具有径向定向解耦机构的带轮组件的制作方法

本发明一般地涉及带轮，并且更特别地涉及具有径向定向解耦机构的带轮组件。

背景技术：

可以利用车辆发动机来驱动包括例如水泵、交流发电机/发电机、用于冷却冷却剂的风扇、功率转向泵和压缩机在内的各种汽车附件组件。特别地，由机动车的发动机轴致动的驱动带轮驱动环形驱动带，该环形驱动带转而通过从动带轮来驱动附件组件。环形驱动带、各种带轮和张紧器带轮组件可称为附件驱动系统。

通过例如燃烧发动机点火所发起的周期性转矩脉冲可产生大的速度转变。这些速度转变会中断附件驱动系统的从动部件的平滑的运转。另外，与起动、停止和换挡(gear shifting)关联的惯性和从动速度转变也会中断从动部件的运转。这些转变会导致不期望的后果，诸如但不限于，环形带跳动、环形带磨损、轴承磨损和噪声。

单向离合解耦器(OAD)可用于减轻转矩变化和速度转变。OAD安装到附件驱动系统的交流发电机上，因为交流发电机通常具有环形驱动带所驱动的附件的最高惯性负荷。OAD具备解耦能力，并且还对交流发电机提供扭转隔离。通过将较大惯性部件从系统(如交流发电机)解耦，可以改善诸如环形带磨损、环形带噪声、轴承寿命和张紧器臂件移动等问题。

虽然OAD可以改善噪声以及附件驱动系统的各个部件的寿命，但是当前存在多种缺陷。例如，OAD会由于附件组件中的零件复杂度和封装空间而引入额外的成本。这使得在一些应用中使用OAD有困难。而且，一些类型的OAD尤其易受污染或热所影响。最后，一些类型的OAD会具有噪声、扭矩一致性、低磁滞或平滑弹簧率(spring rate)的问题。

发明概述

公开了一种改进的带轮组件，其使用内部解耦器系统来容许从动附件(诸如例如交流发电机)的输入轴与带轮组件的外从动槽轮之间的单向相对运动。公开的带轮系统还可用于容许曲轴与带轮组件的外驱动槽轮之间的单向相对运动。

对于从动带轮组件，当带轮组件的槽轮正在主导旋转方向上被驱动时，带轮组件的离合机构接合并驱动附件输入轴。当由于例如从动速度转变而导致发生相对转矩反向时，公开的带轮组件的内部离合机构将从动附件轴与外从动槽轮分离，从而容许从动轴沿主导旋转方向以动量继续旋转，甚至以大于带轮的从动槽轮的速度继续。

对于驱动器带轮组件，当与曲轴耦合的带轮的毂沿主导旋转方向旋转时，带轮组件的离合机构接合并驱动带轮组件的槽轮。当由于例如曲轴速度转变而发生相对转矩反向时，公开的带轮组件的内部离合机构将带轮组件的槽轮与曲轴分离，从而容许带轮的槽轮沿主导旋转方向以动量继续旋转，甚至以大于曲轴的速度继续。

在一个实施例中，带轮组件包括具有贯通其中的孔的带轮主体、毂以及单向离合器机构。该带轮主体能沿主导方向旋转。毂限定了旋转轴线。该毂布置在带轮主体内。单向离合器机构径向地围绕毂。单向离合器机构包括接合位置和分离位置。如果单向离合器机构处于接合位置，则毂和带轮主体沿主导方向一起旋转。如果单向离合器机构处于分离位置，则毂相对于带轮主体自由地旋转。接合位置将毂与带轮主体链接，用于沿主导方向同时旋转。然后，当带轮主体沿与主导方向相反的方向旋转或者经历减速时，离合器机构与致动器分离且允许毂独立于带轮主体在其自身动量下仍沿主导方向旋转。换言之，带轮组件进入了超限(overrun)位置，在该超限位置，离合器机构与致动器分离并且允许毂以大于带轮主体的速度旋转。

在一个实施例中，带轮组件包括围绕毂布置的离合器致动器。该离合器致动器包括上斜坡部件和下斜坡部件。如果带轮主体沿主导旋转方向旋转，则上斜坡部件和下斜坡部件相对于彼此径向地扩展。

