专利名称：高扭矩设备的单向隔离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将设备连接到挠性传动装置上的隔离器皮带轮。更具 体地，本发明提供了一种当在挠性传动装置与设备之间沿第一方向传递扭 矩时提供设备隔离、当在挠性传动装置与设备之间沿相反方向传递扭矩时 提供整体皮带轮功能从而允许传递较大的扭矩负载的隔离器皮带轮。
背景技术：
由诸如挠性带或链条等挠性传动装置来驱动设备是公知常识。在汽车 领域中，这种设备的普通示例包括诸如由前置发动机附件传动装置
("FEAD")或由后置发动机附件传动装置("READ")驱动的诸如水泵、 交流发电机、动力转向泵，空调压缩机等附加设备。其它示例包括用于内 燃机的皮带传动的增压器，或由内燃机通过挠性传动装置来驱动的许多其 它设备。
在过去若干年中，通it^各种高负载/大惯量设备中设置隔离器和/或超 限分离器来替代整体皮带轮，从而前置发动机附件传动装置(FEAD)和 其它挠性装置系统的设计和结构得以改善。
隔离器在挠性传动装置与从动的附加设备之间设置有弹性连接件，通 常是弹簧，所提供的弹性力能够减少和/或抑制挠性传动装置中的扭转振 动，该扭转振动会在其它方面对挠性传动装置的预期工作寿命产生负面影 响。在汽车领域中，隔离器已经在由挠性传动装置驱动的各种其它附加设 备中作为曲轴皮带轮和/或传动皮带轮来使用。在美国专利NO. 5,139,463 和NO. 7,153,227中描述了现有技术中隔离器的实例。
一般当设备由挠性传动装置驱动时，超限分离器在挠性传动装置与从 动所述设备之间沿一个方向提供了弹性连接，当发动机减速时，超限分离 器通过允许设备的运动超过其传动皮带轮和挠性传动装置的运动来防止 诸如交流发电机等大惯量设备驱动挠性传动装置。在WO2004/011818、. 5,156,73和NO. 6,044,943中描述了现有才支术 中分离器的实例。
虽然隔离器和/或超限分离器改善了挠性传动系统的操作和寿命，但是 最近汽车、卡车和其它车辆已经开始将各种混合策略用于它们的传动系 统。这些混合策略包括组合式内燃*电传动策略和/或启动/停止策略。
由于车辆采用了启动/停止策略， 一旦内燃机达到一组预先选择的IHf /参数，诸如达到选定的操作温度，无论车辆是在行使中停下，还是在交通 信号灯处停下等等，内燃机将关闭，然后当车辆再次移动时重新启动内燃 机。在启动/停止策略中一种重新启动内燃机的常用方法是在挠性传动装置 上附加诸如FEAD等交流发电机起动机设备，这个系统一般指的是皮带式 交流发动机起动机("BAS，，)系统。
当内燃机在BAS系统中运行时，交流发电机起动机的功能与交流发电 机一样，产生用于车辆电流和/或给车辆的蓄电池充电。当内燃机停止时， 交流发电机起动机能够从蓄电池汲取电流并能作为启动电机来操作，经由 挠性传动装置转动发动机的曲轴，从而重新启动发动机。此外，在某些情 况下，BAS系统能够提供助推模式，其中当发动M转时，交i议电机起 动机能够从车辆的蓄电池中汲取电流以通过从交流发电机起动机经由挠 性传动装置向发动机供给扭矩，从而给发动^:供额外的能量。这种助推 模式在诸如超越另一辆车或者在有限的时间内需要额外能量等情况下是
虽然BAS系统具有许多优点，但是交流发电机起动机设备非常大的惯 量会影响挠性传动系统的操作和寿命，还有当作为起动机操作时，交力tiL 电机起动机需要通过挠性传动装置来传递大数值的扭矩给发动机，这限制 了常规隔离器或超限分离器的使用。
