CN1777765B - 曲轴扭矩调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种解耦器(22)，其用来在一发动机驱动曲轴(16)和蛇形皮带(20)之间传递旋转运动。所述解耦器(22)具有一旋转主动构件(18，36)和一个与主动构件同轴安装并可相对其旋转的旋转从动构件(36，18)。一解耦装置(19)延伸于主动构件(18，36)和从动构件(36，18)之间。当所述主动构件相对于所述从动构件在第一联接方向旋转时所述解耦装置(19)选择性地联接所述主动构件和从动构件。当主动构件相对于从动构件在与第一联接方向反向的第二方向旋转时，解耦装置将主动构件与从动构件脱开联接。一扭转振动减振器(80)安装成随主动或从动构件(18，36)两者之一旋转以消除发动机产生的一部分振动。

Description

曲轴扭矩调节器
技术领域
本发明涉及机动车辆的一种曲轴和皮带传动装置，更具体地，本发明涉及一种用于允许皮带传动装置短时间以不同于曲轴转速运转的解耦装置。 
背景技术
众所周知，机动车辆发动机利用循环蛇形皮带(endless serpentinebelt)将发动机输出功率的一部分传递到多个皮带传动附属设备。典型地，每一皮带传动附属设备包括一个与皮带驱动接合的皮带轮并且皮带由一个与曲轴直接联接的皮带轮驱动。 
还公知，在皮带传动附属设备和皮带轮之间设置解耦器装置，从而当皮带轮以发动机转速振动时，允许皮带传动附属设备短时间以高于皮带轮的转速或“超越”皮带轮运转。在2000年7月4日授予Mevissen等人的美国专利6,083,130以及在1992年8月18日授予Bytzek等人的美国专利5,139,463公开了这种解耦器实例。 
但是，仍希望提供一种解耦器装置，其在正常运转期间当发动机转速振荡时允许曲轴的皮带轮短时间以高于曲轴的转速或“超越”曲轴运转并提供一定量的振动阻尼。 
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种在一由发动机驱动的曲轴和一蛇形皮带之间传递旋转运动的解耦器。该解耦器包括一个旋转主动构件；一个与所述主动构件同轴安装并可相对所述主动构件旋转运动的从动旋转构件；一个延伸于所述主动构件与所述从动构件之间的解耦装置，当所述主动构件相对于所述从动构件在第一联接方向旋转时，所述解耦装置选择性地联接所述主动构件和所述从动构件；而当所述主动构件相对于所述从动构件在与第一联接方向相反的第二方向旋转时，所述解耦装置将主动构件与从动构件脱开联接；所述解耦装置包括串行布置的弹簧和单向离合器机构，所述弹簧为一扭转弹簧且第一端与所述从动和主动构件两者之一接合并且第二端与一支架接合，所述单向离合器机构包括：一个离合器弹簧以及多个螺旋延伸并与所述从动构件和主动构件中的另一构件摩擦接合的匝，所述离合器弹簧具有固定地保持在形成于所述支架中的对应槽中的第一端；所述离合器弹簧由有涂层的弹簧钢材料形成并具有矩形横截面；以及扭转振动减振器，所述扭转振动减振器环绕所述解耦装置安装并安装成随所述主动构件和所述从动构件两者之一旋转。
附图说明
通过在联系考虑附图的同时参见下面的详细说明，可更好地理解和容易明白本发明的优点，在所述附图中： 
图1为一带有根据本发明一实施例的解耦器的发动机的正视图； 
图2所示为一解耦器装置的立体图；以及 
图3所示为所述曲轴解耦器装置的横截面视图。 
具体实施方式