附图说明

图1是附件驱动系统的实施例的图解视图。

图2是用于诸如图1所示的附件驱动系统的带轮组件的实施例的分解立体图。

图3是图2的带轮组件的侧面剖视图。

图4是处于接合位置的图2所示的单向离合器机构的放大剖视图。

图5是处于分离位置的图2所示的单向离合器机构的放大剖视图。

图6是用于诸如图1所示的附件驱动系统的带轮组件的替选实施例的分解立体图。

图7是图4的带轮组件的侧面剖视图。

发明详述

下面的详述将示出本发明的一般原理，在附图中另外示出其示例。在附图中，相似的附图标记指代相同或功能上相似的元件。

现在参考图1，示出了车辆的例如内燃机的附件驱动系统10。附件驱动系统10包括环形带30，其用于驱动多个附件，图1中没有示出这些附件。而是，图1中通过多个带轮组件图解地表示出附件。具体地，图1示出了围绕曲轴带轮组件12、风扇/水泵带轮组件14、交流发电机带轮组件16、动力转向带轮组件18、惰轮带轮组件20和张紧器带轮组件22夹带(entrain)的带30。在一些实施例中，张紧器带轮组件22包括阻尼，诸如利用抵制张紧器臂件提升远离带30的摩擦阻尼器的非对称阻尼。

各个附件通过使用本身由带30旋转的带轮组件14、16、18、20和22来驱动。为了说明的目的，下文将集中于交流发电机带轮组件16。虽然下文描述了交流发电机带轮组件16，本领域技术人员将意识到，其它带轮组件12，18，20和22也可以以类似于交流发电机带轮组件16的方式运转。

现在参考图2和图3，当交流发电机带轮组件16沿主导(predominate)旋转方向旋转时，交流发电机带轮组件16可用于将输入转矩从带30(图1所示)传递到附件(例如，交流发电机)的输入轴32。交流发电机带轮组件16还将输入轴32与相对转矩反向(relative torque reversal)隔离。具体地，当在交流发电机带轮组件16与输入轴32之间发生相对转矩反向时，交流发电机带轮组件16的内部解耦器系统起到将输入轴32与转矩反向分离的作用，从而容许输入轴32沿主导旋转方向以动量继续旋转。转矩反向也可以称为超限状态。

带轮组件16包括毂40，该毂能与输入轴32、垫片(spacer)42、滚子轴承43、单向离合器机构44、离合器致动器48、一个或多个偏置构件50、套筒52、固位环54和插塞56接合，这些构件均容纳在带轮主体62的孔60内。毂40可以与输入轴32匹配，从而防止毂40绕输入轴32自由地旋转。毂40可使用用于允许两个旋转元件之间的转矩传递的任何已知方法诸如例如半圆键(Woodruff key)(未示出)与输入轴32配合。滚子轴承43可以包括内座圈64和外座圈66。如图3所示，滚子轴承43可位于毂40与带轮主体62之间。

如图2和图3所示，带轮主体62围绕毂40，并且带轮孔60的尺寸被设计为使得带轮主体62可以绕毂40旋转。带轮主体62还包括接合带30(图1)的外周带接合表面70。带接合表面70的剖面可被设计为包括V型肋件和槽以与带30上的对应的肋件和槽(未示出)配合。虽然图2-3示出了沿着带接合表面70定位的V形肋件，但是同样可使用诸如嵌齿、平或圆的肋件和槽等其它特征来接合带30。

滚子轴承43可以支撑通过环形带30(图1所示)施加到带轮主体62上的力的一部分。压配合到位于套筒52内的凹部69内的轴套68可用于支撑未得到滚子轴承43支撑的由环形带30施加的其余力。然而，应当注意的是，如果滚子轴承43与带30对准，则滚子轴承43可以支撑由环形带30施加的全部力，并且可以省去轴套68。滚子轴承43的内座圈64可以邻近毂40且与毂40耦合。滚子轴承43的外座圈66可以邻近带轮主体62且与带轮主体62耦合。滚子轴承43可以改善带轮组件16的总体结构刚度。