有人建议提供一种如WO2007/1003052所示的具有惯量触发锁定^ 的分离器。
我们希望有一种能够与BAS系统和其它挠性传动设备一起4吏用的隔 离器，该挠性传动设备需要在该设备与挠性传动装置之间沿一方向传递较高级别的扭矩，并且当沿相反的方向传递扭矩时，这些挠性传动设备需要 至少一定程度的隔离。
发明内容
本发明的目的是提供一种新颖的单向隔离器，其避免或减少现有技术 中的至少一个缺点。
根据本发明的第一个方面，提供了在挠性传动装置与设备之间传递扭矩
的单向隔离器，包括安*^设《##入轴上的轴毂，轴毂具有至少一个挡块构 件；可旋转地安装到轴毂的轮盘，该轮盘具有至少一个挡块构件；具有与 轴毂#^的第一端和与轮盘接合的第二端的弹簧，用来将轴毂与轮盘弹性 地联接在一起；其中，当设备与挠性传动装置之间沿第一方向传递扭矩时， 轴毂的至少一个挡块构件抵靠轮盘的至少一个挡块构件，使得通过各个挡 块构件来大致传递扭矩以及，当从挠性传动装置与设备之间沿相反方向传 递扭矩时，^^盘相对于轴毂转动，使得轴穀的至少一个挡块构件与l^盘的 至少一个挡块构件脱离接合，从而通过弹簧来传递扭矩。
优选地，轴毂具有至少两个挡块构件，^^盘具有相应数量的挡块构件， 当从设备向挠性传动装置传递扭矩时，轴毂的各个挡块构件与轮盘的相应 的挡块构件#^。
本发明提供一种用于诸如交;級电械动机等由挠性传动装置驱动的大 扭矩设备的单向隔离器。该隔离器具有轴毂和轮盘，轴毂和轮盘都具有至少一 个挡块构件。轴毂和轮盘通过隔离弹簧连结并且，当从挠性传动装置向设备 传递扭矩时，该轴毂和轮盘经由轴^轴套能够相对于彼此旋转，从而通过 弹簧提供对扭矩变化的隔离。当从设备向挠性传动装置传递相当量值的扭 矩时，轮盘相对于轴毂转动从而使挡块构件开始接触，于是使得隔离器像 整体皮带轮那样发挥作用以便于来自设备的扭矩的传递。
珑在参考附图，以仅仅举例的方式来描述本发明优选的实施方式，其
中图l显示了根据本发明的单向隔离器的前视和侧视的分解立体图； 图2显示了图1中单向隔离器的后视和侧视的分解立体图； 图3显示了沿图1中线3-3的剖面图4显示了图1中单向隔离器的皮带轮的前视和侧视的立体图5显示了图1中单向隔离器的前视和侧视的立体图6显示了根据本发明的另一个单向隔离器的前视和侧视的分解立体 图；以及
图7显示了图6中单向隔离器的侧视和后视的分解立体图。
具体实施例方式
根据本发明实施方式的单向隔离器在图1，2,3和5中用20总体表示。 隔离器20包括轴毂24，其能够安装在诸如交流发电机起动机、增压器、 空调压缩机(一般经由电离合器 ^)等设备(未示出)的传动轴上，该 传动轴可由诸如皮带或链条等挠性传动装置带动绕轴线转动。最佳如图3 所见，在图示的实施方式中，轴毂24用于安装在具有恒定横截面的输入轴 上，并且轴毂24具有锥形部28，其能接收具有互补的外部锥形表面的安 装轴套(未示出)，而且该安装轴套的内部表面与输入轴的外部表面互补。 因为在输入轴的末端上拧紧有安装螺母32,所以该安装螺母32驱4吏安装 轴套i^AJ维形部28内，从而在轴毂24与输入传动轴之间提供基于过盈配 合的锁定。
本领域技术人员应当明白的是，虽然目前优选将轴毂24过盈配合到输 入轴，因为这样能够避免在隔离器20和/或输入轴的制造过程中需要进行 昂贵的机械加工，但是本发明并不限于使用这种过盈配合将轴毂24锁定到 输入传动轴，任何合适的将轴毂24安装到输入轴上的方法，比如其中通过 键连接或花键连接的实施方式，同样是本发明人预想范围内的。
