專利名稱：具有限定的超越能力的去耦器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去耦器組件，并且更具體地涉及一種用于交流發(fā)電機的去耦器組件。
背景技術(shù)：
已知在由車輛中的發(fā)動機通過帶驅(qū)動的、例如為交流發(fā)電機的附件上設(shè)置有去耦機構(gòu)。這種可稱為去耦器的去耦機構(gòu)允許相關(guān)聯(lián)的附件以與帶的速度不同的速度暫時運轉(zhuǎn)。例如，當帶在其行進并驅(qū)動交流發(fā)電機軸旋轉(zhuǎn)時突然停止時，去耦器允許交流發(fā)電機軸因慣性繼續(xù)暫時旋轉(zhuǎn)，直到去耦器因阻力而減速到停下來，因此減少了交流發(fā)電機軸上的壓力。作為另一示例，即便來自發(fā)動機的曲軸經(jīng)歷了與活塞運動相關(guān)聯(lián)的減速和加速周期，去耦器仍然允許交流發(fā)電機軸以相對穩(wěn)定的速度旋轉(zhuǎn)。
這種去耦器是車輛動力傳動系的有價值的補充。但是，因各種原因，它可能制造成本高。一個抬高其成本的示例是其所包括的帶輪。在某些去耦器中，帶輪通常由鋼制成，這是由于帶輪與去耦器中的卷繞彈簧接合。帶輪可能需要因外觀原因而上涂層。但是帶輪的內(nèi)表面加工成含有具有非常嚴格的公差的選定尺寸，從而提供其與卷繞彈簧的接合的可預(yù)測性。因此，通常具有相對較高的厚度可變形的涂層通常不能應(yīng)用到帶輪的與卷繞彈簧接合的內(nèi)表面。因此，使得上涂層的過程相比于其它方法更加困難和昂貴。此外，涂層本身可能易出現(xiàn)刮擦，這可能導(dǎo)致去耦器整體經(jīng)檢驗而報廢。
當具有卷繞彈簧的去耦器與車輛上的BAS (帶式交流發(fā)電機起動(Belt-Alternator-Start))系統(tǒng)結(jié)合使用時，出現(xiàn)了其它問題。在這種系統(tǒng)中，交流發(fā)電機作為馬達被驅(qū)動，并且用于驅(qū)動帶，使得帶驅(qū)動發(fā)動機的曲軸，從而起動發(fā)動機。但是卷繞彈簧阻止交流發(fā)動機軸驅(qū)動帶輪，并且因此已經(jīng)建議使用單獨的電動離合器來克服這個問題。但是這種離合器昂貴且復(fù)雜。
仍然需要減少去耦器的成本、改進去耦器的運轉(zhuǎn)壽命、減少去耦器的復(fù)雜性并且簡化去耦器的制造。因此提供應(yīng)對一個或多個這種持續(xù)的需要的去耦器將是有益的。發(fā)明內(nèi)容
在第一方面中，本發(fā)明針對一種用于在例如為交流發(fā)電機軸的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件與用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的帶或其它環(huán)狀驅(qū)動構(gòu)件之間使用的去耦器組件。去耦器組件包括帶輪、轂以及優(yōu)選為螺旋扭簧的隔離彈簧。彈簧的兩端能夠至少間接地與帶輪和轂接合，從而在帶輪與轂之間傳遞扭矩。彈簧的至少一端與包括螺旋形軸向肩部和驅(qū)動器壁的接合結(jié)構(gòu)(在帶輪或轂的任一者上)接合。彈簧在穿過驅(qū)動器壁的一個方向上傳遞扭矩(例如當帶輪超越轂時)，但是彈簧端未固定地連接到驅(qū)動器壁。因此，當轂超越帶輪時，在彈簧與其未固定地連接到的轂和帶輪二者之間存在相對旋轉(zhuǎn)。因此，在彈簧端與接合結(jié)構(gòu)(也就是螺旋形軸向肩部和驅(qū)動器壁)之間存在相對旋轉(zhuǎn)。這導(dǎo)致了彈簧端與驅(qū)動器壁分離并且繃緊螺旋形軸向肩部。這導(dǎo)致了彈簧軸向壓縮。彈簧的線圈具有選定的空間量，使得彈簧能夠以選定的量軸向壓縮。這設(shè)定了帶輪與轂之間在此情況下(例如在轂超越帶輪的情況下)有效的相對旋轉(zhuǎn)量(因此以及超越量)。
在第一方面的特定實施方式中，本發(fā)明針對一種用于在軸與環(huán)狀啟動構(gòu)件之間傳遞扭矩的去耦器組件。去耦器組件包括轂、帶輪、螺旋形扭簧、第一接合結(jié)構(gòu)以及第二接合結(jié)構(gòu)，其中轂適于聯(lián)接到軸，使得軸與轂圍繞旋轉(zhuǎn)軸線共同旋轉(zhuǎn)；帶輪可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轂，并且具有適于與環(huán)狀驅(qū)動構(gòu)件接合的外周邊；螺旋形扭簧與旋轉(zhuǎn)軸線同心，并且具有第一軸向面和第二軸向面，并且具有由多個間隙間隔開的多個線圈；第一接合結(jié)構(gòu)在扭簧與轂和帶輪中的一者之間定位；第二接合結(jié)構(gòu)在扭簧與轂和帶輪中的另一者之間定位。第一接合結(jié)構(gòu)包括用于與扭簧的第一軸向面接合的螺旋形第一軸向肩部。第二接合結(jié)構(gòu)包括能夠與扭簧的第二軸向面接合的第二軸向肩部。帶輪相對于轂在第一旋轉(zhuǎn)方向上的旋轉(zhuǎn)通過扭簧驅(qū)動了轂的旋轉(zhuǎn)。轂相對于帶輪在第一方向上的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了扭簧與螺旋形第一軸向肩部的相對旋轉(zhuǎn)，這導(dǎo)致了扭簧在第一軸向肩部與第二軸向肩部之間的壓縮，其中多個間隙定徑成提供扭簧的選定的軸向壓縮量。