参考图2，套筒52可以包括外表面80以及一系列轴向延伸的接合特征82。在如图2所示的实施例中，套筒52的外表面80的一部分可以带隆起，并且图示为隆起表面84。套筒52的隆起表面84可以与带轮主体62的内表面86抓紧或摩擦地接合，从而将套筒52与带轮主体62固定以便与其一起旋转。在如图2所示的示例性的实施例中，套筒52的接合特征82可以是一系列均等间隔的、轴向延伸的凸片，它们围绕套筒52的整个周边88定位。接合特征82可以构造为与位于上斜坡部件94上的一组固位特征90径向地接合。套筒52与上斜坡部件94的接合将在下文进行说明。虽然图2示出了接合特征82作为围绕套筒52的整个周边88延伸的一系列均等间隔的凸片，但是应当理解，其它构造同样可用于接合上斜坡部件94。

在如图2所示的示范性的实施例中，离合器致动器48可以包括斜坡构造或滚子斜坡(roller ramp)构造，其由于离合器致动器48的至少一部分的旋转运动而轴向地扩展(即，具有能沿着交流发电机带轮组件16的旋转轴线A-A平移到更远离其另一部件的位置的至少一个部件)。轴向扩展典型地是一个部件上移或者沿着倾斜特征移动或者响应于滚动元件上移或沿倾斜特征移动而移动的结果。图2和图3的实施例中的离合器致动器48包括上斜坡部件94、下斜坡部件98以及被包围在它们之间的滚子元件100。滚子元件100可以是柱体、球状体、大体锥形柱体等。上和下在本文中相对于如图3所示的带轮组件16的部件关于页面定向的位置而言。术语上和下同样适用于本文的其它图。在如图2-3所示的实施例中，上斜坡部件94驱动下斜坡部件98。然而，应当理解，在其它实施例中，下斜坡部件98可以是驱动构件。例如，在如图6-7所示的实施例中，下斜坡部件398驱动上斜坡部件394。

上斜坡部件94通常邻近偏置构件50定位。在如图2-3所示的非限制实施例中，偏置构件50图示为多个Belleville垫圈。然而，应理解的是，同样可以使用构造为沿轴向方向并对上斜坡部件94施加力的任何类型的偏置构件，诸如例如波形或螺旋形压缩弹簧。偏置构件50可以容纳在由套筒52限定的凹部104内。套筒52的接合特征82沿着旋转轴线A-A轴向地扩展，并且产生了收容上斜坡部件94的栏。

上斜坡部件94可以包括大体平滑的上表面110、包括凹入上斜坡部件94的主体116中的一个或多个第一倾斜特征114的下表面112以及限定了用于接纳毂40的孔120的内表面118。上斜坡部件94还包括外周表面130，其中固位特征90沿着外圆周表面130定位。在如图2所示的非限制实施例中，固位特征90可以是一个或多个向外伸出的凸片。当带轮组件16被组装时(图3所示)，通过将上斜坡部件94的固位特征90与套筒52的接合特征82接合，上斜坡部件94与套筒52耦合。具体地，上斜坡部件94的每个向外伸出的凸片可以径向地接合在位于套筒52上的轴向延伸凸片中的两个之间。因此，上斜坡部件94固定到套筒52和带轮主体62上以便与其一起旋转。然而，上斜坡部件94可相对于轴线A-A轴向地平移。带轮组件16构造为使得，当上斜坡部件94相对于带轮主体62平移时，上斜坡部件94的固位特征90和套筒52的接合特征82在它们之间提供了摩擦接触。下接触压力对于平滑的斜坡启动和下弹簧磁滞是期望的。

参考图2，上斜坡部件94的第一倾斜特征114限定了通道，滚子元件100中的一个可安置在该通道内。该通道具有第一端140，该第一端相对于第二端142较浅(即，第二端142更深入地凹入上斜坡部件94的主体116)。为了上斜坡部件94的平滑的角移位(以及滚子元件100的旋转)，通道平滑地且逐渐地从第一端40向第二端142成锥形。