隔离器弹簧36的优选形式为簧圏的横截面是方形或矩形的螺旋弹簧， 该隔离器弹簧操作性地将轴毂24与皮带轮轮盘40连接或连结。轴毂24具有接收弹簧36的一个端面的螺旋槽48。槽48具有弹簧36 —端抵靠着 的端部挡块52。最佳如图4所见，轮盘40也具有接收弹簧36的相反端面 的螺旋槽56,并且槽56具有弹簧36的第二端抵靠着的端部挡块60。
当弹簧36是螺旋弹簧或类似物时，在该弹簧的各端优选形成有锁定结 构，从而当轮盘40旋转离开弹簧36的各端时，阻止弹簧36的各端从端部 挡块52和/或端部挡块60脱离。在本实施方式中，通过在弹簧36的各端 形成径向向内的小弯曲部，并在螺旋槽48和螺旋槽56中设置经压配合而 接收该小弯曲部的相应的曲部，这个锁定结构得以实现。由此，由弹簧36 相对于螺旋槽48和56以及挡块52和60的运动而导致的不希望的磨损和/ 或M噪音得以避免。
虽然隔离器弹簧36目前的优选形式是螺旋弹簧，但是本发明并不限于 此，可以使用本领域技术人员能想到的任何合适的弹簧机构，包括由橡胶 或其它弹性材料制成的弹簧和/或具有非方形横截面的簧圏的螺旋弹簧。
轴承64和轴套68在轴毂24与轮盘40之间运作，从而当弹簧36扭转 和释放时，使得轮盘40能够相对于轴毂24以及轴毂24安装其上的设备输 入轴转动。在当前的优选实施方式中，轴承64是密封式滚子轴承，轴套 68是由诸如NYLON 等合适的低摩擦和高磨损材料组装而成。轴承64 优选地置于尽可能靠近轮盘40表面上挠性传动装置运转处的正下方的点， 从而减少/避免离轴负载。然而，由于包装问题，通常需要将轴承64稍微 偏离优选的位置，如图所示，并且因此轴套68用于帮助承载离轴所引起的 负载。
最佳如图1, 2和5所见，轴毂24在其前端面具有至少一个，优选三 个或更多的径向延伸的挡块72。各个挡块72具有止动表面76,所述止动 表面优选ilM目对于圆周方向或直径方向倾斜。最佳如图4所见，轮盘40 具有与挡块72数量相同的挡块80并且各个挡块80具有止动表面84,所 述止动表面84的斜面与止动表面76的斜面大体互补。
当组装起来时，如图3和5所示，对端部挡块52和端部挡块60的位 置以及弹簧36的长度进行选择，使得当隔离器20上没有负载时，止动表 面76与止动表面84间隔开一些角度。止动表面76与止动表面84间隔开，使得在正常操作期间，止动表面76不会接触到或接合止动表面84。
为了防止噪声和振动，止动表面76与止动表面84之间放置有弹性构 件88,该弹性构件88安装到止动表面76或止动表面84中的一个上(如 图所示)，弹性构件88可由高密度NYLON 或氣基甲酸乙酯等任何合适 的材料制造，并且能够通过任何合适的方法附接到适当的挡块上。
在操作中， 一旦将隔离器20安装到设备的输入轴上，从挠性传动装置 沿 一方向传递至设备的扭矩导致轮盘40相对于轴毂24从无负载位置转动， 从而将止动表面76和84彼此移离开，因此弹簧36作为在挠性传动装置与 从动设备之间的弹性连结，隔离器20很大程度上如常规的隔离器那样工 作，使得挠性传动装置和从动设备不会受到所传递的扭矩中的微小变化的 影响。
然而，如果传递扭矩的方向改变，使得实际的扭矩是沿另一个方向从 设备传递到挠性传动装置，诸如如果安装有隔离器20的设备是交流发电机 起动机，其以起动机模式或助推模式进行操作，扭矩使轮盘40相对轴毂 24转动，从而使其间有弹性构件88的止动表面76和84开始接触，使得 隔离器20如整体皮带轮那样工作以便于从设备向挠性传动装置的扭矩的 传递是通过止动表面之间的接触来进行，而不是通过弹簧36来进行。
