ИЗОЛИРУЮЩАЯ РАЗЪЕДИНИТЕЛЬНАЯ МУФТА ДЛЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
INSULATED DECOUPLER FOR CRANK SHAFT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к изолирующей разъединительной муфте, содержащей витую пружину, расположенную радиально внутри торсионной пружины, сцепленную с держателем пружины и сцепленную посредством трения со шкивом в направлении нагрузки, которое противоположно направлению нагрузки торсионной пружины, витая пружина выполнена с возможностью сцепления со ступицей, посредством чего фрикционное сцепление со шкивом может быть высвобождено.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Использование дизельного двигателя в качестве применения для легковых автомобилей возрастает из-за преимущества, связанного с лучшей экономией топлива. Кроме того, бензиновые двигатели увеличивают степень сжатия для улучшения коэффициента использования топлива. В результате вспомогательные системы привода дизельного и бензинового двигателя должны преодолеть колебания большей величины от коленчатых валов из-за упомянутых выше изменений в двигателях.
В связи с увеличением вибрации коленчатого вала, а также с высокими значениями ускорения/замедления и высокой инерции генератора вспомогательная система привода двигателя часто испытывает шум ремня в виде писка из-за скольжения ремня. Это также сокращает срок службы ремня.
Изоляторы/разъединительные муфты коленчатого вала и разъединительные муфты/изоляторы генератора широко используются для двигателей с высокой угловой вибрацией, чтобы отфильтровывать вибрацию в диапазоне рабочих скоростей двигателя и также предотвращать писк ремня.
Представителем данной области техники является патент США номер 7,591,357, который описывает разъединительную муфту, предоставляемую для передачи вращательного движения между приводным коленчатым валом двигателя и поликлиновым ремнем. Разъединительная муфта имеет вращающийся ведущий элемент и вращающийся ведомый элемент, установленный коаксиально с ведущим элементом для сопряженного вращательного движения с ним. Узел разъединительной муфты расположен между ведущим элементом и ведомым элементом. Узел разъединительной муфты избирательно сцепляет ведущий и ведомый элементы, когда ведущий элемент вращается относительно ведомого элемента в первом направлении движения. Узел разъединительной муфты расцепляет ведущий элемент от ведомого элемента, когда ведущий элемент поворачивается относительно ведомого элемента во втором направлении движения, противоположном первому направлению движения. Демпфер торсионной вибрации установлен для вращения с одним из ведущим и ведомым элементами, чтобы гасить некоторые из вибраций, генерируемых двигателем.
Необходима изолирующая разъединительная муфта, содержащая витую пружину, расположенную радиально внутри торсионной пружины, сцепленную с держателем пружины и выполненную с возможностью фрикционного сцепления со шкивом в направлении нагрузки, которое противоположно направлению нагрузки торсионной пружины, при этом витая пружина выполнена с возможностью сцепления со ступицей, посредством чего фрикционное сцепление со шкивом может быть высвобождено. Настоящее изобретение удовлетворяет эту потребность.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Основной аспект настоящего изобретения представляет собой изолирующую разъединительную муфту, содержащую витую пружину, расположенную радиально внутри торсионной пружины, сцепленную с держателем пружины и выполненную с возможностью фрикционного сцепления со шкивом в направлении нагрузки, которое противоположно направлению нагрузки торсионной пружины, при этом витая пружина выполнена с возможностью сцепления со ступицей, посредством чего фрикционное сцепление со шкивом может быть высвобождено.
Другие аспекты настоящего изобретения будут указаны или станут очевидными из следующего описания настоящего изобретения и прилагаемых чертежей.
Настоящее изобретение содержит изолирующую разъединительную муфту, содержащую ступицу для соединения с приводящим валом, шкив, установленный соосно со ступицей, причем шкив имеет поверхность зацепления для ремня, пружину, сцепленную между ступицей и держателем пружины, причем пружина выполнена с возможностью радиально расширяться в направлении нагрузки, пружину односторонней муфты, расположенную радиально внутри пружины, сцепленную с держателем пружины и выполненную с возможностью фрикционного сцепления со шкивом в направлении нагрузки, которое противоположно направлению нагрузки пружины, причем пружина односторонней муфты выполнена с возможностью сцепления со ступицей, посредством чего фрикционное сцепление пружины односторонней муфты со шкивом может постепенно высвобождаться в направлении разгрузки, а также инерционный элемент, сцепленный со ступицей через демпфирующий элемент.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи, которые включены и составляют часть описания, иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов настоящего изобретения.
Фиг. 1 – передняя сторона устройства.
Фиг. 2 - вид устройства сзади.
Фиг. 3 - изображение устройства в разобранном виде.
Фиг. 4 - поперечное сечение устройства.
Фиг. 5 - поперечное сечение, показывающее соединение витой пружины со ступицей.
Фиг. 6 - деталь держателя муфты.
Фиг. 7 - подробность держателя муфты.