下斜坡部件98位于上斜坡部件94与推力轴承102之间。下斜坡部件98具有上表面150，其包括凹入下斜坡部件98的主体154中的一个或多个第二倾斜特征152；大体平滑的下表面156；限定了孔161的内表面158；以及大体平滑的外周表面162。下斜坡部件98的孔161接收单向离合器机构44。推力轴承102可安置在下斜坡部件98的下表面156与带轮主体62的内表面164之间(图3示出)。在一个非限制实施例中，推力轴承102可以是包括多个大体柱形滚子元件162的滚针型推力轴承。推力轴承102允许下斜坡部件98与带轮主体162之间的相对旋转。应当注意，虽然图2示出离合器致动器48为具有带滚子元件的斜坡构造，本领域技术人员将易于意识到，离合器致动器48可以包括如下任何类型的构造：如果带轮主体62沿主导旋转方向旋转，使下斜坡部件与上斜坡部件之间有轴向扩展。例如，在一个实施例中，离合器致动器62可以包括球式斜坡、凸轮随动件或者滚珠螺杆单元。

参考图2，下斜坡部件98的第二倾斜特征152可以类似于上斜坡部件94中的那些构造，除了第二倾斜特征152的第一端164和第二端166的定向可相对于第一倾斜特征114的第一和第二端140，142的定向相反之外。滚子元件100可被接纳在上斜坡部件94的第一倾斜特征114和下斜坡部件98的第二倾斜特征152之内。因此，随着带轮主体62沿主导旋转方向旋转，上斜坡部件94驱动下斜坡部件98，并且致动器48轴向地扩展。具体地，上斜坡部件94和下斜坡部件98的部件相对于彼此轴向地扩展，这进而使得整个致动器48轴向地扩展。致动器48沿轴向的扩展使得偏置元件50压缩，从而增加了带轮组件16的转矩以用于与扭转振动或激励隔离。偏置构件50的弹簧率可以变化，从而匹配系统的具体要求。而且，上斜坡部件94的第一倾斜特征114和下斜坡部件98的第二倾斜特征152的坡度或角度可被修改以适应和/或增强交流发电机带轮组件16的隔离特性。

单向离合器机构44径向地介于毂40的外表面160与下斜坡部件98的内表面158之间。单向离合器机构44是径向地围绕毂40的环形离合元件。在图2-3所示的非限制实施例中，单向离合器机构44图示为楔块(sprag)轴承，尤其是单向针式轴承。然而，应当理解，同样可使用用于将转矩仅沿一个旋转方向从带轮主体62传递到毂40的任何类型的单向离合器机构。例如，单向离合器机构44可以是抱簧(wrap spring)或棘轮离合器。如图2-3所示，单向离合器机构44包括径向地包围且接合下斜坡部件98的内表面158以便与其一起旋转的外表面170。单向离合器机构44还包括接触毂40的外表面160的多个单向滚子轴承或楔块172。

单向离合器机构44包括转矩传递或接合位置以及分离位置。接合位置对应于带轮组件16沿主导旋转方向旋转。图4是被启动进入接合位置的单向离合器机构44的图示，其中楔块172与毂40的外表面160楔式接合。具体地，单向离合器机构44可以包括包含多个凹部182的外座圈180。每个凹部180的尺寸被设计以容纳偏置元件184以及楔块172中的一个。当单向离合器44的外座圈180沿顺时针方向或主导旋转方向旋转时，偏置元件182被启动。当被启动时，偏置元件182中的每一个沿着与主导旋转方向相反的方向推挤相应的楔块172。因此，每个楔块172与毂40的外表面160楔式接合，并且毂40可以与单向离合器机构44协同旋转。

图5是处于分离构造的单向离合器机构44的图示，其中楔块172可以移动而不与毂40的外表面16楔式接合。具体地，当单向离合器44的外座圈180沿着与主导旋转方向相反的逆时针方向旋转时，偏置元件184缩回，每个楔块172从毂40的外表面160释放。因此，楔块172可以相对于毂40的外表面160滑移或者靠惯性滑行(free-wheel)，并且毂40可以相对于单向离合器机构44自由地旋转。

