CN1340134A - 配有减震及扭矩限制装置的起动器 - Google Patents

配有减震及扭矩限制装置的起动器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种汽车起动器,具有一个电机(10),该电机的输出轴(16)带动一个插装有行星齿轮系(22)齿轮减速器的同轴起动传动机构旋转,减速器具有一个其中旋转安装有带内齿的行星齿轮系(22)的齿圈(58)的圆柱形箱(24),在其中齿圈(58)通过摩擦式扭矩限制装置旋转连接在箱(24)上,摩擦式扭矩限制装置插装在齿圈(58)和一个侧凸肩(30,34)之间,它由齿圈(58)的至少一个环行摩擦侧面(82,84)和一个旋转连接在箱(24)上的盘(88,89)组成,它们被一个弹性机构(112)轴向弹性地相互挤压,其特征是,盘(88,89)通过至少一个可弹性变形的减震块(92)旋转连接在箱(24)上,减震块被压缩时吸收机械能以减缓传递给齿圈(58)的扭矩的变化。

Description

配有减震及扭矩限制装置的起动器
本发明涉及汽车起动器。
本发明尤其涉及到一种具有电机的起动器，这种电机的输出轴驱动一个同轴起动传动机构旋转，后者插装有一个行星齿轮系齿轮减速器。
为了限制在电机的输出轴和起动传动机构的传动轴之间可传递的最大扭矩值，众所周知已经设计了一种扭矩限制装置。
为此，已经提出一种摩擦式扭矩限制装置，在该装置中，至少一个摩擦盘被一个弹性机构挤压在起动器减速行星齿轮系齿圈的一个环形侧面上，齿圈的另一个面与第二个摩擦盘接触。此外，摩擦盘与箱旋转连接。
弹性机构对摩擦盘施加的压力可限制行星齿轮系齿圈所承受的扭矩。其实，当扭矩大于由于摩擦盘和行星齿轮系的齿圈之间的摩擦产生的阻扭矩时，后一个部件由位于箱内的齿圈带动旋转。
该装置可限制由起动器的过大负荷造成的扭矩。不过，它不能防止起动器的机构承受扭矩的中等波动。这些中等波动不会引起行星齿轮系的齿圈或其另一个机构立即断裂，但是会造成疲劳磨损，可能造成例如带齿的部件的断齿。
一些装置推荐采用减震件。欧洲专利EP-A-0529456推荐一种具有扭矩限制装置及减震器的起动器。
这样，行星齿轮系的齿圈具有两个被横向隔板分开的圆形腔。其中一个腔的环形内周边带有和行星齿轮的齿相匹配的齿。而另一个腔的环形内周边具有可容纳减震材料的部件的切口。横向盘的轴向爪插在减震材料的部件中。盘的横向面一方面与箱的一个横向面接触，另一方面与一个被朝盘的方向弹性挤压的摩擦环接触。
当齿圈承受扭矩的中等变化时，每一个减震材料部件均在一个爪和一个相对应的切口的一个侧面之间被压缩以减缓波动和限制行星齿轮系机构疲劳。
当由于盘在摩擦环和箱上摩擦从而扭矩大于并超过阻扭矩值时，摩擦盘不再静止不动，这时齿圈带动它旋转。
尽管在该文件中所推荐的装置可以减缓扭矩的中等变化和起动器的大过负荷，但是该方案会造成轴向尺寸大及加工复杂，尤其是齿圈。确实需制造两个腔，其中一个具有传动齿，另一个具有用于容纳减震材料部件的切口。
此外，该装置不能移植到那种行星齿轮系齿圈通过压力轴向维系在两个凸肩之间型的摩擦式扭矩限制装置中。
本发明旨在提出一种新设计的可克服上述缺陷的具有减震及扭矩限制装置的起动器。
为此目的，本发明提出一种汽车起动器，它具有一个电机，该电机的输出轴带动一个插装有行星齿轮系齿轮减速器的同轴起动传动机构旋转，减速器具有一个其中旋转安装有带内齿的行星齿轮系齿圈的圆柱形箱，在其中，齿圈通过摩擦式扭矩限制装置旋转连接在箱上，摩擦式扭矩限制装置轴向插装在齿圈和箱的一个侧凸肩之间，它由齿圈的至少一个环行摩擦侧面和一个旋转连接在箱上的盘组成，它们被一个轴向依附在盘的一个反作用面上的弹性机构轴向弹性地相互挤压，其特征是，盘通过至少一个可弹性变形的减震块旋转连接在箱上，减震块被压缩时吸收机械能以减缓传递给齿圈的扭矩的变化。
根据本发明的其它特征：
—在盘的反作用面和弹性机构之间由于摩擦造成的阻扭矩小于盘与齿圈之间的扭矩；
—箱在其内周边具有至少一个角度限定的轴向切口，切口中装有至少一个减震块；