隔离器20并不限于用于交流发电机起动机i殳备或BAS系统，并且能 够方便地安装在诸如增压器等许多其它高负载/大惯量设备上。增压器一般 由挠性传动装置驱动并将高负载施加到挠性传动装置上，该增压器具有高 级别的惯量。当增压器启动和停用时，其作用在挠性传动装置上的负载将 会发生显著变化。此外，当发动机加速或减速时，增压器的大惯量将在挠 性传动装置与增压器之间沿两个方向施加巨大的扭矩传递。
因此，当挠性传动装置驱动增压器时，将隔离器20安装到增压器的输 入传动轴上能够提供隔离。在这种操作条件下，弹簧36将被扭转以在增压 器与挠性传动装置之间提供至少一些隔离。当增压器的惯量导致沿相反的 方向上传递扭矩时，诸如当发动;W艮快减速时，轮盘40将相对于轴毂24 回转，从而使其间有弹性构件88的止动表面76和84开始接触，不仅吸收 了发生在止动表面76和84之间的任何碰撞，而且限制了轮盘40进一步的转动。
因此，当在挠性传动装置与诸如交流电动机起动机或增压器等安装有
隔离器20的设备之间沿一个方向传递扭矩时，隔离器20如基本上常规的 隔离器那样工作，当在设备与挠性传动装置之间沿相反方向传递量值巨大 的扭矩时，隔离器20如整体皮带轮那样工作。
图6显示了才艮据本发明的另一种单向隔离器100的实施方式。隔离器 100包括轴毂104，其能够安装到诸如交流发电机起动机、增压器或空调压 缩机等设备(未示出)的传动轴上。
在图示的实施方式中，轴毂104具有锥形部(类似于隔离器20的锥形 部28)，该锥形部能够接收锥形轴套108，其由螺母112驱使ii^锥形部， 该螺母112与设备的安装有隔离器的输入轴末端上的螺紋部相掩^。锥形 轴套108因此与输入轴形成过盈配合，将隔离器100锁定到轴上。本领域 技术人员应当明白，本发明并不限于使用这种锥形的过盈连接，可使用任 何其它合适的将隔离器100连接到设备输入轴上的方法。
隔离器弹簧116的优选形式为簧圏的横截面是方形或矩形的螺旋弹 簧，该隔离器弹簧操作性地将轴毂104与皮带轮轮盘120连接。在图示的 实施方式中，轴毂104具有接收弹簧116的一端的螺旋槽124，并且^^盘 120具有类似的接收弹簧116的相反端的螺旋槽128。螺旋槽124和螺旋槽 128中每一个都设置有挡块表面，弹簧116的各端分别抵靠在该挡块表面 上，从而在正常操作中给轴毂104和轮盘120或自轴毂104和轮盘120弹 性地传递扭矩。
当弹簧116是螺旋弹簧或类似物，在该弹簧的各端优选形成有锁定结 构，从而当轮盘120旋转离开弹簧116的各端时，阻止弹簧116的各端从 各自的挡块表面脱离。在本实施方式中，通过在弹簧116的各端上形成径 向向内的小弯曲部，并在螺旋槽124和螺旋槽128中设置经压配合而接收 该小弯曲部的相应的曲部，这个锁定结构得以实现。由此，由弹簧116相 对于螺旋槽124和128的运动而导致的不希望的磨损和/或机械噪音得以避 免。虽然隔离器弹簧116目前的优选形式为螺旋弹簧，但是本发明并不限 于此，可以使用本领域技术人员能想到的任何合适的弹簧机构，包括由橡 胶或其它弹性材料制成的弹簧和/或具有非方形横截面的簧圏的螺旋弹簧。
