专利名称：具有限定的超越能力的去耦器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种去耦器组件，并且更具体地涉及一种用于交流发电机的去耦器组件。
背景技术：
已知在由车辆中的发动机通过带驱动的、例如为交流发电机的附件上设置有去耦机构。这种可称为去耦器的去耦机构允许相关联的附件以与带的速度不同的速度暂时运转。例如，当带在其行进并驱动交流发电机轴旋转时突然停止时，去耦器允许交流发电机轴因惯性继续暂时旋转，直到去耦器因阻力而减速到停下来，因此减少了交流发电机轴上的压力。作为另一示例，即便来自发动机的曲轴经历了与活塞运动相关联的减速和加速周期，去耦器仍然允许交流发电机轴以相对稳定的速度旋转。
这种去耦器是车辆动力传动系的有价值的补充。但是，因各种原因，它可能制造成本高。一个抬高其成本的示例是其所包括的带轮。在某些去耦器中，带轮通常由钢制成，这是由于带轮与去耦器中的卷绕弹簧接合。带轮可能需要因外观原因而上涂层。但是带轮的内表面加工成含有具有非常严格的公差的选定尺寸，从而提供其与卷绕弹簧的接合的可预测性。因此，通常具有相对较高的厚度可变形的涂层通常不能应用到带轮的与卷绕弹簧接合的内表面。因此，使得上涂层的过程相比于其它方法更加困难和昂贵。此外，涂层本身可能易出现刮擦，这可能导致去耦器整体经检验而报废。
当具有卷绕弹簧的去耦器与车辆上的BAS (带式交流发电机起动(Belt-Alternator-Start))系统结合使用时，出现了其它问题。在这种系统中，交流发电机作为马达被驱动，并且用于驱动带，使得带驱动发动机的曲轴，从而起动发动机。但是卷绕弹簧阻止交流发动机轴驱动带轮，并且因此已经建议使用单独的电动离合器来克服这个问题。但是这种离合器昂贵且复杂。
仍然需要减少去耦器的成本、改进去耦器的运转寿命、减少去耦器的复杂性并且简化去耦器的制造。因此提供应对一个或多个这种持续的需要的去耦器将是有益的。发明内容
在第一方面中，本发明针对一种用于在例如为交流发电机轴的旋转构件与用于驱动旋转构件的带或其它环状驱动构件之间使用的去耦器组件。去耦器组件包括带轮、毂以及优选为螺旋扭簧的隔离弹簧。弹簧的两端能够至少间接地与带轮和毂接合，从而在带轮与毂之间传递扭矩。弹簧的至少一端与包括螺旋形轴向肩部和驱动器壁的接合结构(在带轮或毂的任一者上)接合。弹簧在穿过驱动器壁的一个方向上传递扭矩(例如当带轮超越毂时)，但是弹簧端未固定地连接到驱动器壁。因此，当毂超越带轮时，在弹簧与其未固定地连接到的毂和带轮二者之间存在相对旋转。因此，在弹簧端与接合结构(也就是螺旋形轴向肩部和驱动器壁)之间存在相对旋转。这导致了弹簧端与驱动器壁分离并且绷紧螺旋形轴向肩部。这导致了弹簧轴向压缩。弹簧的线圈具有选定的空间量，使得弹簧能够以选定的量轴向压缩。这设定了带轮与毂之间在此情况下(例如在毂超越带轮的情况下)有效的相对旋转量(因此以及超越量)。
在第一方面的特定实施方式中，本发明针对一种用于在轴与环状启动构件之间传递扭矩的去耦器组件。去耦器组件包括毂、带轮、螺旋形扭簧、第一接合结构以及第二接合结构，其中毂适于联接到轴，使得轴与毂围绕旋转轴线共同旋转；带轮可旋转地联接到毂，并且具有适于与环状驱动构件接合的外周边；螺旋形扭簧与旋转轴线同心，并且具有第一轴向面和第二轴向面，并且具有由多个间隙间隔开的多个线圈；第一接合结构在扭簧与毂和带轮中的一者之间定位；第二接合结构在扭簧与毂和带轮中的另一者之间定位。第一接合结构包括用于与扭簧的第一轴向面接合的螺旋形第一轴向肩部。第二接合结构包括能够与扭簧的第二轴向面接合的第二轴向肩部。带轮相对于毂在第一旋转方向上的旋转通过扭簧驱动了毂的旋转。毂相对于带轮在第一方向上的旋转产生了扭簧与螺旋形第一轴向肩部的相对旋转，这导致了扭簧在第一轴向肩部与第二轴向肩部之间的压缩，其中多个间隙定径成提供扭簧的选定的轴向压缩量。
