超越皮带轮的制作方法

本发明涉及一种交通工具的零部件，特别涉及一种超越皮带轮。

背景技术：

发电机超越皮带轮(overrunningalternatorpulley)是基于单向离合器原理，单向传递扭矩的装置。与传统的刚性皮带轮不同，超越皮带轮只允许皮带轮单向旋转，降低了发动机附件传动系统的振动，这能显著延长各附件系统组件的使用寿命。

如图1所示，当曲轴转速波动上行时，即皮带轮外圈1加速，发电机皮带轮外圈1带动单向离合器滚针3顺时针滚动。由于超越皮带轮的芯轴2的斜面设计，离合器滚针3沿顺时针方向滚动时，离合器滚针3运动空间变窄，离合器滚针3在皮带轮外圈1与单向离合器齿圈2的斜面间卡死，进而使得超越皮带轮内外圈锁死，彼此无法相对运动。位于芯轴2内的发电机轴与带轮外圈1刚性连接即不能相对转动，曲轴扭矩正常传递给电机发电。当曲轴波动减速时，皮带轮外圈1减速，皮带轮外圈1带动离合器滚针3相对于皮带轮内圈逆时针运动，弹簧4带动离合器滚针3回位，离合器滚针3运动空间变大，解除皮带轮外圈1与单向离合器齿圈2之间的卡死状态，皮带轮内外圈脱开即解除锁死状态，此时皮带轮内圈转速高于皮带轮外圈1的转速，通过上述工作过程，使曲轴转速波动与发电机隔离。

由于汽车行驶时需要不停地加速减速，曲轴的转速也随时变换，因此离合器滚针3会频繁地卡入斜面，尤其是燃油发动机各汽缸爆压，交替推动曲轴转动，是曲轴的转速和扭矩都在波动。长期高频工作下，芯轴2与滚针接触的表面会发生严重形变，进而表面剥落，使离合器滚针3卡死在形变区域，即使弹簧4通过拉力拉动离合器滚针3也无法使其回位，这样就会导致皮带轮卡死。长期的严重磨损，芯轴表面剥落严重，皮带轮会出现双向打滑这样严重的失效问题。

现有技术中为了避免芯轴2被磨损，提高超越皮带轮的可靠性，就会采用高强度的合金钢芯轴，但是高强度的芯轴会导致加工工艺难度大，成本居高不下。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种超越皮带轮，克服现有的超越皮带轮可靠性不高，工艺难度大的问题中的一个或多个。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种超越皮带轮，用于在外壳和传动轴之间单向传递转矩，其特征在于，包括：芯轴，该芯轴套设于该传动轴外表面；套圈，该套圈套设于该芯轴外表面；滚针，该滚针相对该套圈表面转动；外圈，该外圈设置于该滚针外侧；滚动轴承，该滚动轴承设置于该套圈及外圈的两端；该套圈由第一材料制成，该芯轴由第二材料制成，该第一材料的硬度大于该第二材料的硬度。

可选地，该套圈或外圈与滚针接触的表面设置楔形槽。

可选地，还包括滚针保持架，该滚针保持架位于该套圈与外圈该形成的容纳空间中。

可选地，该滚动轴承的内径小于6805轴承的内径。

可选地，该滚动轴承的内圈厚度大于外圈厚度。

可选地，该滚动轴承的外径为37mm、内径为23mm和厚度为7mm。

可选地，该第一材料是gcr15，该第二材料是普通碳素钢。

可选地，该套圈的宽度与滚动轴承的宽度之和小于等于芯轴的长度。

与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案能够有效地提升超越皮带轮的可靠性，并且通过低强度芯轴高强度套圈以及非标准滚动轴承的设计能在现有工艺水平下，将超越皮带轮的芯轴总成成本降低至原有的50％。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1为现有技术中单向离合器的结构示意图；

图2为本发明较佳实施例的超越皮带轮的结构示意图；

图3为本发明较佳实施例的超越皮带轮的结构示意图的a-a剖视图；

图4为本发明较佳实施例的超越皮带轮的滚动轴承的结构示意图。

图中：

11——芯轴；12——驱动轴；13——皮带轮外壳；14——滚针；15——套圈

16——滚动轴承；16a——滚动轴承内圈；16b——滚动轴承外圈；

17——单向器外圈；18——滚针保持架。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”“上”“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。本发明中所述的术语“外部”、“外侧”通常是指远离传动轴轴线的位置，“内部”、“内侧”通常是指靠近传动轴轴线的位置。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