参考图1，用于一机动车辆的发动机声啼桑以标号10指示。发动机10包括多个皮带传动附属设备12。每一皮带传动附属设备12包括一皮带轮14用于响应皮带轮14的旋转而运转所述皮带传动附属设备。发动机10还包括一曲轴16，曲轴16一般用于提供由于发动机10的运转而产生的机械功率输出。一曲轴皮带轮18联接至曲轴16并由曲轴16旋转地驱动而绕由曲轴16限定的轴线17旋转。一循环蛇形皮带20置于皮带传动附属设备12的每一皮带轮14和曲轴皮带轮18上，这样每一皮带轮14由曲轴皮带轮18旋转地驱动，而曲轴皮带轮18又由曲轴16驱动。下面更详细地描述，一解耦器22可运转地联接在曲轴16和皮带20之间，从 而当曲轴16的旋转速度随发动机10的转速振荡时，允许曲轴皮带轮18短时间以高于曲轴16的转速或“超越”曲轴16运转。解耦器22还用于衰减产生于曲轴16和曲轴皮带轮18之间并与发动机10的运转相关的振动。 
参考图2，解耦器22包括：曲轴皮带轮18；一轮毂36；一个解耦装置19，其包括一弹簧和一延伸在曲轴皮带轮18和轮毂36之间的单向离合器装置；以及一个安装于轮毂36上的扭转振动减振器80。优选地，解耦装置19至少部分地安装于曲轴皮带轮18的圆周范围内。扭转振动减振器80环绕解耦装置19的一部分，从而形成一更紧凑的单元。 
参考图3，皮带轮18包括一具有U形横截面的环形圈24，该环形圈24由大致平行的外壁26和内壁28以及一个在外壁26和内壁28之间径向延伸的第一连接壁30限定而成。 
曲轴皮带轮18包括一用于安装皮带20的环形外轮缘32。一凸缘34通常径向延伸在外壁26和外轮缘32之间。 
轮毂36固定安装于发动机10的曲轴16上并可旋转地与曲轴皮带轮18联接。轮毂36包括一沿曲轴16的轴线19延伸的大致圆柱形的体部38。体部38可旋转地与曲轴皮带轮18的内壁28联接。一个第一套管39置于体部38和内壁28之间以减少因轮毂36与曲轴皮带轮18之间的相对旋转运动而在体部38和内壁28之间所产生的摩擦。轮毂36包括一径向延伸在体部38和曲轴皮带轮18的外壁26之间的凸缘或盘形部分40。盘形部分40可旋转地联接至曲轴皮带轮18的外壁26。一个第二套管42置于盘形部分40与外壁26之间以减少因轮毂36与曲轴皮带轮18之间的相对旋转运动而在盘形部分40与外壁26之间所产生的摩擦。由于盘形部分40和体部30的直径差，一环形槽或表面44限定于盘形部分40内。环形表面44与曲轴皮带轮18的第一连接壁30相对。替代地，第一套管39或第二套管42中任意一个可用适当的滚柱轴承装置代替以减少轮毂36和曲轴皮带轮18之间的摩擦。 
单向离合器装置包括一个与离合器弹簧70联接的扭转弹簧46。扭转弹簧46在轮毂36的环形表面44与曲轴皮带轮18的第一连接壁30之间轴向延伸。扭转弹簧46螺旋延伸于一轮毂端48和一皮带轮端50之间。扭转弹簧46优选地具有圆形横截面，但也可以是非圆形横截面。一支架盘52置于扭转弹簧46的皮带轮端50与曲轴皮带轮18的第一连接壁30之间。优选地，支架52可由塑料制成，但也可由其他任何合适材料制成，如由陶瓷、金属或复合材料制成。支架52通常为环形并可旋转地联接于外壁26、内壁28与曲轴皮带轮18的第一连接壁30之间。支架52内形成有一个大致与轮毂36的环形表面44相对的第一倾斜或螺旋表面54。第一螺旋表面54支撑扭转弹簧46的皮带轮端50。一个第一凸出部56从第一螺旋表面54向外延伸并突入在扭转弹簧46的曲轴皮带轮端50内形成的相应第一凹槽58内。第一凸出部56与第一凹槽58之间的接合防止扭转弹簧46相对于支架52旋转运动或倾斜。