去耦器组件可以用作用于车辆的BAS (带式交流发电机起动(Belt-Alternator-Start))系统的一部分。在一种实施方式中，车辆包括发动机,所述发动机包括曲轴、曲轴带轮以及与曲轴带轮和交流发电机接合的带。BAS系统包括能够安装到交流发电机的轴的去耦器组件。去耦器组件包括毂、带轮、螺旋形扭簧、第一接合结构以及第二接合结构，其中毂适于联接到轴，使得轴与毂围绕旋转轴线共同旋转；带轮可旋转地联接到毂，并且具有适于与环状驱动构件接合的外周边；螺旋形扭簧与旋转轴线同心，并且具有第一轴向面和第二轴向面，并且具有由多个间隙间隔开的多个线圈；第一接合结构在扭簧与毂和带轮中的一者之间定位；第二接合结构在扭簧与毂和带轮中的另一者之间定位。第一接合结构包括用于与扭簧的第一轴向面接合的螺旋形第一轴向肩部。第二接合结构包括能够与扭簧的第二轴向面接合的第二轴向肩部。带轮相对于毂在第一旋转方向上的旋转通过扭簧驱动了毂的旋转。毂相对于带轮在第一方向上的旋转产生了扭簧与螺旋形第一轴向肩部的相对旋转，这导致了扭簧在第一轴向肩部与第二轴向肩部之间的压缩，其中多个间隙定径成提供扭簧的选定的轴向压缩量。扭簧的选定的压缩量，当毂相对于带轮小于360度旋转时，达到了扭簧的选定的压缩量。
现在将参照附图仅通过示例的方式来描述本发明，附图中:
图1是根据本发明的实施方式的具有附件传动带、多个附件以及去耦器组件的发动机的正视图2是图1中示出的去耦器组件的分解立体图3是图1示出的去耦器组件的剖视侧视图4a是图1中示出的去耦器组件的一部分在带轮超越去耦器组件的毂的状态下的侧视图4b是图4a中示出的离合器组件的一部分在毂超越皮去耦器组件的带轮的状态下的侧视图5a是根据本发明的替代实施方式的去耦器组件的分解立体图5b是图5a中示出的去耦器组件的剖视侧视图5c是作为图5a中示出的去耦器组件的一部分的套筒的立体图5d是图5b中示出的离合器组件的剖视端视图6a是示出了现有技术的隔离器组件对变化扭矩的响应的图6b是示出了根据本发明的替代实施方式的去耦器组件对变化扭矩的响应的图7a_7g是示出了在现有技术的具有卷绕弹簧的去耦器组件上以及在根据本发明的实施方式的去耦器组件上进行的测试和测试结果的曲线图8a是根据本发明的替代实施方式的去耦器组件的分解立体图8b是图8a中示出的去耦器组件的剖视侧视图9是用于与根据本发明的替代实施方式的去耦器组件一起使用的筒件的剖视侧视图10是用于与根据本发明的替代实施方式的去耦器组件一起使用的筒件的剖视侧视图11是用于与忽然那句本发明的替代实施方式的去耦器组件一起使用的筒件的剖视侧视图1la是图11中示出的筒件的细节的立体图12是根据本发明的替代实施方式的去耦器组件的剖视侧视图；以及
图12a是图12中示出的去耦器组件的细节的立体图。
具体实施方式
参照图1，其示出了用于车辆的发动机10。发动机10包括驱动环状传动元件的曲轴12，其中环状传动元件可以例如为带14。发动机10经由带14驱动多个例如为交流发电机和压缩机的附件16 (以虚线示出)。每个附件16包括上面具有由带驱动的带轮13的输入传动轴15。去耦器组件20代替带轮设置在带14与任一个或多个带传动附件16的输入轴15之间。去耦器组件20在带14与轴15之间传递扭矩，但是当带14相对于轴15减速时，去耦器组件20使轴15与带14自动去耦。此外，去耦器组件20允许带14的速度相对于轴15的速度震荡。因此，由曲轴速度的震荡(活塞内燃发动机的固有特性)所导致的带速度的震荡通过去耦器组件20减轻，并且因此，减少了原本会由轴15和部件16引起的压力。
参照图2和3，去耦器组件20包括毂22、带轮24、第一支承构件26、第二支承构件27以及隔离弹簧28。
毂22可以适于以任何适当的方式安装到附件轴15 (图1)。例如，毂22可以具有贯穿其中的轴安装孔口 36，轴安装孔口 36用于将毂22安装到轴15的端部从而使毂22与轴15围绕轴线A共同旋转。
带轮24可旋转地连接到毂22。带轮24具有构造成与带14接合的外表面40。外表面40示出为具有凹槽42。因此带14可以是多V形带。但是应当理解，带24的外表面40可以具有任何其它合适的结构，并且带14不需要是多V形带。例如，带轮24可以具有单个凹槽并且带14可以是单V形带，或者带轮24可以具有用于与平坦的带14接合的大致平坦的部分。带轮24还包括内表面43。不同于现有技术的一些去耦器组件，带轮24的内表面43不与单向离合器弹簧接合，并且因此带轮24不需要由抵抗来自这种离合器弹簧的磨损和损耗的材料制成。因此带轮24可以由任何合适的材料——例如比如酚醛类型的聚合材料或者达到50%的玻璃纤维强化尼龙-6——制成。因此，带轮可以注塑成型，并且可以容易地具有设置于其上的任何合适的保护层。此外，材料可以具有选定的颜色，使得出于外观目的，带轮为选定的颜色，而无需涂料。