—盘在其外周边具有至少一个凸耳，凸耳上带有至少一个朝轴向切口的内部轴向延伸的压缩爪，减震块成角度地插装在压缩爪的至少一个轴向面和相对应的轴向切口的一个侧面之间；
—每一个压缩爪都成角度地插装在装在同一个轴向切口中的两个减震块之间；
—两个减震块被制成一个具有容纳压缩爪的轴向缝隙的减震件；
—盘为一个与凸耳和压缩爪制成一个单一件的切割和弯曲板材件；
—每一个压缩爪都被装在两个相邻的减震块之间以便按照起动器的旋转方向与一个或另一个相匹配。
—减震块是弹性材料的；
—减震块在其轴向侧面上有凸起以使减震块具有随着它们近于切向压缩而变化的吸收能量的能力；
—多个减震块呈角形分布；
—减震块相互连接以构成一个环行套；
—间隔环插装在盘和弹性机构之间，间隔环和盘之间的阻摩擦扭矩小于盘与齿圈之间的扭矩。
—间隔环相对于箱停止不转。
本发明的其它特征和优点见下面的详细说明，为了便于理解请参考附图，其中：
—图1为配有行星齿轮系的起动器电机的局部轴向剖视图，该行星齿轮系具有根据本发明制造的减震及扭矩限制装置；
—图1A为图1所示的减震及限制装置的局部详图；
—图2为构成本发明减震及扭矩限制装置的主要部件的分解立体图；
—图3至图5为根据本发明制造的减震及扭矩限制装置的一个角形区的横向剖面图；
—图6和图7所示为连成一个单一的减震部件的两个减震块；
—图8和图9为根据本发明变型的减震块的局部立体图。
图1所示为附属于汽车起动器(未详细示出)的电机10，其转子12围绕着XX轴线旋转安装在箱或定子14内，这两个部件12、14简略地画在附图中。
旋转连接在转子12上的电机10的输出轴16轴向突出于定子14的前表面18并带动齿轮20旋转，齿轮20是设置在与电机10相匹配的减速器26的箱24内的行星齿轮系22的太阳齿轮。
箱24主要由如下部件组成：环形圆柱状裙部28；盘形后凸肩30，其中心32穿孔以使太阳齿轮20和输出轴16通过；前侧凸肩34，其中心36穿孔以使减速器26的输出轴38通过，后者用于通过花键(未示出)带动起动器的起动传动机构(未示出)旋转。
根据一个变型，裙部28是起动器前轴承座的一部分，凸肩34是一个镶配件。
裙部28的后轴向端48有一个支承50用以将裙部28定位在电机10的定子14前端的补充部分上。
裙部28通过一组螺杆(图上未示出)轴向固定在定子14上。
箱24的环形圆柱状裙部28具有一个内镗孔52。
行星齿轮系22具有一个内有齿60的环形齿圈58，后者外圆柱形表面62旋转安装在裙部28的镗孔52内。
行星齿轮系22还具有一个旋转连接在输出轴38上的行星齿轮架64，后者由两个旋转承载行星齿轮68的板66构成，行星齿轮68与齿圈58的内齿60及太阳齿轮20的外齿相匹配。
输出轴38旋转安装在插装有滚针轴承筒70的前凸肩34的钻孔36中，而太阳齿轮20的前自由端72旋转安装在插装有例如一组滚针76的输出轴38的后端74内。
齿圈58通过减震及扭矩限制装置80旋转连接在固定箱24的裙部28上并为减震及扭矩限制装置80的组成件之一。
为此，齿圈58用例如具有良好的摩擦及抗磨损特性的加强塑料制成。
齿圈58由构成扭矩限制装置80的两个环形摩擦面的两个前后环形侧面84、82侧向限定。
一部分详示在附图1A中的减震及扭矩限制装置80主要包含分别位于齿圈58前后的两个盘88、89和两个间隔环90、91。减震块92分布在齿圈58的外周边，设置在裙部28的内周边，在按照图2例如以120°规则分布的轴向切口94中。切口由轴向肋95相互分开。
减震块92用可吸收冲击的如天然或合成弹性材料制成。它们也可由长形弹簧、叶片钢板弹簧等类的弹簧构成。
减震块92可通过弹性金属片加强，后者通过例如复制减震块92模、粘贴或压合固定。
盘88具有径向凸耳96，后者分布在其对应于裙部28的切口94的外周边上。每个凸耳96具有一个中心部分98和两个压缩爪100，中心部分98在和盘88、89的同一平面上向外径向延伸，压缩爪100向相对的88或89盘方向轴向延伸。
凸耳96可和包括它们的盘88、89一起切割及弯曲制成。
在组装起动器时，按照图2只在凸耳96的一边布置减震块92。那么，装置80按照一个方向减缓扭矩的变化。
