电机的转动惯量从整个轮系中隔离开，提高皮带传动系统运行的稳定性。
OAD在原本刚性连接的发电机带轮与电机转子之间，加入单向离合器和扭转弹簧，使两者变成弹性连接。扭矩在皮带轮与发电机转子间的传递路径，当发动机处于加速工况或稳态匀速工况时，外侧带轮转速大于电机转子转速，OAD离合器处于吸合状态，扭力通过电机轮轴、扭转弹簧传递给电机转子，带动电机转子工作。扭转弹簧的作用是将带轮与转子的刚性连接变为柔性连接；当发动机处于减速工况时，外侧带轮转速小于电机转子转速，OAD的单向离合器起作用，将外侧带轮与电机转子分离开来，电机转子的高转速冲击无法传递给外侧带轮，改善了系统的NVH性能。
传统的OAD存在以下问题：
(1)采用固定的扭转刚度，适应的工作扭矩范围有限。
在发动机加速阶段，扭转弹簧在带轮与轴毂之间传递扭矩，该过程中扭转弹簧外径将因弹性变形而膨胀。已知任何扭转弹簧都存在最大许用扭转角度及其对应的最大许用扭矩，当扭转弹簧承受的工作扭矩超出最大许用扭矩后，将产生塑性变形甚至断裂。为了防止扭转弹簧到达最大许用扭转角度而损坏，传统OAD结构在扭转弹簧外部嵌套一层金属螺旋弹簧或塑料衬套，用来限制扭转弹簧外径的无限膨胀，即限制扭转弹簧的旋转角度。
如图1所示，当扭转弹簧3在一定扭矩作用下膨胀并挤压塑料衬套13后，塑料衬套13以及离合弹簧9的外径也随之膨胀。在FEAD运行过程中，由于发动机扭振的影响，OAD承接的扭矩可能会瞬间增加，若该扭矩到达OAD能够承受的最大扭矩，塑料衬套13、离合弹簧、带轮内壁三者间的间隙将在因扭转弹簧挤压下完全消失，此时扭转弹簧的外径最终被限制/固定，扭转弹簧无法通过弹性形变来吸收和释放能量，完全丧失减振效果，OAD失效，轴毂和带轮完全转变为刚性连接，届时发电机将直接承受发电机的扭振。因此，在不影响OAD正常工作状态的前提下，有必要扩大OAD适应的工作扭矩范围，避免OAD在工作扭矩突增时丧失减振能力。
(2)由于带轮内部安装空间的限制，现有OAD的减振功能只依赖单一的扭转弹簧作用来实现，在发动机的大扭振作用下，尤其是发动机怠速阶段，OAD承接的扭矩往往很大(即使扭矩未达到上述①OAD能够承受的最大扭矩)，OAD的减振效果并不理想，因此有必要在有限的安装空间内重新设计减振结构，以提高OAD的减振隔振能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种发电机单向耦合减振器。
本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种发电机单向耦合减振器，包括带轮、轴毂、扭转弹簧、膨胀套以及扭矩调节组件，其中，所述轴毂设置在带轮的中心孔内，所述扭转弹簧套设在轴毂上，且膨胀套环设在扭转弹簧的外侧，所述扭矩调节组件设置在带轮和膨胀套之间，用于调节扭矩；
所述扭矩调节组件包括弹片和保护套，所述带轮中心孔的内壁上设有环形安装槽，所述环形安装槽上下两端与中心孔内壁之间形成上台阶面和下台阶面，所述保护套设置在环形安装槽内，且上下两端分别延伸至上台阶面和下台阶面上；所述弹片设置在保护套和膨胀套之间，当扭转弹簧旋转径向扩张压迫膨胀套，通过膨胀套挤压弹片产生弹性变形。
其中，带轮用于扭矩的输入；轴毂与轴配和，用于扭矩的输出；单向耦合组件用于将带轮输入的扭矩单向传递到轴毂上，通过轴将扭矩输出。
弹片的结构可以采用多种不同的方式，下面给出两种弹片结构。
弹片的一种结构为：所述弹片为沿轴向开口的圆环，轴截面呈S形。