涂料或一些类似的涂层需要用于金属带轮，但是其易受刮擦，这可能使下方的基部材料露出，从而导致在检验过程期间组件报废。但是即便聚合带轮受刮擦，其仍然保留相同的颜色，这是由于颜色在聚合带轮各处延伸，因此使其不易因受刮擦而报废。这种降低了的报废可能性降低了制造带轮的整体平均成本。此外，由于较低的材料成本、涂层步骤的省略，使得聚合带轮24相比于被涂层的钢皮带轮的制造成本显著降低。此外，由于带轮24未与卷绕弹簧接合，因此带轮24的内表面43不需要以严格的公差而形成。相反地，现有技术的直接接合离合器弹簧的带轮在一些情况下可能需要对与离合器弹簧接合的带轮内表面进行严格的尺寸控制，使得离合器弹簧如预期地工作。
然而带轮24可以由例如为钢或铝的金属材料制成。但是即便在带轮由钢制成的情况下，带轮24可以比一些现有技术的用在去耦器组件中的带轮成本更低。例如，在必要时，带轮24可以由纺织和成形过程制成，从而实现带轮成形。这例如美国专利N0.4，273，547中描述的带轮。
无论是由聚合材料或是由金属材料制成，带轮24可以比一些现有技术的带轮更轻，这是由于带轮24不需要承受与卷绕弹簧的接合相关联的压力。此外，不需要具有与一些现有技术的带轮相关联的严格公差，并且因此壁厚等可以以轻便的目的来选择，并且更少地强调确保提供其内表面上的严格公差的能力。这种减轻的重量转化成降低的旋转惯性，这导致了与其旋转相关联的能量消耗的减少。这转化成排放降低和/或使用带轮24的车辆的燃油经济性提高。
第一支承构件26在带轮24的第一(近侧)轴向端44处的毂22上可旋转地支撑带轮24。第一支承构件26可以是例如衬套的任何适当类型的支承构件。在第一支承构件26是衬套的情况下，其可以由尼龙-4-6制成；或者对于一些应用，其可以是由美国密歇根轴伯明翰市的DSM制造的PX9A ;或是一些其他适当的聚合材料，并且在设置模制带轮的实施方式中可以在二步模制过程中直接模制在带轮24上。在这种情况下，轴承可以插入模制腔并且带轮24可以模制在轴承26上。可以设置金属(例如青铜)衬套来代替聚合衬套，其中金属衬套可以为了带轮模制过程而以与上述轴承相同的方式插入到模制腔中。第一支承构件26可以替代地为轴承(例如球轴承或滚子轴承)。
第二支承构件27定位在带轮24的第二 (远侧)轴向端46，从而能够在毂22的带轮支撑表面48上旋转地支撑带轮24。第二支承构件27可以是任何适当类型的支承构件，例如为球轴承、滚子轴承或衬套。
隔离弹簧28设置成调节带14相对于轴15的速度的震荡。隔离弹簧28可以是具有第一螺旋形端部50和第一螺旋形轴向面63的螺旋形扭簧，其中第一螺旋形端部50抵靠径向延伸的驱动器壁52 (图4a)，第一螺旋形轴向面63与毂22上的第一螺旋形轴向肩部51接合(图4a和4b)。隔离弹簧28具有第二螺旋形端部53 (图3)和第二螺旋形轴向面65，其中第二螺旋形端部53 (图3)与带轮24上的径向延伸的驱动器壁54接合，第二螺旋形轴向面65与第二螺旋形轴向肩部67接合。
在所示实施方式中，隔离弹簧28具有多个在第一端部50与第二端部53之间的簧圈58。簧圈58优选为通过多个间隙69间隔开(图4a)，并且隔离弹簧28优选为按照选定量轴向压缩，从而确保弹簧28的第一螺旋形端部50和第二螺旋形端部53分别通过驱动器壁52和54抵靠螺旋形轴向肩部51。
第一螺旋形轴向肩部51和第一驱动器壁52可以一起称为第一接合结构。第二螺旋形轴向肩部67和第二驱动器壁54可以一起称为第二接合结构。
带轮24在第一旋转方向上相对于毂22的旋转通过扭簧28驱动了毂22的旋转。毂22在第一方向上相对于带轮24的旋转产生了扭簧28与螺旋形第一轴向肩部51之间的相对旋转，这导致了扭簧28在第一轴向肩部51与第二轴向肩部67之间的轴向压缩。多个间隙69尺寸确定成当去耦器组件20处于静止状态时提供扭簧28的选定的轴向压缩量。
隔离弹簧28可以由任何适当的材料一例如适当的弹簧钢一制成。隔离弹簧28可以具有任何适当的横截面形状。在附图中，隔离弹簧28示出为具有矩形横截面形状，这位隔离弹簧28提供了对于给定的占用体积的相对扭转阻力(也就是回弹率)。适当的回弹率可以由其它的横截面-例如圆形横截面形状或正方形横截面形状-来获得。这在以下方面是有利的:相比于由具有矩形横截面的金属线制成的弹簧，这可以降低隔离弹簧的成本。