相似地，一弹簧支撑60置于扭转弹簧46的轮毂端48和轮毂36的环形表面44之间。弹簧支撑60固定地安装于环形表面44。弹簧支撑60内形成有一个大致与第一连接壁30相对的第二倾斜或螺旋表面62。第二螺旋表面62支撑扭转弹簧46的轮毂端48。一第二凸出部64从第二螺旋表面62向外延伸并突入一形成于扭转弹簧46的轮毂端48内的相应第二凹槽66内。第二凸出部64和第二凹槽66之间的接合防止扭转弹簧46相对于弹簧支撑60旋转运动或倾斜。可选地，第二螺旋表面62而非弹簧支撑60成形于轮毂36的环形表面44内并且第二凸出部64从在轮毂36内形成的第二螺旋表面62向外延伸。 
可选地，如图2中虚线所示，一切口(未示出)可形成于支架52上以利于支架52容纳与解耦装置22的旋转相关的负载。 
离合器弹簧70轴向延伸于支架52与轮毂36的环形曲面44之间。离合器弹簧70包括多个在一近端72和一远端74之间螺旋延伸的匝73。离合器弹簧70的近端72固定地保持在支架52中所形成的对应槽76内 以防止离合器弹簧70相对于支架52旋转运动。优选地，离合器弹簧70由未涂覆的弹簧钢材料形成，并具有非圆形横截面以改善摩擦接触。可选地，离合器弹簧70也可由有涂层的弹簧钢材料形成，例如施加于钢材料以增强润滑并减少由于过分摩擦和发热所导致的离合器表面破坏的涂层。另外，离合器弹簧70可具有带涂层或不带涂层的弹簧钢材料的圆形横截面。更优选地，离合器弹簧70的横截面为矩形或方形。所述多个匝73与曲轴皮带轮18的外壁26压配合而摩擦接合。优选地，施加一润滑剂以使离合器弹簧70的所述多个匝73与外壁26之间的磨损最小。一弹性环封78置于轮毂36的盘形部分40与曲轴皮带轮18的外壁26之间以防止润滑剂泄漏。 
一扭转振动减振器80邻近于曲轴皮带轮18的第一连接壁30而固定安装于轮毂36的主体38以使与发动机10运转相关的产生于曲轴16处的振动衰减。所述减振器包括一具有中心开口83的杯形安装轮毂81。安装轮毂81压配合在轮毂36上而随其旋转。安装轮毂81包括一个其中具有一周向延伸槽87的外周向轮缘85。一弹性环89沿外轮缘85延伸并具有一与安装轮毂81的槽87互补的槽91。惯性环93沿弹性环89延伸并与其摩擦接合。可选地，弹性环89结合至安装轮毂81和外轮缘85。更进一步地，弹性环89可就地模制然后硬化(vulcanized)而与该装置结合在一起。 
可选地，惯性环93具有一提供补偿质量的凸起95，所述补偿质量可将解耦器22的质心移回到旋转轴线。此外，可以增加或去除凸起95的质量以消除发动机振动。凸起95的附加尺寸与位置——如果需要的话——一般由发动机制造商规定。 
一止推垫圈90置于扭转振动减振器80与曲轴皮带轮18的第一连接壁30之间，用于将曲轴皮带轮18朝轮毂36轴向偏置。止推垫圈90的轴向偏置有利于保持支架52的第一凸出部56和弹簧支撑60的第二凸出部64分别与扭转弹簧46的第一凹槽58和第二凹槽66接合。 
运转过程中，发动机10起动，使曲轴16绕轴线17朝从动方向旋转。轮毂36随曲轴16旋转并因此成为主动旋转构件。轮毂36的旋转运动通过扭转弹簧46在弹簧支撑60和支架52之间传递。扭转弹簧46还使发动机10和皮带传动附属设备12的运转引起的相关振动衰减或将曲轴皮带轮18和轮毂36与之隔离。离合器弹簧70随支架52旋转以提供轮毂36和曲轴皮带轮18之间的紧接合(positive engagement)。曲轴皮带轮18为从动旋转构件。 