进一步的，为了保证弹片变形不受限制，还包括橡胶圈，所述橡胶圈设置在保护套内侧，且位于弹片的上端，所述弹片上端与橡胶圈端面抵接，弹片下端抵在环形安装槽的下台阶面上。
为了对保护套和橡胶圈进行限位，所述上台阶面上设有环形浅槽，所述保护套和橡胶圈的上端插入环形浅槽内。通过环形浅槽对橡胶圈和保护套进行限制，避免其受力状态变化时位置偏移。
弹片的一种结构为：所述弹片为圆环形，轴截面呈M形。
进一步的，还包括橡胶圈，所述橡胶圈设置在弹片顶部的V槽内，所述弹片的内环面与膨胀套的外侧面抵接，所述弹片的外环面与保护套的内侧面抵接。
进一步的，为了保证膨胀套和保护套的变形，所述膨胀套和保护套均为沿轴向开口的圆环。作为优选，所述膨胀套和保护套采用塑料制成。
进一步的，还包括摩擦环、止推片、轴承和离合弹簧，所述轴毂与带轮的下端通过摩擦环连接，上端通过轴承连接，所述扭转弹簧套设在摩擦环与轴承之间的轴毂上，所述止推片设置在轴承的下侧且与扭转弹簧端部连接，扭转弹簧下端与轴毂连接；所述离合弹簧设置在扭转弹簧的外侧，且上端与止推片连接，下端处于自由状态。
进一步的，还包括垫片，所述垫片设置在轴承和止推片之间。
进一步的，所述止推片朝向扭转弹簧的一侧上具有同轴设置的扭转弹簧卡槽和离合弹簧卡槽，所述离合弹簧卡槽位于扭转弹簧卡槽的内侧，所述扭转弹簧的端部设置在扭转弹簧卡槽内，所述离合弹簧的端部设置在离合弹簧卡槽内。
轴承为标准件，扭转弹簧在带轮和轴毂间传递扭矩并减振；摩擦环提供轴毂旋转时的摩擦扭矩和阻尼；离合弹簧如上文所述在发动机加速阶段连接止推片和带轮内壁以传递扭矩，在发动机减速阶段断开止推片和带轮内壁间的连接以隔离发电机负载和转动惯量；垫片位于轴承和止推片之间，用于连接轴毂和止推片并对轴承限位。
本发明的有益效果是：
(1)通过弹片的弹性变形自动调节OAD扭转弹簧的扭转刚度，在工作扭矩突增时自动提高弹簧扭转刚度，避免在突增扭矩下弹簧的失效，即防止带轮和轴毂在突增扭矩下转换为刚性连接，扩大了OAD适用的扭矩范围，同时在工作扭矩恢复正常后，自动降低弹簧扭转刚度至初始值，保证OAD在常规工况下的最佳隔振效果。
(2)当工作扭矩随发动机扭振反复变化时，利用弹片自身的弹性，对扭转弹簧外径施加弹力，在防止扭转弹簧外径过度变化的同时，抑制扭转弹簧外径大小的波动，进而抑制带轮传递给轴毂的扭矩的波动，增加OAD的减振效果。
(3)满足以上两点的同时，使整体结构简单紧凑，安装方便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是现有技术中OAD的结构示意图。
图2是本发明发电机单向耦合减振器的外部结构示意图。
图3是实施例一的剖面结构示意图。
图4是实施例一的剖面立体结构示意图。
图5是实施例一中带轮的剖面结构示意图。
图6实施例一中弹片的结构示意图。
图7图6弹片的轴截面结构示意图。
图8是膨胀套/保护套的结构示意图。
图9是止推片的结构示意图。
图10是止推片的结构示意图。
图11是垫片的结构示意图。
图12是OAD扭转刚度随扭转弹簧旋转角度的变化图。
图13是实施例二的剖面结构示意图。
图14是实施例二的剖面立体结构示意图。
图15是实施例二中带轮的剖面结构示意图。
图16是实施例二中弹片的结构示意图。
图17是实施例二中弹片的剖面结构示意图。