在使用期间，当带轮24由带14驱动时，带轮24通过扭簧28与第一驱动器壁52和第二驱动器壁54的接合来驱动交流发电机轴(或其它附件的轴)的旋转。在例如为发动机停止的瞬态事件期间，带轮24将通过带14而停止，但是交流发电机轴15将继续转动一小段时间。如图4a和4b所示，毂22将会与轴15 —起旋转，这将导致第一驱动器壁52远离弹簧28的端部50。但是螺旋形轴向面51仍然与毂22 —起旋转，并且随着其旋转，螺旋形轴向面51轴向靠近地推动弹簧28的轴向面63 (图4b)，从而轴向压缩弹簧28。这种压缩继续进行，直到以下任一情况发生:由于摩擦力使得轴15停止旋转；或者毂22旋转足够远以驱动弹簧28的轴向压缩，直到簧圈58全部彼此接触，此时弹簧锁定(也就是不能进一步轴向压缩)并且不再允许毂22进一步超越带轮24。在图4a和4b示出的实施方式中，在毂22和带轮24之间存在弹簧28锁住的选定的相对角度。这意味着去耦器20提供毂22相对于带轮24的小于360度的相对运动。但是基于间隙69的尺寸，可以选定弹簧锁住之前的特定的有效相对运动量。特别地，有效相对运动量可以选定成超过所需的用于大多数情况的量。已经确定，在许多情况下，在去耦器中的毂与带轮之间具有小于70度的相对运动。因此，如果有效相对运动量选定成大于约70度，那么之后可以通过去耦器20来处理许多情况。应当注意到，弹簧锁住之前的相对运动量可以选定成直到360度的任何量，或者在一些实施方式中甚至更多。在一种特定实施方式中，有效的相对运动量小于约360度,并且优选为小于约350度。
间隙69的尺寸可以选定成具有足够的缝隙，从而即便毂22相对于带轮24具有完全的360度的相对运动，仍然能够防止弹簧28被锁住。
参照图5a和5b，其示出了与去耦器组件20类似的去耦器组件129，但是去耦器组件129包括用于衰减通过弹簧28传递(例如从带轮24传递到毂22)的震荡的装置，并且还包括用于限制弹簧28在其自身上需要处理的扭矩的量的装置。在图5a和5b中示出的实施方式中，在弹簧28与带轮24之间设置由单独的承载件130。承载件130可以由例如聚合材料的任何适当的材料制成。承载件130通过键、压合部、花键或任何其它适当的结构可以能够旋转地固定地连接到带轮24。在图5d中，与带轮24 —体的键131示出为与承载件130中的键槽133接合。承载件130上可以具有第二接合结构。在使用期间，随着弹簧28扩大，弹簧28可能充分扩大从而摩擦承载件130上的衰减表面132。当发生这种情况时，在弹簧28与带轮24之间的速度存在差异时发生一些衰减。
图5a、5b和5c还示出了套筒134。套筒134可以与带轮24的内表面接触，但是不与带轮24的内表面连接(也就是套筒134可以是能够相对于带轮24运动)。套筒134可以具有任何适当的结构。例如，在所示的实施方式中，如图5c所示，套筒134是近于完整的圆筒形。在另一种实施方式中，套筒134可以成形为类似于卷簧。然而在另一种实施方式中，套筒134可以是完整圆筒的形式。套筒134围绕弹簧28并且限制弹簧28的有效的径向扩大量。如果足够大的扭矩通过弹簧28施加，那么弹簧28将充分扩大从而与套筒134接合。如图5a和5b所示，套筒134与带轮24的内表面接合，并且因此一旦弹簧28与套筒134接合，则弹簧28不能进一步径向扩大。之后通过弹簧28施加的任何更大的扭矩由套筒134支撑。在此方式中，套筒134限制了弹簧28需要应对的在其自身上的扭矩的量。此外，弹簧28与套筒134的接合以及套筒134与带轮28的内表面的接合起到衰减通过弹簧28传送的震荡的作用。套筒134可以由例如塑料材料(比如尼龙)或金属(比如钢)的任何适当的材料制成。在设置有套筒134的实施方式中，套筒134可在承载件与毂22上的类似部分136之间简单地轴向“浮动”。
如图5a和5b所示，去耦器组件129还包括俘获支承构件27的固位体138。而且，如图5a和5b所示，支承构件26示出为在带轮24与毂22之间径向定位并且还在带轮24与承载件130之间径向定位的衬套140。
参照图8a和Sb，其示出了根据本发明的另一实施方式的去耦器组件150，该去耦器组件150可以与去耦器组件120类似，但是其包括另外的用于衰减震荡的装置。在去耦器组件150中，支承构件27为衬套152而非球轴承。衬套152径向定位在毂22与带轮24之间，并且还轴向定位在毂22的远端与以154示出的固位体之间。相比于去耦器组件129中所提供的衰减，衬套152对去耦器组件150提供额外的衰减。