去耦器組件可以用作用于車輛的BAS (帶式交流發(fā)電機起動(Belt-Alternator-Start))系統(tǒng)的一部分。在一種實施方式中，車輛包括發(fā)動機,所述發(fā)動機包括曲軸、曲軸帶輪以及與曲軸帶輪和交流發(fā)電機接合的帶。BAS系統(tǒng)包括能夠安裝到交流發(fā)電機的軸的去耦器組件。去耦器組件包括轂、帶輪、螺旋形扭簧、第一接合結(jié)構(gòu)以及第二接合結(jié)構(gòu)，其中轂適于聯(lián)接到軸，使得軸與轂圍繞旋轉(zhuǎn)軸線共同旋轉(zhuǎn)；帶輪可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轂，并且具有適于與環(huán)狀驅(qū)動構(gòu)件接合的外周邊；螺旋形扭簧與旋轉(zhuǎn)軸線同心，并且具有第一軸向面和第二軸向面，并且具有由多個間隙間隔開的多個線圈；第一接合結(jié)構(gòu)在扭簧與轂和帶輪中的一者之間定位；第二接合結(jié)構(gòu)在扭簧與轂和帶輪中的另一者之間定位。第一接合結(jié)構(gòu)包括用于與扭簧的第一軸向面接合的螺旋形第一軸向肩部。第二接合結(jié)構(gòu)包括能夠與扭簧的第二軸向面接合的第二軸向肩部。帶輪相對于轂在第一旋轉(zhuǎn)方向上的旋轉(zhuǎn)通過扭簧驅(qū)動了轂的旋轉(zhuǎn)。轂相對于帶輪在第一方向上的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了扭簧與螺旋形第一軸向肩部的相對旋轉(zhuǎn)，這導(dǎo)致了扭簧在第一軸向肩部與第二軸向肩部之間的壓縮，其中多個間隙定徑成提供扭簧的選定的軸向壓縮量。扭簧的選定的壓縮量，當轂相對于帶輪小于360度旋轉(zhuǎn)時，達到了扭簧的選定的壓縮量。


現(xiàn)在將參照附圖僅通過示例的方式來描述本發(fā)明，附圖中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的具有附件傳動帶、多個附件以及去耦器組件的發(fā)動機的正視圖2是圖1中示出的去耦器組件的分解立體圖3是圖1示出的去耦器組件的剖視側(cè)視圖4a是圖1中示出的去耦器組件的一部分在帶輪超越去耦器組件的轂的狀態(tài)下的側(cè)視圖4b是圖4a中示出的離合器組件的一部分在轂超越皮去耦器組件的帶輪的狀態(tài)下的側(cè)視圖5a是根據(jù)本發(fā)明的替代實施方式的去耦器組件的分解立體圖5b是圖5a中示出的去耦器組件的剖視側(cè)視圖5c是作為圖5a中示出的去耦器組件的一部分的套筒的立體圖5d是圖5b中示出的離合器組件的剖視端視圖6a是示出了現(xiàn)有技術(shù)的隔離器組件對變化扭矩的響應(yīng)的圖6b是示出了根據(jù)本發(fā)明的替代實施方式的去耦器組件對變化扭矩的響應(yīng)的圖7a_7g是示出了在現(xiàn)有技術(shù)的具有卷繞彈簧的去耦器組件上以及在根據(jù)本發(fā)明的實施方式的去耦器組件上進行的測試和測試結(jié)果的曲線圖8a是根據(jù)本發(fā)明的替代實施方式的去耦器組件的分解立體圖8b是圖8a中示出的去耦器組件的剖視側(cè)視圖9是用于與根據(jù)本發(fā)明的替代實施方式的去耦器組件一起使用的筒件的剖視側(cè)視圖10是用于與根據(jù)本發(fā)明的替代實施方式的去耦器組件一起使用的筒件的剖視側(cè)視圖11是用于與忽然那句本發(fā)明的替代實施方式的去耦器組件一起使用的筒件的剖視側(cè)視圖1la是圖11中示出的筒件的細節(jié)的立體圖12是根據(jù)本發(fā)明的替代實施方式的去耦器組件的剖視側(cè)視圖；以及
圖12a是圖12中示出的去耦器組件的細節(jié)的立體圖。
具體實施方式
參照圖1，其示出了用于車輛的發(fā)動機10。發(fā)動機10包括驅(qū)動環(huán)狀傳動元件的曲軸12，其中環(huán)狀傳動元件可以例如為帶14。發(fā)動機10經(jīng)由帶14驅(qū)動多個例如為交流發(fā)電機和壓縮機的附件16 (以虛線示出)。每個附件16包括上面具有由帶驅(qū)動的帶輪13的輸入傳動軸15。去耦器組件20代替帶輪設(shè)置在帶14與任一個或多個帶傳動附件16的輸入軸15之間。去耦器組件20在帶14與軸15之間傳遞扭矩，但是當帶14相對于軸15減速時，去耦器組件20使軸15與帶14自動去耦。此外，去耦器組件20允許帶14的速度相對于軸15的速度震蕩。因此，由曲軸速度的震蕩(活塞內(nèi)燃發(fā)動機的固有特性)所導(dǎo)致的帶速度的震蕩通過去耦器組件20減輕，并且因此，減少了原本會由軸15和部件16引起的壓力。
參照圖2和3，去耦器組件20包括轂22、帶輪24、第一支承構(gòu)件26、第二支承構(gòu)件27以及隔離彈簧28。
轂22可以適于以任何適當?shù)姆绞桨惭b到附件軸15 (圖1)。例如，轂22可以具有貫穿其中的軸安裝孔口 36，軸安裝孔口 36用于將轂22安裝到軸15的端部從而使轂22與軸15圍繞軸線A共同旋轉(zhuǎn)。