本领域技术人员应当明白，通过设置螺旋槽124和128，弹簧116能 够接纳在轴毂104和轮盘120中而无需对弹簧116的任一端进行研磨和/ 或压平，因此避免了进一步加工工序的费用。然而，如果想要减小隔离器 100的整体高度，或者如果弹簧116不是螺旋弹簧，可以省去螺旋槽124 和128。在这种情形下，如果弹簧116是螺旋弹簧，可以对弹簧116的各 端进行研磨以使它们轴向扁平，并减小螺旋弹簧的堆积高度。
在轴毂104与轮盘120之间设置有轴套132,从而允许轮盘120在轴 毂104上转动。轴套132可以是任何合适的轴套并且，在图示的实施方式 中，轴套132是其上施加有适当的抗磨表面的有裂口的圆柱形钢套。
隔离器100的后端还包括诸如O形环136等的密封件，从而阻止水、 灰尘或其它异物进入轴套132的表面和/或隔离器100。
最佳如图6所见，在轴毂104的前部"&置有至少一个挡块140，在图 示的实施方式中，设有三个等间距轴向延伸的挡块140。轮盘120上以诸 如铆接等任何适当的方式安装有前板144，该前板144与轮盘120 —起转 动。前板144充当来自弹簧116的轴向弹性负载的推力面并且i殳置有至少 一个轴向延伸的挡块148。
特别地，最佳如图7所见，前板144在其内表面上具有至少一个挡块 148，并且在图示的实施方式中，设有三个挡块148。优选地， 一组挡块140 或一组挡块148中的至少一个设置有诸如Arnitel (美国，埃文斯维尔市 的DSM工程塑料^^司出售)等弹性材料涂层。
在操作中， 一旦将隔离器100安装到设备的输入轴上，弹簧116将扭 矩从挠性传动装置弹性地传递至设备。当扭矩从设备沿相反的方向传递至 挠性传动装置时，挡块140和148将相对于彼此转动直到抵靠在一起，并 且隔离器IOO将充当沿该方向直接传递扭矩的整体皮带轮。
在隔离器100的本实施方式中，对弹簧36的长度以及螺旋槽124和128进行选择，使得当隔离器100充当隔离器时，在空载状态下，挡块140 定位于从挡块148沿单向隔离器100充当隔离器时的转动方向转动大约60 度处，从而在预期的操作状态下提供足够的行程以阻止挡块之间的接触， 并且自挡块148沿单向隔离器100充当整体皮带轮的方向转动大约10度。 在隔离器100充当小负载状态下的隔离器时，大约10度的间隔用于阻止挡 块之间不希望的接触，此时轮盘120可以沿这个方向小范围转动。
本领域技术人员应当明白，当隔离器100充当整体皮带轮时，对挡块 140和148的数量进行选择以适于传递预期的扭矩负载。然而，还应当明 白，数量较多的挡块会减少轴毂104相对于轮盘120经由弹簧116提供隔 离的转动范围。因此，所期望的是在能够安全传递预期的最大扭矩的前提 下设置最少数量的挡块。
上面所述的发明的实施方式是用作本发明的示例，本领域技术人员在 不脱离所附权利要求单独限定的发明范围的情况下可以对其进行更换和 改型。
权利要求
1、一种在挠性传动装置与设备之间传递扭矩的单向隔离器，包括轴毂，用于安装到设备输入轴上，所述轴毂具有至少一个挡块构件；轮盘，其可旋转地安装到轴毂，并具有至少一个挡块构件；弹簧，其具有与所述轴毂接合的第一端和与所述轮盘接合的第二端，用来将所述轴毂与所述轮盘弹性地联接在一起；其中，当从所述轴毂向所述挠性传动装置沿第一方向传递扭矩时，所述轴毂的所述至少一个挡块构件抵靠所述轮盘的所述至少一个挡块构件，从而大致通过所述各个挡块构件的接合来传递扭矩，以及，当从所述挠性传动装置向所述轴毂沿相反方向传递扭矩时，所述轮盘相对于所述轴毂转动，使得所述轴毂的所述至少一个挡块构件与所述轮盘的所述至少一个挡块构件脱离接合，从而通过所述弹簧弹性地传递扭矩。