在发动机10的加速过程中，轮毂36、弹簧支撑60、扭转弹簧46、支架52和离合器弹簧70受力而相对于曲轴皮带轮18朝第一联接方向旋转。轮毂36相对于曲轴皮带轮18的加速旋转增加了离合器弹簧70的所述多个匝73与曲轴皮带轮18的外壁26之间的摩擦接合。离合器弹簧70螺旋形盘绕，从而曲轴皮带轮18的外壁26与所述多个匝73中的至少一个匝之间的摩擦使离合器弹簧70的所述多个匝73朝外壁26径向向外扩张。最终所有的多个匝73与外壁26制动接合，从而轮毂36的旋转运动完全地传向曲轴皮带轮18的旋转运动。此外，离心力有利于保持所述多个匝73与曲轴皮带轮18的外壁26之间的制动接合。离心力也有利于保持外壁26和所述多个匝73之间的润滑。 
当发动机10减速时，轮毂36、弹簧支撑60、扭转弹簧46、支架52和离合器弹簧70受力而相对于曲轴皮带轮18在与第一联接方向相反的第二脱开联接方向(in an uncoupling sense)旋转。由于曲轴皮带轮18和皮带传动附属设备12的惯性质量使曲轴皮带轮18超越轮毂36旋转。更具体地，曲轴皮带轮18高于轮毂36的转速使离合器弹簧70的所述多个匝73相对于曲轴皮带轮18的外壁26径向收缩。所述多个匝73和外壁26之间的制动接合解除，因而允许曲轴皮带轮18相对于轮毂36过速旋转。在仍允许曲轴皮带轮18超越轮毂36旋转的同时，一些或所有的所述多个匝73可保持与外壁26的摩擦接合。当发动机10重新加速时，所述多个匝73与外壁26重新制动接合从而使得曲轴皮带轮18与轮毂36 一起加速旋转。 
扭转振动减振器80直接与所述旋转构件之一联接而随其旋转。在优选实施例中，扭转振动减振器80与轮毂36联接。因此，减振器使由发动机的点火产生并通过曲轴传递过来的扭转振动平滑。通过弹性环89作用的惯性环93充作一飞轮，其使转速变化最小。 
尽管在此本发明的解耦器22描述为安装于一曲轴的端部。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显解耦器22可安装于任何由附属皮带传动装置——如交流发电机——驱动的附属设备的转轴上。在交流发电机的情况下，曲轴皮带轮18变为主动机构而轮毂36变为从动构件。扭转弹簧的卷绕方向以及单向离合器反向。 
尽管解耦器22如上描述为内燃机10的一部分，但是应理解解耦器22能在任何旋转的驱动系统中或皮带驱动系统如发电机或传送皮带系统中使用，或在具有皮带轮或不一定加轮毂负载的非对准联接(misalignment coupling)的刚性轴系统中使用。 
也可理解曲轴皮带轮18可适于配合任何类型的皮带，如塑料或橡胶扁平皮带、多楔带、“V”形带或同步带。曲轴皮带轮18也可适于配合扁平的钢铁、塑料或橡胶皮带，如用于连续变速传动中，曲轴皮带轮18也可适于配合例如由塑料、钢铁或相似物构建的多重链路，或一个由绳索、钢铁、或编织线组成的线缆组件。 
本发明已采用示例方式描述，应该理解已经使用的术语是描述性的而非限制性的。根据以上描述的教导与启示，可对本发明进行多种修改与变化。因此应理解，在所附权利要求的范围内，本发明可通过不同于具体描述的方式而实施。 

Claims (14)

1.一种解耦器(22)，包括：
一个旋转主动构件(36)；
一个与所述主动构件(36)同轴安装成用于与所述主动构件(36)一起旋转运动的旋转从动构件(18)；
一个延伸于所述主动构件(36)与所述从动构件(18)之间的解耦装置，当所述主动构件相对于所述从动构件在第一联接方向旋转时，所述解耦装置选择性地联接所述主动构件和所述从动构件，并且当所述主动构件相对于所述从动构件在与所述第一联接方向相反的第二脱开联接方向旋转时，所述解耦装置将所述主动构件与所述从动构件脱开联接，其中，所述解耦装置包括串行布置的弹簧(46)和单向离合器机构(70)，并且