帶輪24可旋轉(zhuǎn)地連接到轂22。帶輪24具有構(gòu)造成與帶14接合的外表面40。外表面40示出為具有凹槽42。因此帶14可以是多V形帶。但是應(yīng)當理解，帶24的外表面40可以具有任何其它合適的結(jié)構(gòu)，并且?guī)?4不需要是多V形帶。例如，帶輪24可以具有單個凹槽并且?guī)?4可以是單V形帶，或者帶輪24可以具有用于與平坦的帶14接合的大致平坦的部分。帶輪24還包括內(nèi)表面43。不同于現(xiàn)有技術(shù)的一些去耦器組件，帶輪24的內(nèi)表面43不與單向離合器彈簧接合，并且因此帶輪24不需要由抵抗來自這種離合器彈簧的磨損和損耗的材料制成。因此帶輪24可以由任何合適的材料——例如比如酚醛類型的聚合材料或者達到50%的玻璃纖維強化尼龍-6——制成。因此，帶輪可以注塑成型，并且可以容易地具有設(shè)置于其上的任何合適的保護層。此外，材料可以具有選定的顏色，使得出于外觀目的，帶輪為選定的顏色，而無需涂料。涂料或一些類似的涂層需要用于金屬帶輪，但是其易受刮擦，這可能使下方的基部材料露出，從而導(dǎo)致在檢驗過程期間組件報廢。但是即便聚合帶輪受刮擦，其仍然保留相同的顏色，這是由于顏色在聚合帶輪各處延伸，因此使其不易因受刮擦而報廢。這種降低了的報廢可能性降低了制造帶輪的整體平均成本。此外，由于較低的材料成本、涂層步驟的省略，使得聚合帶輪24相比于被涂層的鋼皮帶輪的制造成本顯著降低。此外，由于帶輪24未與卷繞彈簧接合，因此帶輪24的內(nèi)表面43不需要以嚴格的公差而形成。相反地，現(xiàn)有技術(shù)的直接接合離合器彈簧的帶輪在一些情況下可能需要對與離合器彈簧接合的帶輪內(nèi)表面進行嚴格的尺寸控制，使得離合器彈簧如預(yù)期地工作。
然而帶輪24可以由例如為鋼或鋁的金屬材料制成。但是即便在帶輪由鋼制成的情況下，帶輪24可以比一些現(xiàn)有技術(shù)的用在去耦器組件中的帶輪成本更低。例如，在必要時，帶輪24可以由紡織和成形過程制成，從而實現(xiàn)帶輪成形。這例如美國專利N0.4，273，547中描述的帶輪。
無論是由聚合材料或是由金屬材料制成，帶輪24可以比一些現(xiàn)有技術(shù)的帶輪更輕，這是由于帶輪24不需要承受與卷繞彈簧的接合相關(guān)聯(lián)的壓力。此外，不需要具有與一些現(xiàn)有技術(shù)的帶輪相關(guān)聯(lián)的嚴格公差，并且因此壁厚等可以以輕便的目的來選擇，并且更少地強調(diào)確保提供其內(nèi)表面上的嚴格公差的能力。這種減輕的重量轉(zhuǎn)化成降低的旋轉(zhuǎn)慣性，這導(dǎo)致了與其旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的能量消耗的減少。這轉(zhuǎn)化成排放降低和/或使用帶輪24的車輛的燃油經(jīng)濟性提高。
第一支承構(gòu)件26在帶輪24的第一(近側(cè))軸向端44處的轂22上可旋轉(zhuǎn)地支撐帶輪24。第一支承構(gòu)件26可以是例如襯套的任何適當類型的支承構(gòu)件。在第一支承構(gòu)件26是襯套的情況下，其可以由尼龍-4-6制成；或者對于一些應(yīng)用，其可以是由美國密歇根軸伯明翰市的DSM制造的PX9A ;或是一些其他適當?shù)木酆喜牧?，并且在設(shè)置模制帶輪的實施方式中可以在二步模制過程中直接模制在帶輪24上。在這種情況下，軸承可以插入模制腔并且?guī)л?4可以模制在軸承26上?？梢栽O(shè)置金屬(例如青銅)襯套來代替聚合襯套，其中金屬襯套可以為了帶輪模制過程而以與上述軸承相同的方式插入到模制腔中。第一支承構(gòu)件26可以替代地為軸承(例如球軸承或滾子軸承)。
第二支承構(gòu)件27定位在帶輪24的第二 (遠側(cè))軸向端46，從而能夠在轂22的帶輪支撐表面48上旋轉(zhuǎn)地支撐帶輪24。第二支承構(gòu)件27可以是任何適當類型的支承構(gòu)件，例如為球軸承、滾子軸承或襯套。
隔離彈簧28設(shè)置成調(diào)節(jié)帶14相對于軸15的速度的震蕩。隔離彈簧28可以是具有第一螺旋形端部50和第一螺旋形軸向面63的螺旋形扭簧，其中第一螺旋形端部50抵靠徑向延伸的驅(qū)動器壁52 (圖4a)，第一螺旋形軸向面63與轂22上的第一螺旋形軸向肩部51接合(圖4a和4b)。隔離彈簧28具有第二螺旋形端部53 (圖3)和第二螺旋形軸向面65，其中第二螺旋形端部53 (圖3)與帶輪24上的徑向延伸的驅(qū)動器壁54接合，第二螺旋形軸向面65與第二螺旋形軸向肩部67接合。
在所示實施方式中，隔離彈簧28具有多個在第一端部50與第二端部53之間的簧圈58?；扇?8優(yōu)選為通過多個間隙69間隔開(圖4a)，并且隔離彈簧28優(yōu)選為按照選定量軸向壓縮，從而確保彈簧28的第一螺旋形端部50和第二螺旋形端部53分別通過驅(qū)動器壁52和54抵靠螺旋形軸向肩部51。
第一螺旋形軸向肩部51和第一驅(qū)動器壁52可以一起稱為第一接合結(jié)構(gòu)。第二螺旋形軸向肩部67和第二驅(qū)動器壁54可以一起稱為第二接合結(jié)構(gòu)。
帶輪24在第一旋轉(zhuǎn)方向上相對于轂22的旋轉(zhuǎn)通過扭簧28驅(qū)動了轂22的旋轉(zhuǎn)。轂22在第一方向上相對于帶輪24的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了扭簧28與螺旋形第一軸向肩部51之間的相對旋轉(zhuǎn)，這導(dǎo)致了扭簧28在第一軸向肩部51與第二軸向肩部67之間的軸向壓縮。多個間隙69尺寸確定成當去耦器組件20處于靜止狀態(tài)時提供扭簧28的選定的軸向壓縮量。
隔離彈簧28可以由任何適當?shù)牟牧弦焕邕m當?shù)膹椈射撘恢瞥?。隔離彈簧28可以具有任何適當?shù)臋M截面形狀。在附圖中，隔離彈簧28示出為具有矩形橫截面形狀，這位隔離彈簧28提供了對于給定的占用體積的相對扭轉(zhuǎn)阻力(也就是回彈率)。適當?shù)幕貜椔士梢杂善渌臋M截面-例如圓形橫截面形狀或正方形橫截面形狀-來獲得。這在以下方面是有利的:相比于由具有矩形橫截面的金屬線制成的彈簧，這可以降低隔離彈簧的成本。