Фиг. 8 - подробность торсионного вибрационного демпфера.
Фиг. 9 - деталь ступицы и торсионная пружина.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 представляет собой вид устройства спереди. Устройство содержит ступицу 6, инерционный элемент 2 и шкив 24. Ступица 6 может быть использована, чтобы прикрепить устройство к коленчатому валу двигателя (не показан). Демпфер 4 расположен между ступицей 6 и инерционным элементом 2. Демпфер 4 состоит из эластомерного материала, пригодного для гашения колебаний инерционного элемента. Шкив 24 имеет профиль, пригодный для зацепления ремня передачи мощности, например клинового ремня или поликлинового ремня. Инерционный демпфер 4 гасит колебания коленчатого вала, вызванные явлениями запуска цилиндров двигателя.
Фиг. 2 представляет собой вид устройства сзади. Диаметр инерционного элемента 2 примерно такой же, как и диаметр шкива 24, тем самым делая исполнение устройства компактным.
Фиг. 3 представляет собой изображение устройства в разобранном виде. Ступица 6 содержит наружную цилиндрическую часть 61 и радиальную часть 62. Конец 180 торсионной пружины 18 входит в зацепление со стопором 65 на радиальной части 62. Другой конец 182 торсионной пружины 18 зацепляет держатель 20 муфты. Держатель 20 устанавливается соосно со шкивом 24 на втулке 22. Втулка 22 входит в зацепление с внутренней цилиндрической частью 240 шкива 24.
Конец 160 витой пружины 16 входит в зацепление с держателем 20. Другой конец 161 витой пружины 16 является временно сцепляемым со ступицей 6, см. фиг 5. Гильза 8 запрессована в цилиндрическую часть 240. Цилиндрическая часть 240 устанавливается соосно со ступицей 6 через втулку 14. Витая пружина 16 состоит из спиральной пружины.
Стопорное кольцо 12 входит в зацепление в паз 63 в ступице 6. Упорная шайба 10 опирается на кольцо 12, сохраняя таким образом гильзу 8 и шкив 24 в положении на ступице 6. Гильза 8 и шкив 24 устанавливаются соосно со ступицей 6 через втулку 14. В альтернативном варианте осуществления втулка 14 может быть заменена шарикоподшипниками, игольчатыми подшипниками, роликовыми подшипниками или любым другим подходящим подшипником, известным в данной области техники.
Держатель 20 с втулкой 22 установлены на наружном диаметре части 240 шкива, и каждый тем самым удерживается на месте гильзой 8. Держатель 20 и втулка 22 могут свободно вращаться относительно шкива 24. Гильза 8 запрессована в часть 240 шкива. Упорная шайба 10 устанавливается между гильзой 8 и стопорным кольцом 12, таким образом удерживая шкив 24 на ступице 6. Шкив 24 может аксиально перемещаться относительно ступицы 6 только в пределах величины зазоров между стопорным кольцом 12, упорной шайбы 10, паза 63 в ступице 6 для стопорного кольца 12 и пространства между гильзой 8 и частью 240 шкива.
Витая пружина 16 намотана вокруг втулки 21 держателя 20 концом 160, фиксированным напротив шпонки 23, см. фиг. 6. Витая пружина 16 использует около двух или трех витков для фрикционного зажима витой пружины 16 вокруг втулки 21 держателя 20. Конец 160 витой пружины и держатель 20 не перемещаются относительно друг друга из-за соединения. Витая пружина 16 находится радиально внутри торсионной пружины 18 и, таким образом, расположена между торсионной пружиной 18 и ступицей 6. Витая пружина 16 радиально расположена между торсионной пружиной 18 и шкивом 24.
Держатель 20 принимает торсионную пружину 18. Во время работы торсионная пружина 18 нагружается в направлении разматывания, то есть витки стремятся радиально расшириться под нагрузкой. Витая пружина 16 установлена на гильзе 8 с натягом, то есть разница в диаметре между внутренним диаметром витой пружины и наружным диаметром гильзы отличается по размерам, что вызывает натяг посадки, который равен примерно 0,3-0,5 мм. Материал для муфты 8 выбирают так, чтобы соответствующим образом поддержать витую пружину в течение режимов сжатия и превышения скорости вращения.
Фиг. 4 представляет собой поперечное сечение устройства. Когда крутящий момент прикладывается к ступице 6, например, с помощью коленчатого вала двигателя (не показан), торсионная пружина 18 нагружается в направлении разматывания, тем самым приводя в движение держатель 20. Нагрузка в направлении разматывания означает, что торсионная пружина 18 увеличивается в радиальном диаметре, так как витки торсионной пружины расширяются. В свою очередь держатель 20 наматывает витую пружину 16 вокруг гильзы 8. Витая пружина 16 нагружается в направлении, противоположном направлению торсионной пружины, т.е. витая пружина 16 нагружается в направлении наматывания. "Нагружается в направлении наматывания" означает, что пружина 16 стремится уменьшиться в радиальном диаметре, когда витки нагружаются. Поскольку нагрузка увеличивается, витая пружина 16 сжимает муфту 8 посредством постепенно возрастающего фрикционного сцепления, которое вызывается последовательным зацеплением витков витой пружины вокруг муфты 8. Сжатие витой пружины 16 понуждает муфту 8 и тем самым шкив 24 вращаться в унисон со ступицей 6. В этом рабочем состоянии имеется мало или вообще не существует относительного движения между держателем 20 и шкивом 24, хотя некоторые колебания могут присутствовать из-за изменений нагрузки.