按照图3减震块92在凸耳96的每一边角形或切向布置有好处。为此，凸耳96的宽度L1和减震块92的宽度L2、L3之和须约等于切口94的宽度L4。
在凸耳96的各边使用减震块92可在起动器产生过负荷或承受过负荷时减缓扭矩的变化。不过，这两类过负荷可能具有有时能大致确定的不同的数值。因此，在凸耳96的每一边都采用一个不同的减震块92为好。
为了使装置80反应最佳化，最好采用符合图4所示的形状及尺寸或者符合图5所示的不同材料的减震块92。
当在凸耳96的每一边采用一个减震块92时，将它们按照图6合成一个减震件93有益。这样，可将压缩爪100伸进为此而制成的轴向缝隙102中。
为了便于减震件93在箱24的裙部28中组装，可按照图7通过环形段104将它们连在一起。这样，减震件93就形成一个环行套106，后者与齿圈58及盘88、89可预先组装。然后，将这些部件的组装件轴向插进裙部28的镗孔52中，每个减震件93则插进一个切口94中。
前后环行侧面84、82中的每一个都轴向压附在相对应的一个盘88、89的内表面上，盘88、89的外表面分别与间隔环90、91接触。
后间隔环91压附在箱24的后凸肩30上。
后凸肩30通过安装在裙部28的内径向槽中的环110在裙部28内轴向止动。
以截锥形弹性垫圈形式制成的弹性机构112轴向压缩式安装在前横向凸肩34的内环行面114和间隔环90的前环行面116之间。
弹性垫圈112在一个向内径向延伸的前横向凸肩34的圆柱形支承上定中心。
这样，垫圈112保证由盘88、89，间隔环90、91，齿圈58和后横向凸肩30组成的组装件对于由限动环110构成的挡块的轴向压缩力。
垫圈112对该组件所施加的轴向弹力的值和接触面之间的摩擦系数值确定减震及扭矩限制装置80减缓扭矩变化所依据的扭矩值C1，并由此确定施加在齿圈58上的最大允许扭矩值C2。
这样，盘88、89和间隔环90、91之间的摩擦系数小于盘88、89和齿圈58之间的摩擦系数。
盘88、89的面可具有不同的涂层以便在与间隔环90、91的接触面上比在齿圈58的环行侧面82、84上具有更大的摩擦系数。
起动器工作时，齿圈58承受一个扭矩C。只要C小于C1，由于接触面的摩擦力而产生的阻扭矩可使齿圈58止动。当扭矩C值超过扭矩C1值时，在盘88、89和间隔环90、91之间产生滑动。此时，由齿圈58和盘88、89组成的组装件被带动相对于箱24稍稍旋转。那么，相对于凸耳96位于旋转方向的减震块92在压缩爪100和切口94的角形端的侧面之间切向压缩，这可以减缓冲击，从而减轻起动器机构的磨损。其压缩以及组装件因此产生的旋转角为扭矩C的递增函数。
盘88、89和间隔环90、91之间的摩擦系数及垫圈112的轴向压缩力以施加小于C1的扭矩仅造成起动器的机构如齿圈58的啮合齿的有限的(疲劳)磨损来确定。
当扭矩C值增大且变得大于最大允许C2值，例如在热力发动机发生冲击或间歇停车时，盘88、89在齿圈58上的附着力不足以使齿圈58相对于减速器26的箱24止动，那么齿圈58开始在盘88、89上旋转，这样在通过摩擦消耗过量机械能的同时将传递的扭矩限制在C2值上。
这样一来，减震及扭矩限制装置80在齿圈58所承受的扭矩C增大的过程中依次按照三个阶段运行。
当扭矩C小于扭矩C1时，电机10向减速器26的输出轴38的力的传递是完全的。
当扭矩C介于扭矩C1和扭矩C2之间时，装置80吸收一部分力作为减震器工作。
然后，当扭矩C变得大于扭矩C2时，装置80以扭矩C2值为界限制由齿圈58传递的扭矩。
由于减震阶段在扭矩C大于扭矩C1时才出现，装置80可使齿圈58在扭矩C发生微弱变化时避免振动。
根据一个变型，当扭矩C值介于扭矩C1和扭矩C2值之间时，为了更加平稳地减缓扭矩C的变化，对应于切口94的角形端的侧面的减震块92的侧面120具有凸起122。这样，减震块92吸收能量的能力便可根据它们沿一个基本切向的方向的压缩而变化。
凸起122可为按照图8镶配在面120上的圆片状物124，也可以是按照图9在面120上制成的带有三角形截面的切口126。因此，凸起122具有弹性更大在小负荷下比减震块92其它部分更易压缩的变或不变的截面。