在使用期間，當帶輪24由帶14驅(qū)動時，帶輪24通過扭簧28與第一驅(qū)動器壁52和第二驅(qū)動器壁54的接合來驅(qū)動交流發(fā)電機軸(或其它附件的軸)的旋轉(zhuǎn)。在例如為發(fā)動機停止的瞬態(tài)事件期間，帶輪24將通過帶14而停止，但是交流發(fā)電機軸15將繼續(xù)轉(zhuǎn)動一小段時間。如圖4a和4b所示，轂22將會與軸15 —起旋轉(zhuǎn)，這將導(dǎo)致第一驅(qū)動器壁52遠離彈簧28的端部50。但是螺旋形軸向面51仍然與轂22 —起旋轉(zhuǎn)，并且隨著其旋轉(zhuǎn)，螺旋形軸向面51軸向靠近地推動彈簧28的軸向面63 (圖4b)，從而軸向壓縮彈簧28。這種壓縮繼續(xù)進行，直到以下任一情況發(fā)生:由于摩擦力使得軸15停止旋轉(zhuǎn)；或者轂22旋轉(zhuǎn)足夠遠以驅(qū)動彈簧28的軸向壓縮，直到簧圈58全部彼此接觸，此時彈簧鎖定(也就是不能進一步軸向壓縮)并且不再允許轂22進一步超越帶輪24。在圖4a和4b示出的實施方式中，在轂22和帶輪24之間存在彈簧28鎖住的選定的相對角度。這意味著去耦器20提供轂22相對于帶輪24的小于360度的相對運動。但是基于間隙69的尺寸，可以選定彈簧鎖住之前的特定的有效相對運動量。特別地，有效相對運動量可以選定成超過所需的用于大多數(shù)情況的量。已經(jīng)確定，在許多情況下，在去耦器中的轂與帶輪之間具有小于70度的相對運動。因此，如果有效相對運動量選定成大于約70度，那么之后可以通過去耦器20來處理許多情況。應(yīng)當注意到，彈簧鎖住之前的相對運動量可以選定成直到360度的任何量，或者在一些實施方式中甚至更多。在一種特定實施方式中，有效的相對運動量小于約360度,并且優(yōu)選為小于約350度。
間隙69的尺寸可以選定成具有足夠的縫隙，從而即便轂22相對于帶輪24具有完全的360度的相對運動，仍然能夠防止彈簧28被鎖住。
參照圖5a和5b，其示出了與去耦器組件20類似的去耦器組件129，但是去耦器組件129包括用于衰減通過彈簧28傳遞(例如從帶輪24傳遞到轂22)的震蕩的裝置，并且還包括用于限制彈簧28在其自身上需要處理的扭矩的量的裝置。在圖5a和5b中示出的實施方式中，在彈簧28與帶輪24之間設(shè)置由單獨的承載件130。承載件130可以由例如聚合材料的任何適當?shù)牟牧现瞥?。承載件130通過鍵、壓合部、花鍵或任何其它適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)可以能夠旋轉(zhuǎn)地固定地連接到帶輪24。在圖5d中，與帶輪24 —體的鍵131示出為與承載件130中的鍵槽133接合。承載件130上可以具有第二接合結(jié)構(gòu)。在使用期間，隨著彈簧28擴大，彈簧28可能充分擴大從而摩擦承載件130上的衰減表面132。當發(fā)生這種情況時，在彈簧28與帶輪24之間的速度存在差異時發(fā)生一些衰減。
圖5a、5b和5c還示出了套筒134。套筒134可以與帶輪24的內(nèi)表面接觸，但是不與帶輪24的內(nèi)表面連接(也就是套筒134可以是能夠相對于帶輪24運動)。套筒134可以具有任何適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)。例如，在所示的實施方式中，如圖5c所示，套筒134是近于完整的圓筒形。在另一種實施方式中，套筒134可以成形為類似于卷簧。然而在另一種實施方式中，套筒134可以是完整圓筒的形式。套筒134圍繞彈簧28并且限制彈簧28的有效的徑向擴大量。如果足夠大的扭矩通過彈簧28施加，那么彈簧28將充分擴大從而與套筒134接合。如圖5a和5b所示，套筒134與帶輪24的內(nèi)表面接合，并且因此一旦彈簧28與套筒134接合，則彈簧28不能進一步徑向擴大。之后通過彈簧28施加的任何更大的扭矩由套筒134支撐。在此方式中，套筒134限制了彈簧28需要應(yīng)對的在其自身上的扭矩的量。此外，彈簧28與套筒134的接合以及套筒134與帶輪28的內(nèi)表面的接合起到衰減通過彈簧28傳送的震蕩的作用。套筒134可以由例如塑料材料(比如尼龍)或金屬(比如鋼)的任何適當?shù)牟牧现瞥?。在設(shè)置有套筒134的實施方式中，套筒134可在承載件與轂22上的類似部分136之間簡單地軸向“浮動”。
如圖5a和5b所示，去耦器組件129還包括俘獲支承構(gòu)件27的固位體138。而且，如圖5a和5b所示，支承構(gòu)件26示出為在帶輪24與轂22之間徑向定位并且還在帶輪24與承載件130之間徑向定位的襯套140。
參照圖8a和Sb，其示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的去耦器組件150，該去耦器組件150可以與去耦器組件120類似，但是其包括另外的用于衰減震蕩的裝置。在去耦器組件150中，支承構(gòu)件27為襯套152而非球軸承。襯套152徑向定位在轂22與帶輪24之間，并且還軸向定位在轂22的遠端與以154示出的固位體之間。相比于去耦器組件129中所提供的衰減，襯套152對去耦器組件150提供額外的衰減。