图中：1、带轮，1.1、中心孔，1.2、环形安装槽，1.3、上台阶面，1.4、下台阶面，1.5、环形浅槽，2、轴毂，3、扭转弹簧，4、摩擦环，5、弹片，6、膨胀套，7、保护套，8、橡胶圈，9、离合弹簧，10、止推片，10.1、凸起，10.2、扭转弹簧卡槽，10.3、离合弹簧卡槽，11、垫片，11.1、第一卡沿，11.2、第二卡沿，12、轴承，13、衬套。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。
实施例一：
如图2-图4所示，本发明的一种发电机单向耦合减振器，包括带轮1、轴毂2、扭转弹簧3、膨胀套6、摩擦环4、止推片10、轴承12、离合弹簧9、垫片11以及扭矩调节组件，所述扭矩调节组件包括弹片5、保护套7和橡胶圈8，所述轴毂2设置在带轮1的中心孔1.1内，所述轴毂2与带轮1的下端通过摩擦环4连接，上端通过轴承12连接，摩擦环4提供轴毂2旋转时的摩擦扭矩和阻尼；所述扭转弹簧3套设在摩擦环4与轴承12之间的轴毂2上，且膨胀套6环设在扭转弹簧3的外侧，扭转弹簧3在带轮1和轴毂2间传递扭矩并减振；所述扭矩调节组件设置在带轮1和膨胀套6之间，用于调节扭矩；所述止推片10设置在轴承12的下侧且与扭转弹簧3端部连接，扭转弹簧3下端与轴毂2连接；所述离合弹簧9设置在扭转弹簧3的外侧，且上端与止推片10连接，下端处于自由状态，离合弹簧9在发动机加速阶段连接止推片10和带轮1内壁以传递扭矩，在发动机减速阶段断开止推片10和带轮1内壁间的连接以隔离发电机负载和转动惯量。所述垫片11设置在轴承12和止推片10之间，用于连接轴毂2和止推片10并对轴承12限位。其中，带轮1用于扭矩的输入；轴毂2与轴配和，用于扭矩的输出；扭转弹簧3、离合弹簧9等用于将带轮1输入的扭矩单向传递到轴毂2上，通过轴将扭矩输出。
如图5所示，带轮1内部中心孔1.1为不等径圆形空腔，且在带轮1中心孔1.1的内壁上加工有环形安装槽1.2；所述环形安装槽1.2上下两端与中心孔1.1内壁之间形成上台阶面1.3和下台阶面1.4，所述保护套7设置在环形安装槽1.2内，且上下两端分别延伸至上台阶面1.3和下台阶面1.4上；所述弹片5设置在保护套7和膨胀套6之间，当扭转弹簧3旋转径向扩张压迫膨胀套6，通过膨胀套6挤压弹片5产生弹性变形。所述橡胶圈8为圆环形，设置在保护套7内侧，且位于弹片5的端面上端，所述弹片5上端与橡胶圈8端面抵接，弹片5下端抵在环形安装槽1.2的下台阶面1.4上，在弹片5发生弹性变形时，橡胶圈8为弹片5端面提供弹力，以增加OAD的扭转刚度。为了对保护套7和橡胶圈8进行限位，所述上台阶面1.3上设有环形浅槽1.5，所述保护套7和橡胶圈8的上端插入环形浅槽1.5内。通过环形浅槽1.5对橡胶圈8和保护套7进行限制，避免其受力状态变化时位置偏移。
如图6和图7所示，本实施例中所述弹片5为沿轴向开口的圆环，轴截面呈S形，即波浪形。内外径可受径向力膨胀变形，在撤出外力后恢复原状，弹片5的端面位置(即轴向长度)在该过程中也会改变，当弹片5膨胀时轴向长度增加，当弹片5收缩时轴向长度减小。在弹片5发生该弹性变形的过程中，弹片5同时在内外径方向施加弹力。
如图8所示，膨胀套6为沿轴向开口的圆环，内外径可受径向力膨胀变形，在撤出外力后恢复原状，安装在弹片5与扭转弹簧3之间，在正常状态下(即工作扭矩较小，没有因发动机扭振变化突增)，膨胀套6外壁与弹片5内壁接触，而膨胀套6内壁与扭转弹簧3外径不接触。为保证膨胀套6的安装位置，在安装时需在膨胀套6外壁施加一定径向预紧力，依靠膨胀套6向外的弹力与弹片5充分接触。保护套7结构与膨胀套6结构类似，但是其尺寸不同，保护套7设置环形安装槽1.2内，在弹片5受力弹性变形后，防止弹片5磨损带轮1内壁。作为优选，所述膨胀套6和保护套7采用塑料制成。