大体参考图1-5，当沿主导旋转方向旋转时，交流带轮组件16可以将输入转矩从带30(图1示出)传递到诸如交流发电机的附件的输入轴32。具体地，随着带轮主体62沿主导旋转方向旋转，单向离合器机构44处于接合位置，并且单向离合器机构44可以在带轮主体62与毂40之间传递转矩。因此，交流发电机带轮组件16可以将输入转矩从带30传递到输入轴32。

交流发电机带轮组件16还将输入轴32与相对转矩反向隔离。具体地，如果带轮主体62沿与主导旋转方向相反的第二旋转方向旋转，则单向离合器机构44处于分离位置(图5示出)。因此，单向离合器机构44的楔块172可以相对于毂40的外表面160靠惯性滑行，并且输入轴32与带轮组件16分离，尤其是与带轮主体62分离。因此，在超限状态期间，输入轴32可以沿主导方向以动量继续旋转，同时带轮主体62会经历相对转矩反向或突然降速。在该状态下，带轮主体62可以沿主导旋转方向继续旋转，但是与带轮主体62先前驱动输入轴32的速度相比具有更低的角速度。因此，带轮主体62与毂40解耦，并且毂40和带轮主体62可以相对于彼此旋转，使得输入轴32独立于带轮主体62旋转。

在如图2-3所示的实施例中，单向离合器机构44径向地介于毂40的外表面160与下斜坡部件98的内表面158之间。然而，应当理解的是，单向离合器机构44还可以径向地介于带轮主体62与下斜坡部件98之间。具体地，图6-7示出了带轮组件316的替选实施例，其中单向离合器机构344介于带轮主体362与下斜坡部件398之间。带轮组件316包括毂340，毂340能与输入轴332、垫片342、滚子轴承343、单向离合器机构344、离合器致动器348、一个或多个偏置构件350、套筒352、固位环354和插塞356接合，这些构件均容纳在带轮主体362的孔360内。毂340可以与输入轴332配合，以防止毂340绕输入轴332自由旋转。滚子轴承343可以包括内座圈364以及外座圈366。如图7所示，滚子轴承343可以位于毂340与带轮主体362之间。

如图6和图7所示，带轮主体362包括接合带30(图1)的外周带接合表面370。滚子轴承343可以支撑由环形带30(图1所示)施加到带轮主体362上的力的部分。压配合到位于套筒352内的凹部369中的轴套368可用于支撑没有被滚子轴承343支撑的由环形带30施加的其余的力。然而，应当注意，如果滚子轴承343与带30对准，则滚子轴承343可以支撑由环形带30施加的全部力，并且轴套369可省去。

套筒352可包括外表面380。套筒352的外表面380的部分或整个外表面380可带隆起，从而抓紧或摩擦地接合带轮主体362的内表面386，从而将套筒352与带轮主体362固定以便与其一起旋转。套筒352还可以限定接纳偏置构件350的一部分的凹部404。

类似于如上所述以及如图2-3所示的实施例，离合器致动器348可以包括由于随着带轮主体362沿主导旋转方向旋转引起的离合器致动器348的至少一部分的旋转运动导致沿轴向扩展的斜坡构造。离合器致动器348包括上斜坡部件394、下斜坡部件398以及被包围在它们之间的滚子元件400。上斜坡部件394大体邻近偏置构件350定位。下斜坡部件398位于上斜坡部件398与推力轴承402之间。在图6-7所示的实施例中，下斜坡部件398可以是大体杯形，并且包括外壁406。下斜坡部件398的尺寸被设计以将下斜坡部件394的至少一部分接纳于其中。

上斜坡部件394可以包括大体平滑的上表面410、包括凹入上斜坡部件394的主体416中的一个或多个第一倾斜特征414的下表面412以及限定了用于接纳毂340的孔420的内表面418。上斜坡部件394的孔420可以包括构造为与位于毂340上的一系列轴向延伸的花键398接合的多个耦合特征396。因此，上斜坡部件394可以沿着毂340在轴向方向上滑动。然而，毂340和上斜坡部件394彼此协同旋转。

上斜坡部件394的第一倾斜特征414限定了通道，滚子元件400之一安置在该通道内。该通道具有第一端440，第一端相对于第二端442较浅(即，第二端442更深入地凹入上斜坡部件394的主体416中)。