Когда двигатель замедляется, скорость коленчатого вала становится меньше, при этом шкив 24 может временно вращаться быстрее, чем ступица 6, благодаря инерции в системе ременного привода, приводимого в действие ремнем, который сцеплен со шкивом 24 (система ремня не показана). В состоянии замедления шкив 24 и муфта 8 временно вращаются быстрее, чем ступица 6 и витая пружина 16. Это заставляет витую пружину 16 разматываться, что приводит витую пружину 16 к радиальному увеличению в диаметре, что высвобождает муфту 8 от фрикционного сжатия. Это позволяет шкиву 24 временно превышать скорость вращения ступицы 6. В течение состояния превышения скорости вращения втулка 14, упорная шайба 10 и втулка 22 все испытывают некоторое относительное движение.
Фиг. 5 представляет собой поперечное сечение, показывающее соединение витой пружины со ступицей. Если во время работы нагружающий крутящий момент на торсионной пружине 18 превышает заранее заданную величину, то ступица 6 продолжит угловое продвижение вперед относительно шкива 24. При этом конец 66 кольцевой канавки 64 для витой пружины войдет в контакт с концом 161 витой пружины 16 (фиг. 5). Этот контакт принудит витую пружину 16 к частичному разматыванию, когда нагрузка увеличивается, тем самым частично расширяя радиальный диаметр витой пружины 16. Частичное разматывание витой пружины 16 постепенно высвобождает усилие фрикционного сцепления ("сжатия") с муфтой 8 и шкивом 24, когда входящий крутящий момент увеличивается, например, во время крайнего ускорения двигателя. Частичное ослабление сжатия витой пружины 16 позволяет ступице 6 частично превысить скорость вращения шкива 24, что позволяет стравить избыточный крутящий момент. Это ограничивает дальнейшую нагрузку, таким образом защищая устройство и компоненты, приводимые в действие устройством от возможного ущерба из-за условий перегрузки.
Фиг. 6 представляет собой деталь держателя муфты. Держатель 20 содержит части 25а, 25b, 25с, которые удерживают витки торсионной пружины 18. Каждая часть 25a, 25b, 25c имеет разную высоту по отношению к держателю муфты сцепления для того, чтобы поддерживать спиральную форму витой пружины. Конец 160 витой пружины 16 зацепляет элемент 23. Часть 25с также выполняет функцию стопора для торсионной пружины. Конец 182 торсионной пружины упирается в стопор 25c для торсионной пружины во время работы.
Фиг. 7 представляет собой подробность держателя муфты. Конец 182 торсионной пружины 18 входит в зацепление со стопором 25с в условиях приведения в движение. Конец 160 витой пружины 16 входит в зацепление с элементом 23.
Фиг. 8 представляет собой подробность демпфера торсионной вибрации. Канал 200 для продуктов изнашивания позволяет продуктам изнашивания выйти из устройства между демпфером 2 и шкивом 24. Форма лабиринта канала 200 препятствует попаданию продуктов изнашивания в пространство между демпфером и шкивом.
Фиг. 9 представляет собой деталь ступицы и торсионную пружину. Конец 180 торсионной пружины 18 входит в зацепление со стопором 65 на ступице 6. Во время работы торсионная пружина 18 нагружается в направлении разматывания, вынуждая конец 180 упереться в стопор 65.
Преимущества устройства включают в себя шкив, соединенный с витой пружиной, опорный подшипник и элемент инерции, расположенные в основном внутри оболочки устройства. Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является то, что витая пружина 16 может нести значительно более высокую нагрузку по сравнению с подобной витой пружиной в направлении разматывания. Например, витая пружина, описанная в патенте США 7,591,357, должна быть выбрана на основе прочности и жесткости материала, так как витая пружина должна держать свою 3D форму и 2D форму при сжатии (направление разматывания). Будучи разработана не должным образом, на определенных нагрузках витая пружина известного уровня техники может "деформироваться". С другой стороны, витая пружина в настоящем изобретении является единственным предметом натяжения во время загрузки, что позволяет существенно более высокую нагрузку.
Хотя форма настоящего изобретения была описана в данном документе, специалистам в данной области техники очевидно, что могут быть внесены изменения в конструкцию и взаимосвязь деталей без отступления от сущности и объема описанного в данном документе изобретения.