参照图9，其示出了可以在去耦器组件的组装期间使用的筒件160。筒件160可以由与带轮相关联的承载件162、套筒164以及与毂相关联的承载件166构成。通过机器人或通过组装线工人，可以将三个部件162、164以及166组装在一起并且保持在一起，使得弹簧28(该图中未示出)被俘获在三个部件162、164以及166中，并且可以将三个部件162、164以及166全部一起安装到以168示出的毂上。与毂相关联的承载件166可以坐置在毂168上的支撑表面170上。可以设置有在支撑表面170中的键槽(与图5d示出的键槽类似)中延伸的键。在带轮24与承载件162之间可以设置有类似装置。可以设置有用于支撑在毂上的带轮24的支承构件，但是该支承构件未示出。
参照图10，其示出了可以与筒件160类似的筒件180，但是筒件180仅包括两个部件:与带轮相关联的承载件182和与毂相关联的承载件184，其中与带轮相关联的承载件182可以用键固定到例如带轮24，与毂相关联的承载件184包括以186示出的套筒部分，该套筒部分可以用键固定到以188示出的毂的支撑表面189。可以设置有用于支撑在毂上的带轮24的支承构件，但是该支承构件未示出。
参照图11，其示出了与筒件180类似的筒件190，但是分别以192和194示出的与毂相关联的承载件和与带轮相关联的承载件通过以196示出的夹具连接装置或类似装置连接在一起。在去耦器组件的制造期间，通过组装线工人或通过机器人使夹具连接装置196将筒件190保持在一起，从而易于运送和处理。一旦筒件190安装到以198示出的毂，与带轮相关联的承载件192和与毂相关联的承载件194可以通过适当的装置彼此分开。例如图1la所示，两个承载件192和194相对于彼此的旋转可以使以200和202示出的两个夹具元件分开滑动，使得两个夹具元件不再交叠，这允许了弹簧28推动两个承载件192和194分开(当两个承载件192和194夹在一起时，弹簧28可处于压缩状态)。在使用期间，两个承载件192和194将会充分地保持分离，使得它们不会有任何重新结合在一起的巨大风险。可以设置有用于支撑在毂上的带轮24的支承构件，但是该支承构件未示出。
参照图12，其示出了根据本发明的另一实施方式的去耦器组件210。在去耦器组件210中，第一接合结构包括在以214示出的毂上的螺旋形轴向肩部212，螺旋形轴向肩部212与同毂相关联的承载件218的第一轴向端216接合。承载件21与弹簧28接合，从而与弹簧28共同旋转。在图12a中以220示出的、在毂214上的驱动器壁与承载件218上的相对应的壁222接合。当毂214超越带轮24时，毂214 (以及因此螺旋形轴向肩部212)相对于承载件218的相对旋转轴向地压缩弹簧28 (该图中未示出)，从而允许以与本文其它部分所述的超越类似的方式超越。套筒以224示出，并且与带轮相关联的承载件以226示出。可以设置有用于支撑在毂上的带轮24的支承构件，但是该支承构件未示出。
在使用根据至少某些上述实施方式的去耦器组件期间，可以见到，衰减力(也就是摩擦力)至少部分地取决于由弹簧28施加的轴向力。在这些实施方式中，随着弹簧28通过第一接合表面的旋转而被轴向压缩，由弹簧28施加的轴向力增加并且因此由去耦器组件提供的衰减力增加。
已经描述了由承载件与同毂相关联的摩擦表面结合来提供的衰减。应当注意到，一些衰减或基本上全部衰减可以与设置在带轮上或与带轮相关联的摩擦表面结合来提供。
如已经示出并描述的，在一些实施方式中，第一接合结构和第二接合结构二者均包括驱动器壁和螺旋形轴向肩部，使得弹簧28没有在任一端处固定地连接到毂或带轮。但是替代地，能够将弹簧28的一端固定地连接到带轮或连接到毂，并且使弹簧的另一端没有固定地连接到毂或带轮的另一者。弹簧28未连接的一端可以在毂上，或者其可以在带轮上。
在现有技术的典型的(非超越的)隔离器中，扭簧的第一端部和第二端部二者均分别固定地连接到毂和带轮(通过被弯曲，从而形成于毂和带轮中的沟槽接合的柄脚)。图6a示出了这种现有技术的隔离器的响应曲线70。如图可见，曲线70的第一部分72示出了毂与带轮之间的相对角度与通过扭簧传递的扭矩之间的线性关系。例如当带轮驱动毂时，由带轮通过弹簧施加到毂的扭矩可以被视为正向的并且与该扭矩相关联的角度变化可以被视为正向的。随着扭矩增加，相对角度相应的线性增加。