本发明的目的在于提供一种超越皮带轮，解决现有的超越皮带轮可靠性不高和/或工艺难度大的问题。如图2、3所示，图2是本发明较佳实施例的超越皮带轮的结构示意图，图3为本发明较佳实施例的超越皮带轮的结构示意图的a-a剖视图。该超越皮带轮用于在外壳和传动轴之间单向传递转矩，包括皮带轮外壳13，皮带轮外壳13与发动机轮系的皮带圈连接。芯轴11套设在传动轴12的外侧。芯轴11与皮带轮外壳13之间设置有滚针14以及滚动轴承16。由于滚针14需要在芯轴11与皮带轮外壳13所形成的空间中反复卡死和可移动，因此现有技术中通常会用特殊的高强度合金钢来制作芯轴11，以增加其耐磨性来保证皮带轮的寿命。由于芯轴11需要与传动轴12连接，芯轴11的内圈需要加工成特定的花键和内六角孔等形状。如果提高芯轴的硬度或强度，那么加工的难度也会随之增加，这会导致材料的报废率上升，成本升高。本发明突破现有技术中的固有思维，利用低强度合金材料加工芯轴11，在芯轴11的外表面套设一个高强度的套圈15。套圈15的外表面直接与滚针14接触，由于套圈15的硬度较高，因此可以单向器的寿命提高2至4倍。

在优选方案中，套圈15可以选用gcr15材料制成。gcr15是高碳铬轴承钢，具有较高的淬透性，热处理后可获得高而均匀的硬度。芯轴11可以选用普通碳素钢。普通碳素钢是普通碳素结构钢的简称，通常表示含碳量小于0.38％，甚至是小于0.25％的低碳钢。普通碳素钢冶炼容易，虽然力学性能不够强，但是容易加工成各种形状。本发明所提供的超越皮带轮，利用套圈15承担大部分的力学强度，利用芯轴11承担扭转的传递，既解决了现有技术中因为力学强度不够而导致的超越皮带轮可靠性不足的问题，又解决了芯轴加工难的工艺问题。

滚针14解锁和锁死主要是通过楔形槽实现。楔形槽可以设置在外圈17的内表面或套圈15的外表面。当皮带轮外壳13加速时，滚针14进入楔形槽内，滚针14在外圈17与套圈15之间的斜面上锁住，进而使超越皮带轮的外圈17与芯轴11锁死，彼此无法相对运动。位于芯轴2内的传动轴与带轮外圈1刚性连接即不能相对转动，扭矩从曲轴正常传递给传动轴。当皮带轮外壳13减速时，滚针14回位，离合器滚针3运动空间变大，解除皮带轮外圈1与单向离合器齿圈2之间的卡死状态，皮带轮内外圈脱开即解除锁死状态，此时皮带轮内圈转速高于皮带轮外圈1的转速，通过上述工作过程，使曲轴转速波动与发电机轴隔离。

在优选方案中，楔形槽设置在外圈17的内表面，可以以更低地成本加工该超越皮带轮。

现有技术中对于如何降低超越皮带轮的生产成本一直存在认识误区，通常认为标准零件因为大规模地被使用，其成本肯定低于非标准零件。发明人发现，如果将原来的标准轴承更换为非标准轴承，反而能够大幅降低生产成本。以超越皮带轮所使用的滚动轴承为例，现有技术中所使用的滚动轴承都是标准的6805轴承。6805轴承的外径为37mm，内径25mm，宽度7mm，6805轴承的内外圈厚度都很小，其最小厚度区域几乎仅有1mm左右，所导致的后果是6805轴承的加工报废率高达5％。另一方面，在超越皮带轮的装配过程中，6805轴承压入到外壳13和芯轴11之间，由于6805轴承的内外圈的壁厚很薄(1mm左右)，刚性差。轴承内外圈容易产生塑形变形，轴承游隙无法保证，超越皮带轮在使用中会出现早期失效。本发明用芯轴和套圈替换了原有的高强度合金钢，套圈的宽度与滚针14大致相等，因此与现有技术相比较，滚动轴承的安装空间变大。本发明将原来的标准6805轴承，替换为非标准的轴承。如图4所示，非标准轴承的内径l2减小，因此外圈16a和内圈16b的厚度都可以适当增加。优选地，内圈16b的厚度大于外圈16a的厚度。由于外圈16a和/或内圈16b的厚度增加，可以使轴承加工的报废率从原来的5％下降至0.5％。因此该非标准轴承的加工成本反而远低于标准的6805轴承。在一种优选方案中，滚动轴承16的宽度l1为7mm，内径l2为23mm，外径l3为37mm。本领域普通技术人员应当清楚，本发明所中涉及的数值并不是数学意义上的绝对数值，而应当是考虑到现有工艺水平下误差的数值。

与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案能够有效地提升超越皮带轮的可靠性，并且通过低强度芯轴高强度套圈以及非标准滚动轴承的设计能在现有工艺水平下，将超越皮带轮的成本降低至原有的50％，这极大地促进了汽车零部件产业的进一步发展。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。