2、 根据^'J^求1所述的单向隔离器，其中隔离器进一步包括位于所i^ 毂的所述至少 一个挡块构件与所述轮盘的所述至少 一个挡块构件之间的 弹性部件。
3、 #^^>溪求2所述的单向隔离器，其中所述^it通过至少一个轴承可 旋转地安装到轴毂上。
4、 才艮椐;^'JJ^求3所述的单向隔离器，其中所述至少一个轴承是轴套。
5、 才N^U，决求4所述的单向隔离器，进一步包括可旋转膽所^^盘安 装到所述轴毂上的滚动轴承。
6、 #^^，要求1所述的单向隔离器，其中所述轴毂具有接收所述弹簧 的第一端的螺旋槽。
7、 ##^，漆求6所述的单向隔离器，其中所述轮盘具有接收所述弹簧 的第二端的螺旋槽。
8、 才^&;M'J要求7所述的单向隔离器，其中所述至少一个挡块构件径向 延伸。
9、 才IL^^，涹求8所述的单向隔离器，其中所述隔离器进一步包括位于所 述轴毂的所述至少一个挡块构件与所述轮盘的所述至少一个挡块构件之间 的弹性构件。
10、 ##;^，要求7所述的单向隔离器，其中所赶少一个挡块构件轴向 延伸。
11、 才Nt权矛漆求io所述的单向隔离器，其中所赶少一个挡块构件涂 有弹性材料。
12、 才M^U，漆求11所述的单向隔离器，其中所^^盘具有齡到其上 的面板，所述至少一个挡块构件位于所述面板上。
13、 根据^'决求1所述的单向隔离器，其中所述轴毂具有至少两个挡块 构件并且所述轮盘具有相应数量的挡块构件，当从所述轴毂向所述l^盘传 递扭矩时，所述轴毂的各个挡块构件与所述轮盘的相应的挡块构件相接 合。
14、 才H^^，J要求13所述的单向隔离器，其中当从所述轮盘向所述轴毂 传递扭矩时，所述轴毂的各个挡块构件相对于所述^^盘的相应的挡块构件 转动。
15、 才N^M，JJ^求14所述的单向隔离器，其中所述隔离器进一步包括位于 所述轴毂的所述至少两个挡块构件与所述轮盘的所述至少两个挡块构件之 间的弹性构件。
16、 才N^权矛虔求15所述的单向隔离器，其中所述轴毂具有接收所述弹 簧的第一端的螺旋槽，所i^盘具有接收所述弹簧的第二端的螺旋槽。
17、 根据权矛溪求14所述的单向隔离器，其中所述至少两个挡块构件涂 有弹性材料。
18、 才Nt;M，虔求17所述的单向隔离器，其中所述轴毂具有接收所述弹 簧的第一端的螺旋槽，所述轮盘具有接收弹簧的第二端的螺旋槽。
19、 才^t权矛漆求18所述的单向隔离器，其中所述轮盘具有接合到其上 的面板，所述至少两个挡块构件在所述面板上径向延伸。
20、 才^IWJ^求19所述的单向隔离器，其中所述轴毂具有配置为以过 盈配合方式接收所述设备的输入轴的锥形部。
21、 根据^U'虔求20所述的单向隔离器，其中所述^^盘通过轴套可旋转 地安装到所述轴毂上。
全文摘要
一种用于诸如交流发电机起动机等由挠性传动装置驱动的大扭矩设备的单向隔离器，具有轴毂和轮盘，该轴毂和轮盘都具有至少一个挡块构件。轴毂和轮盘通过隔离弹簧连结，而且当从挠性传动装置向设备传递扭矩时，该轴毂和轮盘经由轴承和/或轴套能够相对于彼此旋转，从而通过弹簧提供对扭矩变化的隔离。当从设备向挠性传动装置传递相应量值的扭矩时，轮盘相对于轴毂转动，从而使挡块构件开始接触，于是使得隔离器像整体皮带轮那样发挥作用，以便于来自设备的扭矩的传递。
文档编号F16H55/36GK101432541SQ200780015016
公开日2009年5月13日 申请日期2007年4月26日 优先权日2006年4月26日
发明者特雷弗·S·史密斯, 约翰·R·安特恰克, 詹姆斯·W·德尔 申请人:利滕斯汽车合伙公司