下斜坡部件398具有上表面450。下斜坡部件398的外壁406围绕上表面450。上表面450可以包括凹入下斜坡部件398的主体454的一个或多个第二倾斜特征452、大体平滑的下表面456以及限定孔460的内表面458。下斜坡部件398的孔460接纳毂340。推力轴承402可以安置在下斜坡部件398的下表面456与带轮主体362的内表面464之间(图7示出)。在一个实施例中，推力轴承402可以是包括多个大体柱形的滚子元件462的滚子型推力轴承。

参考图6，下斜坡部件398的第二倾斜特征452可以类似于上斜坡部件394的那些构造，除了第二倾斜特征452的第一端464和第二端466的定向可相对于第一倾斜特征414的第一端440和第二端442的定向相反之外。偏置构件350可以随着部件扩展而压缩，尤其是随着上斜坡部件394和下斜坡部件398相对于彼此轴向地扩展而压缩。偏置元件350的压缩增加了带轮组件316的转矩以利于隔离。

单向离合器机构344介于带轮主体362的内表面386与下斜坡部件398的外表面468之间。类似于图2-3所示的实施例，单向离合器机构344图示为楔块轴承，尤其是单向针式轴承。然而，应当理解，也可以使用用于将转矩仅沿一个旋转方向从带轮主体362传递到毂340的任何类型的单向离合器机构。单向离合器机构344包括与带轮主体362的内表面386接合的外表面470以便与其一起旋转。单向离合器机构344还包括接触下斜坡部件398的外表面468的多个单向滚子轴承或楔块472。

类似于如图2-5所示的实施例，单向离合器机构344包括接合构造以及分离构造。当单向离合器机构344处于接合构造时，带轮主体362沿主导旋转方向旋转，并且单向离合器机构344的楔块472与下斜坡部件398的外表面468楔式接合。下斜坡部件398起到驱动上斜坡部件394的作用。如上所述，毂340和上斜坡部件394彼此键合(key)且一起旋转。因此，随着带轮主体362沿主导旋转方向旋转，下斜坡部件398驱动上斜坡部件394，并且上斜坡部件394驱动毂340。因此，毂340随带轮主体362一起旋转。

当单向离合器机构344处于分离构造时，楔块472可以抵靠下斜坡部件398的外表面468滑移或靠惯性滑行。因此，毂340可以相对于单向离合器机构344自由地旋转。类似于如图2-5所示的实施例，交流发电机带轮组件316可以在沿主导旋转方向旋转时将输入转矩从带30(图1所示)传递到诸如交流发电机的附件的输入轴332。交流发电机带轮组件316也将输入轴332与相对转矩反向隔离。具体地，如果带轮主体362沿与主导旋转方向相反的第二旋转方向旋转，则单向离合器机构344处于分离位置。因此，单向离合器机构344的楔块472可以相对于下斜坡部件398的外表面468靠惯性滑行。因此，在超限状态期间，输入轴332可以沿主导方向以动量继续旋转，而带轮主体362可以经历相对转矩反向或突然降速。

大体参考图1-7，公开的带轮组件16，316使用径向定向的解耦机构(即，单向离合机构44，344)，允许输入轴与带轮组件的外从动槽轮之间的单向相对运动。会限制许多车辆的发电机室内的封装空间的可用量。该问题会由于使用相对较大的下罩部件(诸如交流发电机)而加剧。当与使用摩擦离合器的某种其它类型的带轮组件相比时，公开的带轮组件可具有减小的高度。因此，公开的带轮组件可尤其有益于车辆的发动机室内的封装空间非常受限制的应用。当与可以使用摩擦离合器的某其它类型的带轮组件相比时，除了减少的封装空间量之外，公开的带轮组件会产生较少量的噪声、热、更连贯的超限程扭矩，以及更少的转矩峰值。

在附图中示出的以及上文所描述的本发明的实施例是可以在随附权利要求的范围内做出的若干实施例的示范。可构思的是，利用公开的方法可以得到张紧器的若干其它构造。简言之，申请人意图是，在此发布的专利的范围仅由随附权利要求的范围来限定。