本发明的装置80的设计轴向上特别紧凑，因为它所包含的部件呈盘形88、89和/或环形90、91，轴向尺寸小。
有益的方法是将一个盘88、89和一个间隔环90、91组成一对，每一对都制成一个单一件。在这种情况下，单一件的每一个面须具有一个不同的摩擦系数以便使与齿圈58的一个环行侧面82、84的接触面传递的扭矩C达到C1值，而使另一个面传递的扭矩C达到C2值。
也可以采用单个盘88或89，这可以更加缩小装置80的轴向尺寸。
此外，后间隔环91与后凸肩30可制成一个单一件，条件是当扭矩C大于扭矩C2时，间隔环的前面能使后盘89滑动。
部件的组装特别容易，行星齿轮系22和减震及扭矩限制装置80的部件的组装件可以在箱24内组装并通过环110止动，然后，可将这样组成的分组件安装在电机10的定子14上，从而，与电机10的输出轴16旋转装配的太阳齿轮20便装进减速器26中。

Claims (14)

1.汽车起动器，它具有一个电机(10)，该电机的输出轴(16)带动一个插装有行星齿轮系(22)齿轮减速器的同轴起动传动机构旋转，减速器具有一个其中旋转安装有带内齿的行星齿轮系(22)的齿圈(58)的圆柱形箱(24)，在其中齿圈(58)通过摩擦式扭矩限制装置旋转连接在箱(24)上，摩擦式扭矩限制装置轴向插装在齿圈(58)和箱(24)的一个侧凸肩(30，34)之间，它由齿圈(58)的至少一个环行摩擦侧面(82，84)和一个旋转连接在箱(24)上的盘(88，89)组成，它们被一个轴向依附在盘(88，89)的一个反作用面上的弹性机构(112)轴向弹性地相互挤压，其特征是，盘(88，89)通过至少一个可弹性变形的减震块(92)旋转连接在箱(24)上，减震块被压缩时吸收机械能以减缓传递给齿圈(58)的扭矩的变化。
2.根据前一权利要求所述的起动器，其特征是，在盘(88)的反作用面和弹性机构(112)之间由于摩擦产生的阻扭矩小于盘(88)与齿圈(58)之间的扭矩。
3.根据权利要求1所述的起动器，其特征是，箱(24)在其内周边具有至少一个角度限定的轴向切口(94)，切口中装有至少一个减震块(92)。
4.根据权利要求1所述的起动器，其特征是，盘(88，89)在其外周边具有至少一个凸耳(96)，其上带有至少一个朝轴向切口(94)的内部轴向延伸的压缩爪(100)；减震块(92)成角度地插装在压缩爪(100)的至少一个轴向面和相对应的轴向切口(94)的一个侧面之间。
5.根据前一权利要求所述的起动器，其特征是，每一个压缩爪(100)都成角度地插装在装在同一个轴向切口(94)中的两个减震块(92)之间。
6.根据前一权利要求所述的起动器，其特征是，两个减震块(92)被制成一个具有容纳压缩爪(100)的轴向缝隙(102)的减震件(93)。
7.根据权利要求1所述的起动器，其特征是，盘(88，89)为一个与凸耳(96)和压缩爪(100)制成一个单一件的切割和弯曲板材件。
8.根据权利要求4所述的起动器，其特征是，每一个压缩爪(100)都被装在两个相邻的减震块(92)之间以便按照起动器的旋转方向与一个或另一个相匹配。
9.根据权利要求1所述的起动器，其特征是，减震块(92)是弹性材料的。
10.根据权利要求1所述的起动器，其特征是，减震块(92)在其轴向侧面上具有凸起(122)以使减震块(92)具有随着被近于切向压缩而变化的吸收能量的能力。
11.根据权利要求1所述的起动器，其特征是，多个减震块(92)呈角形分布。
12.根据权利要求1所述的起动器，其特征是，减震块(92)相互连接以构成一个环行套(106)。
13.根据权利要求1所述的起动器，其特征是，间隔环(90)插装在盘(88)和弹性机构(112)之间；间隔环(90)和盘(88)之间的阻摩擦扭矩小于盘(88)与齿圈(58)之间的扭矩。
14.根据权利要求13所述的起动器，其特征是，间隔环(90)相对于箱(24)停止不转。
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