參照圖9，其示出了可以在去耦器組件的組裝期間使用的筒件160。筒件160可以由與帶輪相關(guān)聯(lián)的承載件162、套筒164以及與轂相關(guān)聯(lián)的承載件166構(gòu)成。通過機器人或通過組裝線工人，可以將三個部件162、164以及166組裝在一起并且保持在一起，使得彈簧28(該圖中未示出)被俘獲在三個部件162、164以及166中，并且可以將三個部件162、164以及166全部一起安裝到以168示出的轂上。與轂相關(guān)聯(lián)的承載件166可以坐置在轂168上的支撐表面170上?？梢栽O(shè)置有在支撐表面170中的鍵槽(與圖5d示出的鍵槽類似)中延伸的鍵。在帶輪24與承載件162之間可以設(shè)置有類似裝置。可以設(shè)置有用于支撐在轂上的帶輪24的支承構(gòu)件，但是該支承構(gòu)件未示出。
參照圖10，其示出了可以與筒件160類似的筒件180，但是筒件180僅包括兩個部件:與帶輪相關(guān)聯(lián)的承載件182和與轂相關(guān)聯(lián)的承載件184，其中與帶輪相關(guān)聯(lián)的承載件182可以用鍵固定到例如帶輪24，與轂相關(guān)聯(lián)的承載件184包括以186示出的套筒部分，該套筒部分可以用鍵固定到以188示出的轂的支撐表面189?？梢栽O(shè)置有用于支撐在轂上的帶輪24的支承構(gòu)件，但是該支承構(gòu)件未示出。
參照圖11，其示出了與筒件180類似的筒件190，但是分別以192和194示出的與轂相關(guān)聯(lián)的承載件和與帶輪相關(guān)聯(lián)的承載件通過以196示出的夾具連接裝置或類似裝置連接在一起。在去耦器組件的制造期間，通過組裝線工人或通過機器人使夾具連接裝置196將筒件190保持在一起，從而易于運送和處理。一旦筒件190安裝到以198示出的轂，與帶輪相關(guān)聯(lián)的承載件192和與轂相關(guān)聯(lián)的承載件194可以通過適當?shù)难b置彼此分開。例如圖1la所示，兩個承載件192和194相對于彼此的旋轉(zhuǎn)可以使以200和202示出的兩個夾具元件分開滑動，使得兩個夾具元件不再交疊，這允許了彈簧28推動兩個承載件192和194分開(當兩個承載件192和194夾在一起時，彈簧28可處于壓縮狀態(tài))。在使用期間，兩個承載件192和194將會充分地保持分離，使得它們不會有任何重新結(jié)合在一起的巨大風(fēng)險?？梢栽O(shè)置有用于支撐在轂上的帶輪24的支承構(gòu)件，但是該支承構(gòu)件未示出。
參照圖12，其示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的去耦器組件210。在去耦器組件210中，第一接合結(jié)構(gòu)包括在以214示出的轂上的螺旋形軸向肩部212，螺旋形軸向肩部212與同轂相關(guān)聯(lián)的承載件218的第一軸向端216接合。承載件21與彈簧28接合，從而與彈簧28共同旋轉(zhuǎn)。在圖12a中以220示出的、在轂214上的驅(qū)動器壁與承載件218上的相對應(yīng)的壁222接合。當轂214超越帶輪24時，轂214 (以及因此螺旋形軸向肩部212)相對于承載件218的相對旋轉(zhuǎn)軸向地壓縮彈簧28 (該圖中未示出)，從而允許以與本文其它部分所述的超越類似的方式超越。套筒以224示出，并且與帶輪相關(guān)聯(lián)的承載件以226示出?？梢栽O(shè)置有用于支撐在轂上的帶輪24的支承構(gòu)件，但是該支承構(gòu)件未示出。
在使用根據(jù)至少某些上述實施方式的去耦器組件期間，可以見到，衰減力(也就是摩擦力)至少部分地取決于由彈簧28施加的軸向力。在這些實施方式中，隨著彈簧28通過第一接合表面的旋轉(zhuǎn)而被軸向壓縮，由彈簧28施加的軸向力增加并且因此由去耦器組件提供的衰減力增加。
已經(jīng)描述了由承載件與同轂相關(guān)聯(lián)的摩擦表面結(jié)合來提供的衰減。應(yīng)當注意到，一些衰減或基本上全部衰減可以與設(shè)置在帶輪上或與帶輪相關(guān)聯(lián)的摩擦表面結(jié)合來提供。
如已經(jīng)示出并描述的，在一些實施方式中，第一接合結(jié)構(gòu)和第二接合結(jié)構(gòu)二者均包括驅(qū)動器壁和螺旋形軸向肩部，使得彈簧28沒有在任一端處固定地連接到轂或帶輪。但是替代地，能夠?qū)椈?8的一端固定地連接到帶輪或連接到轂，并且使彈簧的另一端沒有固定地連接到轂或帶輪的另一者。彈簧28未連接的一端可以在轂上，或者其可以在帶輪上。
在現(xiàn)有技術(shù)的典型的(非超越的)隔離器中，扭簧的第一端部和第二端部二者均分別固定地連接到轂和帶輪(通過被彎曲，從而形成于轂和帶輪中的溝槽接合的柄腳)。圖6a示出了這種現(xiàn)有技術(shù)的隔離器的響應(yīng)曲線70。如圖可見，曲線70的第一部分72示出了轂與帶輪之間的相對角度與通過扭簧傳遞的扭矩之間的線性關(guān)系。例如當帶輪驅(qū)動轂時，由帶輪通過彈簧施加到轂的扭矩可以被視為正向的并且與該扭矩相關(guān)聯(lián)的角度變化可以被視為正向的。隨著扭矩增加，相對角度相應(yīng)的線性增加。
在圖6a中建模的隔離器中設(shè)置有套筒，套筒提供對扭簧在使用期間能夠承受的最大徑向擴大量的限制。曲線的以74示出的第二部分示出了當彈簧擴大并且由套筒限制時所發(fā)生的情況。如圖可見，扭矩近于豎直地增加，同時轂與帶輪的相對角度基本沒有變化。如曲線部分76中可見，隨著傳遞的扭矩減小，相對角度減小，這基本上與第二曲線部分74成鏡像。一旦彈簧從套筒處向內(nèi)拉動遠離套筒，轂與帶輪之間相對角度的減小相對呈線性，并且與第一曲線部分72平行。如在78處可見的，當轂驅(qū)動帶輪時(例如當轂在發(fā)動機關(guān)閉期間拉動帶輪旋轉(zhuǎn)時)，彈簧的兩端運動經(jīng)過靜止位置，并且從被轂和帶輪朝向彼此推動轉(zhuǎn)變到被轂和帶輪被拉動遠離彼此(這被視為負向角度變化)。但是在這種轉(zhuǎn)變期間，在曲線中可以觀察到尖峰脈沖。該尖峰脈沖的發(fā)生是由于彈簧兩端在溝槽中從被推動調(diào)節(jié)到被拉動。在使用隔離器期間，重復(fù)通過坐標圖的該區(qū)域最終可能產(chǎn)生彈簧、轂和/或帶輪的噪音和/或屈曲和失效?？梢钥吹?，類似的轉(zhuǎn)變區(qū)域80可以存在于曲線的示出了從轂拉動帶輪到帶輪推動轂的轉(zhuǎn)換的部分上，這在此導(dǎo)致了彈簧、轂和/或帶輪在使用期間的磨損、噪音以及斷裂。