在图6a中建模的隔离器中设置有套筒，套筒提供对扭簧在使用期间能够承受的最大径向扩大量的限制。曲线的以74示出的第二部分示出了当弹簧扩大并且由套筒限制时所发生的情况。如图可见，扭矩近于竖直地增加，同时毂与带轮的相对角度基本没有变化。如曲线部分76中可见，随着传递的扭矩减小，相对角度减小，这基本上与第二曲线部分74成镜像。一旦弹簧从套筒处向内拉动远离套筒，毂与带轮之间相对角度的减小相对呈线性，并且与第一曲线部分72平行。如在78处可见的，当毂驱动带轮时(例如当毂在发动机关闭期间拉动带轮旋转时)，弹簧的两端运动经过静止位置，并且从被毂和带轮朝向彼此推动转变到被毂和带轮被拉动远离彼此(这被视为负向角度变化)。但是在这种转变期间，在曲线中可以观察到尖峰脉冲。该尖峰脉冲的发生是由于弹簧两端在沟槽中从被推动调节到被拉动。在使用隔离器期间，重复通过坐标图的该区域最终可能产生弹簧、毂和/或带轮的噪音和/或屈曲和失效。可以看到，类似的转变区域80可以存在于曲线的示出了从毂拉动带轮到带轮推动毂的转换的部分上，这在此导致了弹簧、毂和/或带轮在使用期间的磨损、噪音以及断裂。
总而言之，使弹簧的两端固定地连接到毂和带轮的隔离器通过套筒而极大地受益，这是由于套筒有助于增加弹簧的工作寿命。更具体地，当弹簧径向扩大时(也就是当传递扭矩时)，弹簧的在适当位置固定的两端受压。从夫挤压两端最终可能导致这些点处的弹簧由于疲劳而断裂。套筒通过限制弹簧能够径向扩大的量而改进了这种情况，但是这限制了弹簧能够提供的隔离的量。相反地，本文中所示出的并描述的至少某些实施方式中的弹簧28的两端没有固定地连接到毂和带轮。因此，弹簧28没有受到这些上述的压力。因此，弹簧28可以在没有套筒的情况下工作(从而在提供隔离的同时具有其能够应对的更大范围的扭矩)，而在此方式中在弹簧28的两端处没有疲劳和断裂的风险。如果设置有套筒(例如如图5a-5c所示)，则套筒可以与弹簧28具有的间距相比与以上描述的现有技术的隔离器中的弹簧由于疲劳和断裂的风险所应用的间距而言更大。
图6b示出了曲线81，曲线81示出了去耦器20在使用期间(没有套筒)的响应。曲线的以82和88示出的第一部分可以与图6a中的曲线70上的部分72和78极为类似。如图可见，随着曲线从带轮驱动毂的情况转换(在区域90处)到毂超越带轮的情况，之后曲线水平延伸，这示出了存在没有扭矩传递(在部分92处)的角度移位。这示出了第一弹簧端部50已经与驱动壁52分开的情况。最后，如果超越足够长地延伸，则毂和带轮将到达弹簧28锁住(也就是簧圈58之间没 有保留的间隙)的相对角度，并且如曲线94处可见，扭矩将会增力口 (在负方向)，同时相对角度基本没有变化。如曲线81中可见，随着弹簧在毂超越带轮的状态与带轮超越毂的状态之间转换，没有发生尖峰脉冲，这是由于弹簧的至少一端没有固定地连接到其能够与之接合的毂或带轮。
图7a至7g示出了去耦器20与现有技术的、包括单向卷绕弹簧离合器的去耦器的对照。图7a中的曲线图示出了在去耦器20和具有卷绕弹簧的去耦器上实施的稳态测试。在该测试中，正弦扭转振动施加到去耦器，其中如曲线93所示，施加的扭矩为2000牛.米+/-300牛 米，频率为21.7赫兹。图7b示出了现有技术的具有卷绕弹簧的去耦器的性能。以95示出的曲线为由带轮施加的扭矩。以96示出的曲线为施加到毂的扭矩。可以看到，毂处的扭矩按时间发生相移并且低于在带轮处施加的扭矩。图7c示出了去耦器组件20的性能。以98示出的曲线为由带轮24施加的扭矩。以100示出的曲线为施加到毂22的扭矩。可以看到，此处毂22处的扭矩也是按时间发生相移并且低于在带轮24处施加的扭矩。
图7d是示出了在发动机起动期间的第一类型的瞬态状态下现有技术的去耦器的性能。带轮的速度由曲线102表示，并且毂的速度由曲线104表示。如示例性区域106中可见，存在毂的速度大于带轮的速度(也就是毂超越带轮)的情况。图7e是去耦器20的模拟曲线图。带轮的速度曲线以108示出，并且毂的速度曲线以110示出。如示例性区域112中可见，此处在发动机起动期间，在某些点处毂也超越了带轮。图7f示出了现有技术的去耦器在发动机关闭的另一种瞬态状态期间的响应。带轮的速度和毂的速度分别由曲线114和116表示。可以看到，如区域118处示出的，卷绕弹簧允许毂相对于带轮的相对较长期间的超越(大约0.4秒)。图7g示出了在发动机关闭期间去耦器20的响应。