如图9和图10所示，所述止推片10朝向垫片11的一侧上设有一用于垫片11限位的凸起10.1；朝向扭转弹簧3的一侧上具有同轴设置的扭转弹簧卡槽10.2和离合弹簧卡槽10.3，所述离合弹簧卡槽10.3位于扭转弹簧卡槽10.2的内侧，所述扭转弹簧3的端部设置在扭转弹簧卡槽10.2内，所述离合弹簧9的端部设置在离合弹簧卡槽10.3内。
如图11所示，垫片11周向上设有第一卡沿11.1和第二卡沿11.2，装配时，止推片10上的凸起10.1位于第一卡沿11.1和第二卡沿11.2之间，在工作状态下，垫片11会随同转动，但是其转动角度被限制在第一卡沿11.1和第二卡沿11.2之间，因此，保证了垫片11位置的稳定。
工作原理：
如图12所示，当OAD承接稳定的工作扭矩M0时(对应正常工况)，扭转弹簧3末端旋转到对应角度θ0，同时其外径受力膨胀，此时OAD扭转刚度为K0；当工作扭矩由于发动机扭振变化突增并超出指定值M1时，扭转弹簧3末端旋转到对应角度θ1，同时其外壁膨胀到与膨胀套6内壁接触；膨胀套6受扭转弹簧3压迫而膨胀，膨胀套6外壁开始径向挤压弹片5；弹片5因径向受力而弹性变形，且向膨胀套6和扭转弹簧3施加向内的弹力，扭转弹簧3的外径膨胀运动因外力约束而受阻(也即弹簧末端旋转运动因外力约束而受阻)，导致OAD的扭转刚度上升至K1，同时弹片5轴向长度开始增加，其末端开始挤压橡胶圈8；扭转弹簧3末端旋转角度继续增加，弹片5变形量随之增加，橡胶圈8因受挤压变形量也开始增加，在该过程中橡胶圈8对弹片5端面施加的反力随橡胶圈8的变形量增加而增加，而弹片5末端受到的反力越大，弹片5提供的径向力越大，扭转弹簧3克服径向力所需要的扭矩越大，OAD的扭转刚度也就越大；当OAD承接的扭矩突增到极限M2时，扭转弹簧3末端旋转到对应角度θ2，OAD的扭转刚度在弹片5和橡胶圈8的共同作用下增加到K2，比起传统OAD在扭矩突增时的刚性连接，在上述过程中带轮1于轴毂2始终保持弹性连接，扭转弹簧3继续发挥减振效果，因此本设计的减振结构可以显着扩大OAD的工作扭矩范围，避免带轮1与轴毂2刚性连接；当工作扭矩逐渐减小后，扭转弹簧3旋转角度减小，扭转弹簧3的外径收缩，弹片5的形变随之减小，弹片5施加的径向力减小，扭转弹簧3的刚度也逐渐降低；当工作扭矩减小到低于临界值M1、扭转弹簧3末端旋转到对应角度小于θ1后，弹片5与扭转弹簧3脱离接触，弹片5恢复原状，OAD的弹簧刚度恢复到初始值K0，以保证OAD在常规工况下的最佳隔振效果。
在上述工作过程中，弹片在弹性变形时具有一定的弹簧刚度，即弹性，当扭转弹簧3外径膨胀并与弹片接触时，弹片5的弹性开始发挥作用。当工作扭矩随发动机扭振反复变化时，弹片对扭转弹簧外径施加弹力，在防止扭转弹簧外径过度变化的同时，抑制扭转弹簧外径大小的波动，进而抑制带轮传递给轴毂的扭矩的波动，增加OAD的减振效果。
实施例二：
如图13-图17所示，本实施例与实施例一不同之处在于弹片5的结构和带轮1中心孔1.1的结构不同，橡胶圈8的位置不同，本实施例中所述弹片5为圆环形，轴截面呈M形。所述橡胶圈8设置在弹片5顶部的V槽内，所述弹片5的内环面与膨胀套6的外侧面抵接，所述弹片5的外环面与保护套7的内侧面抵接。由于橡胶圈8设置在弹片5的内部，因此，在带轮1的中心孔1.1侧壁上仅需要设置环形安装槽1.2，而在上台阶面1.3上无需设置环形浅槽1.5，因此，其尺寸可以相对减小。弹片5内外径可受径向力膨胀变形，在撤出外力后恢复原状。在弹片5发生该弹性变形的过程中，弹片5同时在内外径方向施加弹力。