總而言之，使彈簧的兩端固定地連接到轂和帶輪的隔離器通過套筒而極大地受益，這是由于套筒有助于增加彈簧的工作壽命。更具體地，當彈簧徑向擴大時(也就是當傳遞扭矩時)，彈簧的在適當位置固定的兩端受壓。從夫擠壓兩端最終可能導(dǎo)致這些點處的彈簧由于疲勞而斷裂。套筒通過限制彈簧能夠徑向擴大的量而改進了這種情況，但是這限制了彈簧能夠提供的隔離的量。相反地，本文中所示出的并描述的至少某些實施方式中的彈簧28的兩端沒有固定地連接到轂和帶輪。因此，彈簧28沒有受到這些上述的壓力。因此，彈簧28可以在沒有套筒的情況下工作(從而在提供隔離的同時具有其能夠應(yīng)對的更大范圍的扭矩)，而在此方式中在彈簧28的兩端處沒有疲勞和斷裂的風(fēng)險。如果設(shè)置有套筒(例如如圖5a-5c所示)，則套筒可以與彈簧28具有的間距相比與以上描述的現(xiàn)有技術(shù)的隔離器中的彈簧由于疲勞和斷裂的風(fēng)險所應(yīng)用的間距而言更大。
圖6b示出了曲線81，曲線81示出了去耦器20在使用期間(沒有套筒)的響應(yīng)。曲線的以82和88示出的第一部分可以與圖6a中的曲線70上的部分72和78極為類似。如圖可見，隨著曲線從帶輪驅(qū)動轂的情況轉(zhuǎn)換(在區(qū)域90處)到轂超越帶輪的情況，之后曲線水平延伸，這示出了存在沒有扭矩傳遞(在部分92處)的角度移位。這示出了第一彈簧端部50已經(jīng)與驅(qū)動壁52分開的情況。最后，如果超越足夠長地延伸，則轂和帶輪將到達彈簧28鎖住(也就是簧圈58之間沒 有保留的間隙)的相對角度，并且如曲線94處可見，扭矩將會增力口 (在負方向)，同時相對角度基本沒有變化。如曲線81中可見，隨著彈簧在轂超越帶輪的狀態(tài)與帶輪超越轂的狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，沒有發(fā)生尖峰脈沖，這是由于彈簧的至少一端沒有固定地連接到其能夠與之接合的轂或帶輪。
圖7a至7g示出了去耦器20與現(xiàn)有技術(shù)的、包括單向卷繞彈簧離合器的去耦器的對照。圖7a中的曲線圖示出了在去耦器20和具有卷繞彈簧的去耦器上實施的穩(wěn)態(tài)測試。在該測試中，正弦扭轉(zhuǎn)振動施加到去耦器，其中如曲線93所示，施加的扭矩為2000牛.米+/-300牛 米，頻率為21.7赫茲。圖7b示出了現(xiàn)有技術(shù)的具有卷繞彈簧的去耦器的性能。以95示出的曲線為由帶輪施加的扭矩。以96示出的曲線為施加到轂的扭矩。可以看到，轂處的扭矩按時間發(fā)生相移并且低于在帶輪處施加的扭矩。圖7c示出了去耦器組件20的性能。以98示出的曲線為由帶輪24施加的扭矩。以100示出的曲線為施加到轂22的扭矩?？梢钥吹?，此處轂22處的扭矩也是按時間發(fā)生相移并且低于在帶輪24處施加的扭矩。
圖7d是示出了在發(fā)動機起動期間的第一類型的瞬態(tài)狀態(tài)下現(xiàn)有技術(shù)的去耦器的性能。帶輪的速度由曲線102表示，并且轂的速度由曲線104表示。如示例性區(qū)域106中可見，存在轂的速度大于帶輪的速度(也就是轂超越帶輪)的情況。圖7e是去耦器20的模擬曲線圖。帶輪的速度曲線以108示出，并且轂的速度曲線以110示出。如示例性區(qū)域112中可見，此處在發(fā)動機起動期間，在某些點處轂也超越了帶輪。圖7f示出了現(xiàn)有技術(shù)的去耦器在發(fā)動機關(guān)閉的另一種瞬態(tài)狀態(tài)期間的響應(yīng)。帶輪的速度和轂的速度分別由曲線114和116表示。可以看到，如區(qū)域118處示出的，卷繞彈簧允許轂相對于帶輪的相對較長期間的超越(大約0.4秒)。圖7g示出了在發(fā)動機關(guān)閉期間去耦器20的響應(yīng)。帶輪的速度和不顧的速度分別由曲線120和122表示。可以看到，在關(guān)閉期間，轂以更短的時間段重復(fù)超越帶輪(在區(qū)域124處可見)，這在某種程度上與起動狀態(tài)期間的性能成鏡像。這可能在一些情況下允許因帶一定程度的打滑而發(fā)出唧唧聲(chirp)，然而在更多情況下防止了帶的唧唧聲，并且在任何情況下，無論是否存在帶的唧唧聲，相比于沒有任何隔離或去耦的裝置，在帶輪、軸和帶上的全部壓力減小。此處描述的對于去耦器組件的特別有利的應(yīng)用是作為用于發(fā)動機10的BAS(帶式交流發(fā)電機起動(Belt-Alternator-Start))系統(tǒng)的一部分。BAS系統(tǒng)通過經(jīng)由帶使曲軸轉(zhuǎn)向來起動發(fā)動機，來代替經(jīng)由起動機馬達使曲軸轉(zhuǎn)向來起動發(fā)動機。帶由交流發(fā)電機驅(qū)動，其中交流發(fā)電機驅(qū)動成臨時作為馬達運轉(zhuǎn)。在這種情況下，現(xiàn)有技術(shù)的配備有單向卷繞彈簧離合器的去耦器是可用的，這是由于離合器會防止轂驅(qū)動帶輪。