带轮的速度和不顾的速度分别由曲线120和122表示。可以看到，在关闭期间，毂以更短的时间段重复超越带轮(在区域124处可见)，这在某种程度上与起动状态期间的性能成镜像。这可能在一些情况下允许因带一定程度的打滑而发出唧唧声(chirp)，然而在更多情况下防止了带的唧唧声，并且在任何情况下，无论是否存在带的唧唧声，相比于没有任何隔离或去耦的装置，在带轮、轴和带上的全部压力减小。此处描述的对于去耦器组件的特别有利的应用是作为用于发动机10的BAS(带式交流发电机起动(Belt-Alternator-Start))系统的一部分。BAS系统通过经由带使曲轴转向来起动发动机，来代替经由起动机马达使曲轴转向来起动发动机。带由交流发电机驱动，其中交流发电机驱动成临时作为马达运转。在这种情况下，现有技术的配备有单向卷绕弹簧离合器的去耦器是可用的，这是由于离合器会防止毂驱动带轮。为了克服这个问题，一些系统已经提出设置由电气致动的离合器，其中电气致动的离合器在毂必须驱动带轮的发动机起动期间被致动。这种装置可以运行，但是其可能相对昂贵、相对复杂并且可能占用许多车辆的已经较狭小的发动机机舱的相对较大的空间。相反地，此处描述的将弹簧在毂与带轮之间的相对旋转锁定在360度内会自动允许毂驱动带轮，并且因此不需要复杂并昂贵的电气致动离合器。可以看到，此处描述的去耦器组件提供一些超越能力，同时消除与与卷绕弹簧和与其相关联的精确加工的带轮的成本和复杂性。除了带轮的降低的制造成本之外，此处描述的去耦器组件还提供了其它优点。例如，在包括与带轮的内表面接合的卷绕弹簧的去耦器中，难以有效地改变设计以容置更大的带轮。如果带轮的内径变化，那么之后需要更换卷绕弹簧并且将潜在的需要重新认证该设计。如果即便带轮的外径增加，带轮的内径仍然没有变化，那么之后带轮变得不必要的过重。相反地，此处描述的去耦器组件不需要使用卷绕弹簧，并且因此，能够容易地容置外径和内径均增加的带轮。尽管以上描述构成了本发明的多个实施方式，应当了解，在不与所附权利要求的等同含义相背离的情况下，本发明容许其它修改和变化。附图中示出的元件表
权利要求
1.一种用于在轴与环状驱动构件之间传递扭矩的去耦器组件，所述去耦器组件包括: 毂，所述毂适于联接到所述轴，使得所述轴与所述毂围绕旋转轴线共同旋转； 带轮，所述带轮可旋转地联接到所述毂，所述带轮具有适于与所述环状驱动构件接合的外周边； 螺旋形扭簧，所述螺旋形扭簧与所述旋转轴线同心，所述螺旋形扭簧具有第一轴向面和第二轴向面并且具有由多个间隙间隔开的多个簧圈； 第一接合结构，所述第一接合结构定位在所述扭簧与所述毂和所述带轮中的一者之间，其中所述第一接合结构包括用于与所述扭簧的所述第一轴向面接合的螺旋形第一轴向肩部；以及 第二接合结构，所述第二接合结构定位在所述扭簧与所述毂和所述带轮中的另一者之间，其中所述第二接合结构包括能够与所述扭簧的所述第二轴向面接合的第二轴向肩部， 其中，所述带轮在第一旋转方向上相对于所述毂的旋转通过所述扭簧驱动所述毂旋转，并且其中所述毂在所述第一方向上相对于所述带轮的旋转产生所述扭簧与所述螺旋形第一轴向肩部之间的相对旋转，这导致所述扭簧在所述第一轴向肩部与所述第二轴向肩部之间的轴向压缩，其中所述多个间隙的尺寸设置成提供所述扭簧的选定的轴向压缩量。
2.根据权利要求1所述的去耦器组件，其中当所述毂相对于所述带轮的旋转小于360度时，达到所述扭簧的所述选定的压缩量。
3.根据权利要求1所述的去耦器组件，其中所述扭簧的所述选定的轴向压缩量在所述螺旋形第一轴向肩部处产生摩擦力的选定的增量。
4.根据权利要求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结构包括第一径向肩部并且所述第二接合结构包括第二径向肩部，其中所述第一和第二大致径向的肩部定位成在所述带轮在所述第一旋转方向上相对于所述毂旋转期间分别与所述第一和第二螺旋形端部至少间接地接合，并且其中在毂在所述第一旋转方向上相对于所述带轮旋转期间，所述第一径向肩部与所述第一螺旋形端部间隔开。
5.根据权利要求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，并且所述第一接合结构包括能够与所述弹簧的所述第一螺旋形端部接合的第一径向肩部，并且所述第二接合结构与所述弹簧的第二螺旋形端部旋转地固定连接。