工作原理：与实施例一类似，弹片5、橡胶圈8的作用相同。区别：①该例中弹片5的变形方向为径向膨胀和收缩(轴向形变较小)，通过该弹性变形在扭转弹簧3外径施加弹力，提高OAD扭转刚度。②橡胶圈8被弹片挤压的方向不同，但橡胶圈8的变形量与其对弹片施加的反力仍是正比关系，也是通过挤压橡胶圈8来提高OAD的扭转刚度。
在扭转弹簧外缘添加弹性组件(实施例中的弹片)来为扭转弹簧自动提供径向的弹性变形，进而提高OAD扭转刚度的结构设计。借助扭转弹簧的弹性变形(实施例中外径膨胀与收缩)来自动加载、自动撤销径向弹力。在扭转弹簧外径施加弹力以抑制扭转弹簧外径大小的波动，进而抑制带轮传递给轴毂的扭矩的波动，增加OAD的减振效果。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种发电机单向耦合减振器，其特征在于：包括带轮、轴毂、扭转弹簧、膨胀套以及扭矩调节组件，其中，所述轴毂设置在带轮的中心孔内，所述扭转弹簧套设在轴毂上，且膨胀套环设在扭转弹簧的外侧，所述扭矩调节组件设置在带轮和膨胀套之间，用于调节扭矩；
所述扭矩调节组件包括弹片和保护套，所述带轮中心孔的内壁上设有环形安装槽，所述环形安装槽上下两端与中心孔内壁之间形成上台阶面和下台阶面，所述保护套设置在环形安装槽内，且上下两端分别延伸至上台阶面和下台阶面上；所述弹片设置在保护套和膨胀套之间，当扭转弹簧旋转径向扩张压迫膨胀套，通过膨胀套挤压弹片产生弹性变形。
2.如权利要求1所述的发电机单向耦合减振器，其特征在于：所述弹片为沿轴向开口的圆环，轴截面呈S形。
3.如权利要求2所述的发电机单向耦合减振器，其特征在于：还包括橡胶圈，所述橡胶圈设置在保护套内侧，且位于弹片的上端，所述弹片上端与橡胶圈端面抵接，弹片下端抵在环形安装槽的下台阶面上。
4.如权利要求3所述的发电机单向耦合减振器，其特征在于：所述上台阶面上设有环形浅槽，所述保护套和橡胶圈的上端插入环形浅槽内。
5.如权利要求1所述的发电机单向耦合减振器，其特征在于：所述弹片为圆环形，轴截面呈M形。
6.如权利要求5所述的发电机单向耦合减振器，其特征在于：还包括橡胶圈，所述橡胶圈设置在弹片顶部的V槽内，所述弹片的内环面与膨胀套的外侧面抵接，所述弹片的外环面与保护套的内侧面抵接。
7.如权利要求1所述的发电机单向耦合减振器，其特征在于：所述膨胀套和保护套均为沿轴向开口的圆环。
8.如权利要求1所述的发电机单向耦合减振器，其特征在于：还包括摩擦环、止推片、轴承和离合弹簧，所述轴毂与带轮的下端通过摩擦环连接，上端通过轴承连接，所述扭转弹簧套设在摩擦环与轴承之间的轴毂上，所述止推片设置在轴承的下侧且与扭转弹簧端部连接，扭转弹簧下端与轴毂连接；所述离合弹簧设置在扭转弹簧的外侧，且上端与止推片连接，下端处于自由状态。
9.如权利要求8所述的发电机单向耦合减振器，其特征在于：还包括垫片，所述垫片设置在轴承和止推片之间。
10.如权利要求8所述的发电机单向耦合减振器，其特征在于：所述止推片朝向扭转弹簧的一侧上具有同轴设置的扭转弹簧卡槽和离合弹簧卡槽，所述离合弹簧卡槽位于扭转弹簧卡槽的内侧，所述扭转弹簧的端部设置在扭转弹簧卡槽内，所述离合弹簧的端部设置在离合弹簧卡槽内。
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