為了克服這個問題，一些系統(tǒng)已經(jīng)提出設(shè)置由電氣致動的離合器，其中電氣致動的離合器在轂必須驅(qū)動帶輪的發(fā)動機起動期間被致動。這種裝置可以運行，但是其可能相對昂貴、相對復(fù)雜并且可能占用許多車輛的已經(jīng)較狹小的發(fā)動機機艙的相對較大的空間。相反地，此處描述的將彈簧在轂與帶輪之間的相對旋轉(zhuǎn)鎖定在360度內(nèi)會自動允許轂驅(qū)動帶輪，并且因此不需要復(fù)雜并昂貴的電氣致動離合器?？梢钥吹?，此處描述的去耦器組件提供一些超越能力，同時消除與與卷繞彈簧和與其相關(guān)聯(lián)的精確加工的帶輪的成本和復(fù)雜性。除了帶輪的降低的制造成本之外，此處描述的去耦器組件還提供了其它優(yōu)點。例如，在包括與帶輪的內(nèi)表面接合的卷繞彈簧的去耦器中，難以有效地改變設(shè)計以容置更大的帶輪。如果帶輪的內(nèi)徑變化，那么之后需要更換卷繞彈簧并且將潛在的需要重新認證該設(shè)計。如果即便帶輪的外徑增加，帶輪的內(nèi)徑仍然沒有變化，那么之后帶輪變得不必要的過重。相反地，此處描述的去耦器組件不需要使用卷繞彈簧，并且因此，能夠容易地容置外徑和內(nèi)徑均增加的帶輪。盡管以上描述構(gòu)成了本發(fā)明的多個實施方式，應(yīng)當了解，在不與所附權(quán)利要求的等同含義相背離的情況下，本發(fā)明容許其它修改和變化。附圖中示出的元件表
權(quán)利要求
1.一種用于在軸與環(huán)狀驅(qū)動構(gòu)件之間傳遞扭矩的去耦器組件，所述去耦器組件包括: 轂，所述轂適于聯(lián)接到所述軸，使得所述軸與所述轂圍繞旋轉(zhuǎn)軸線共同旋轉(zhuǎn)； 帶輪，所述帶輪可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到所述轂，所述帶輪具有適于與所述環(huán)狀驅(qū)動構(gòu)件接合的外周邊； 螺旋形扭簧，所述螺旋形扭簧與所述旋轉(zhuǎn)軸線同心，所述螺旋形扭簧具有第一軸向面和第二軸向面并且具有由多個間隙間隔開的多個簧圈； 第一接合結(jié)構(gòu)，所述第一接合結(jié)構(gòu)定位在所述扭簧與所述轂和所述帶輪中的一者之間，其中所述第一接合結(jié)構(gòu)包括用于與所述扭簧的所述第一軸向面接合的螺旋形第一軸向肩部；以及 第二接合結(jié)構(gòu)，所述第二接合結(jié)構(gòu)定位在所述扭簧與所述轂和所述帶輪中的另一者之間，其中所述第二接合結(jié)構(gòu)包括能夠與所述扭簧的所述第二軸向面接合的第二軸向肩部， 其中，所述帶輪在第一旋轉(zhuǎn)方向上相對于所述轂的旋轉(zhuǎn)通過所述扭簧驅(qū)動所述轂旋轉(zhuǎn)，并且其中所述轂在所述第一方向上相對于所述帶輪的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生所述扭簧與所述螺旋形第一軸向肩部之間的相對旋轉(zhuǎn)，這導(dǎo)致所述扭簧在所述第一軸向肩部與所述第二軸向肩部之間的軸向壓縮，其中所述多個間隙的尺寸設(shè)置成提供所述扭簧的選定的軸向壓縮量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去耦器組件，其中當所述轂相對于所述帶輪的旋轉(zhuǎn)小于360度時，達到所述扭簧的所述選定的壓縮量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去耦器組件，其中所述扭簧的所述選定的軸向壓縮量在所述螺旋形第一軸向肩部處產(chǎn)生摩擦力的選定的增量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去耦器，其中所述扭簧具有第一螺旋形端部和第二螺旋形端部，并且其中所述第一接合結(jié)構(gòu)包括第一徑向肩部并且所述第二接合結(jié)構(gòu)包括第二徑向肩部，其中所述第一和第二大致徑向的肩部定位成在所述帶輪在所述第一旋轉(zhuǎn)方向上相對于所述轂旋轉(zhuǎn)期間分別與所述第一和第二螺旋形端部至少間接地接合，并且其中在轂在所述第一旋轉(zhuǎn)方向上相對于所述帶輪旋轉(zhuǎn)期間，所述第一徑向肩部與所述第一螺旋形端部間隔開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去耦器，其中所述扭簧具有第一螺旋形端部和第二螺旋形端部，并且所述第一接合結(jié)構(gòu)包括能夠與所述彈簧的所述第一螺旋形端部接合的第一徑向肩部，并且所述第二接合結(jié)構(gòu)與所述彈簧的第二螺旋形端部旋轉(zhuǎn)地固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去耦器，其中所述第一接合結(jié)構(gòu)與所述帶輪成一體，并且所述第二接合結(jié)構(gòu)與所述轂成一體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去耦器，其中所述第一接合結(jié)構(gòu)與所述轂成一體，并且所述第二接合結(jié)構(gòu)與所述帶輪成一體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去耦器，還包括定位在所述扭簧的所述第二螺旋形端部與所述轂和所述帶輪中的所述另一者之間的承載件，其中所述第二接合結(jié)構(gòu)與所述承載件成一體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去耦器，還包括定位在所述帶輪與所述轂之間的軸承。