6.根据权利要求1所述的去耦器，其中所述第一接合结构与所述带轮成一体，并且所述第二接合结构与所述毂成一体。
7.根据权利要求1所述的去耦器，其中所述第一接合结构与所述毂成一体，并且所述第二接合结构与所述带轮成一体。
8.根据权利要求1所述的去耦器，还包括定位在所述扭簧的所述第二螺旋形端部与所述毂和所述带轮中的所述另一者之间的承载件，其中所述第二接合结构与所述承载件成一体。
9.根据权利要求1所述的去耦器，还包括定位在所述带轮与所述毂之间的轴承。
10.根据权利要 求1所述的去耦器，还包括定位在所述带轮与所述毂之间的衬套。
11.根据权利要求1所述的去耦器，还包括径向地定位在所述扭簧外侧并且具有选定的摩擦系数的套筒。
12.根据权利要求1所述的去耦器，其中当所述毂相对于所述带轮的旋转大于约50度时，达到所述扭簧的所述选定的压缩量。
13.根据权利要求1所述的去耦器，其中当所述毂相对于所述带轮的旋转大于约70度时，达到所述扭簧的所述选定的压缩量。
14.根据权利要求1所述的去耦器，还包括定位在所述扭簧的所述第一螺旋形端部与所述毂和所述带轮中的所述一者之间的承载件，其中所述第一接合结构与所述承载件成一体。
15.根据权利要求1所述的去耦器，还包括: 第一承载件，所述第一承载件定位在所述扭簧的所述第一螺旋形端部与所述毂和所述带轮中的所述一者之间，以及 第二承载件，所述第二承载件定位在所述扭簧的所述第二螺旋形端部与所述毂和所述带轮中的所述另一者之间。
16.根据权利要求15所述的去耦器，其中所述第一承载件固定地安装到所述毂和所述带轮中的所述一者，并且所述第一接合结构与所述第一承载件成一体。
17.根据权利要求15所述的去耦器，其中所述第一承载件固定地安装到所述扭簧，并且所述第一承载件与所述螺旋形轴向第一肩部接合。
18.一种用于车辆的带式交流发电机起动系统，所述车辆包括发动机，所述发动机具有曲轴、并且具有曲轴带轮以及与所述曲轴带轮和交流发电机接合的带，所述带式交流发电机起动系统包括: 去耦器组件，所述去耦器组件能够安装到所述交流发电机的轴，并且其中所述去耦器组件包括: 毂，所述毂适于联接到所述轴，使得所述轴与所述毂围绕旋转轴线共同旋转； 带轮，所述带轮能够旋转地联接到所述毂，所述带轮具有适于与环状驱动构件接合的外周边； 螺旋形扭簧，所述螺旋形扭簧与所述旋转轴线同心、具有第一轴向面和第二轴向面并且具有由多个间隙间隔开的多个簧圈； 第一接合结构，所述第一接合结构定位在所述扭簧与所述毂和所述带轮中的一者之间，其中所述第一接合结构包括用于与所述扭簧的所述第一轴向面接合的螺旋形第一轴向肩部；以及 第二接合结构，所述第二接合结构定位在所述扭簧与所述毂和所述带轮中的另一者之间，其中所述第二接合结构包括能够与所述扭簧的所述第二轴向面接合的第二轴向肩部， 其中所述带轮在第一旋转方向上相对于所述毂的旋转通过扭簧驱动所述毂的旋转，并且其中所述毂在所述第一方向上相对于所述带轮的旋转产生所述扭簧与所述螺旋形第一轴向肩部之间的相对旋转，这导致所述扭簧在所述第一轴向肩部与所述第二轴向肩部之间的轴向压缩，其中所述多个间隙的尺寸设置成提供所述扭簧的选定的轴向压缩量，其中当所述毂相对于所述带轮旋转小于360度时，达到所述扭簧的所述选定的轴向压缩量。
全文摘要
在一个方面中，设置有用于在轴与用于驱动轴的环状驱动构件之间使用的去耦器组件。去耦器组件包括带轮、毂以及优选为螺旋扭簧的隔离弹簧。弹簧的两端能够至少间接地与带轮和毂接合，从而在带轮与毂之间传递扭矩。弹簧的至少一端与包括螺旋形轴向肩部和驱动器壁的接合结构(在带轮或毂中的任一者上)接合。弹簧通过驱动器壁在一个方向上传递扭矩(例如当带轮超越毂时)，但是弹簧端未固定地连接到驱动器壁。当毂超越带轮时，在弹簧与其未固定地连接到的毂和带轮二者之间存在相对旋转。因此，在弹簧端与螺旋形轴向肩部和驱动器壁之间存在相对旋转。这导致了弹簧端与驱动器壁分离，并且绷紧螺旋形轴向肩部。这导致了弹簧轴向压缩。弹簧线圈具有选定的空间量，使得弹簧能够以选定的量轴向压缩。这设定了在毂超越带轮的情况下带轮与毂之间有效的相对旋转量(以及超越量)。
文档编号F16H7/20GK103221704SQ201180054087
公开日2013年7月24日 申请日期2011年11月8日 优先权日2010年11月9日
发明者帕特里克·马里恩 申请人:利滕斯汽车合伙公司