所述解耦器进一步包括扭转振动减振器(80)，所述扭转振动减振器(80)安装成与所述主动构件(36)一起旋转，
其特征在于，
所述弹簧(46)为一扭转弹簧，所述扭转弹簧的第一端(48)与所述主动构件(36)接合并且所述扭转弹簧的第二端(50)与一支架(52)接合，所述单向离合器机构包括一个离合器弹簧(70)，所述离合器弹簧(70)由有涂层的弹簧钢材料形成，以增强润滑并减少由于过分摩擦和发热所导致的对于所述单向离合器机构的表面的破坏，并且所述离合器弹簧(70)具有与所述支架(52)接合的第一端(72)和多个螺旋延伸的匝(73)，所述多个螺旋延伸的匝(73)与所述从动构件(18)摩擦接合，
所述从动构件(18)包括横截面呈U形的环形圈(24)，所述环形圈(24)由大致平行的外壁(26)和内壁(28)以及一个在所述外壁(26)与所述内壁(28)之间径向延伸的第一连接壁(30)限定而成，并且
所述支架(52)为环形并可旋转地联接于所述从动构件(18)的所述外壁(26)、所述内壁(28)与所述第一连接壁(30)之间。
2.如权利要求1所述的解耦器，其中，所述扭转振动减振器环绕所述解耦装置安装。
3.如权利要求2所述的解耦器，其中，所述扭转振动减振器包括一个具有周向延伸边缘(85)的安装轮毂(81)、一个安装于所述边缘上的弹性环(89)、以及一个安装于所述弹性环上的惯性环(93)。
4.如权利要求3所述的解耦器，其中，所述惯性环(93)具有一凸起(95)，该凸起(95)定位成沿所述解耦器的旋转轴线移动所述解耦器的质心。
5.如权利要求4所述的解耦器，其中，所述安装轮毂(81)压配合至所述主动构件(36)上。
6.如权利要求1所述的解耦器，其中，所述多个匝(73)在沿所述第一联接方向相对旋转时扩张以增强摩擦接合，并且所述多个匝(73)在沿所述第二脱开联接方向相对旋转时收缩。
7.如权利要求6所述的解耦器，其中，所述扭转弹簧(46)的所述第一端(48)和所述第二端(50)分别与所述主动构件(36)以及所述支架(52)互锁。
8.如权利要求1所述的解耦器，其中，所述从动构件(18)具有限定所述横截面呈U形的环形圈(24)的内周，且所述解耦装置安装于所述环形圈内。
9.如权利要求8所述的解耦器，其中，所述主动构件(36)具有一个圆柱形的体部(38)和一个从其上延伸出的凸缘(40)，所述圆柱形的体部(38)和所述凸缘(40)旋转地支撑所述环形圈的所述内壁(28)和所述外壁(26)。
10.如权利要求9所述的解耦器，其中，所述扭转振动减振器(80)环绕所述环形圈安装。
11.如权利要求10所述的解耦器，其中，所述扭转振动减振器(80)将所述解耦装置保持在所述从动构件(18)和所述主动构件(36)之间。
12.如权利要求8至11中的任一项所述的解耦器，其中，所述多个匝(73)接合所述环形圈的外壁(26)的内周。
13.如权利要求1所述的解耦器，其中，所述主动构件为一轮毂(36)，而所述从动构件为一皮带轮(18)，并且所述扭转振动减振器安装至所述轮毂。
14.如权利要求12所述的解耦器，其中，所述主动构件为一轮毂(36)，而所述从动构件为一皮带轮(18)，并且所述扭转振动减振器安装至所述轮毂。
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