10.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的去耦器，還包括定位在所述帶輪與所述轂之間的襯套。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去耦器，還包括徑向地定位在所述扭簧外側(cè)并且具有選定的摩擦系數(shù)的套筒。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去耦器，其中當所述轂相對于所述帶輪的旋轉(zhuǎn)大于約50度時，達到所述扭簧的所述選定的壓縮量。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去耦器，其中當所述轂相對于所述帶輪的旋轉(zhuǎn)大于約70度時，達到所述扭簧的所述選定的壓縮量。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去耦器，還包括定位在所述扭簧的所述第一螺旋形端部與所述轂和所述帶輪中的所述一者之間的承載件，其中所述第一接合結(jié)構(gòu)與所述承載件成一體。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去耦器，還包括: 第一承載件，所述第一承載件定位在所述扭簧的所述第一螺旋形端部與所述轂和所述帶輪中的所述一者之間，以及 第二承載件，所述第二承載件定位在所述扭簧的所述第二螺旋形端部與所述轂和所述帶輪中的所述另一者之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的去耦器，其中所述第一承載件固定地安裝到所述轂和所述帶輪中的所述一者，并且所述第一接合結(jié)構(gòu)與所述第一承載件成一體。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的去耦器，其中所述第一承載件固定地安裝到所述扭簧，并且所述第一承載件與所述螺旋形軸向第一肩部接合。
18.一種用于車輛的帶式交流發(fā)電機起動系統(tǒng)，所述車輛包括發(fā)動機，所述發(fā)動機具有曲軸、并且具有曲軸帶輪以及與所述曲軸帶輪和交流發(fā)電機接合的帶，所述帶式交流發(fā)電機起動系統(tǒng)包括: 去耦器組件，所述去耦器組件能夠安裝到所述交流發(fā)電機的軸，并且其中所述去耦器組件包括: 轂，所述轂適于聯(lián)接到所述軸，使得所述軸與所述轂圍繞旋轉(zhuǎn)軸線共同旋轉(zhuǎn)； 帶輪，所述帶輪能夠旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到所述轂，所述帶輪具有適于與環(huán)狀驅(qū)動構(gòu)件接合的外周邊； 螺旋形扭簧，所述螺旋形扭簧與所述旋轉(zhuǎn)軸線同心、具有第一軸向面和第二軸向面并且具有由多個間隙間隔開的多個簧圈； 第一接合結(jié)構(gòu)，所述第一接合結(jié)構(gòu)定位在所述扭簧與所述轂和所述帶輪中的一者之間，其中所述第一接合結(jié)構(gòu)包括用于與所述扭簧的所述第一軸向面接合的螺旋形第一軸向肩部；以及 第二接合結(jié)構(gòu)，所述第二接合結(jié)構(gòu)定位在所述扭簧與所述轂和所述帶輪中的另一者之間，其中所述第二接合結(jié)構(gòu)包括能夠與所述扭簧的所述第二軸向面接合的第二軸向肩部， 其中所述帶輪在第一旋轉(zhuǎn)方向上相對于所述轂的旋轉(zhuǎn)通過扭簧驅(qū)動所述轂的旋轉(zhuǎn)，并且其中所述轂在所述第一方向上相對于所述帶輪的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生所述扭簧與所述螺旋形第一軸向肩部之間的相對旋轉(zhuǎn)，這導(dǎo)致所述扭簧在所述第一軸向肩部與所述第二軸向肩部之間的軸向壓縮，其中所述多個間隙的尺寸設(shè)置成提供所述扭簧的選定的軸向壓縮量，其中當所述轂相對于所述帶輪旋轉(zhuǎn)小于360度時，達到所述扭簧的所述選定的軸向壓縮量。
全文摘要
在一個方面中，設(shè)置有用于在軸與用于驅(qū)動軸的環(huán)狀驅(qū)動構(gòu)件之間使用的去耦器組件。去耦器組件包括帶輪、轂以及優(yōu)選為螺旋扭簧的隔離彈簧。彈簧的兩端能夠至少間接地與帶輪和轂接合，從而在帶輪與轂之間傳遞扭矩。彈簧的至少一端與包括螺旋形軸向肩部和驅(qū)動器壁的接合結(jié)構(gòu)(在帶輪或轂中的任一者上)接合。彈簧通過驅(qū)動器壁在一個方向上傳遞扭矩(例如當帶輪超越轂時)，但是彈簧端未固定地連接到驅(qū)動器壁。當轂超越帶輪時，在彈簧與其未固定地連接到的轂和帶輪二者之間存在相對旋轉(zhuǎn)。因此，在彈簧端與螺旋形軸向肩部和驅(qū)動器壁之間存在相對旋轉(zhuǎn)。這導(dǎo)致了彈簧端與驅(qū)動器壁分離，并且繃緊螺旋形軸向肩部。這導(dǎo)致了彈簧軸向壓縮。彈簧線圈具有選定的空間量，使得彈簧能夠以選定的量軸向壓縮。這設(shè)定了在轂超越帶輪的情況下帶輪與轂之間有效的相對旋轉(zhuǎn)量(以及超越量)。
文檔編號F16H7/20GK103221704SQ201180054087
公開日2013年7月24日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者帕特里克·馬里恩 申請人:利滕斯汽車合伙公司