ИЗОЛИРУЮЩИЙ РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ
ISOLATING DISCONNECTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к изолирующему разъединителю и, более точно, к изолирующему разъединителю, содержащему первый и второй взаимодействующие сужающиеся элементы.
Предпосылки создания изобретения
Применение дизельных двигателей для пассажирских автомобилей увеличивается вследствие их преимущества, связанного с лучшей экономией топлива. Кроме того, в бензиновых двигателях увеличиваются значения степени сжатия для повышения эффективности использования топлива. В результате системы приводов вспомогательных агрегатов дизельных и бензиновых двигателей должны преодолевать вибрации большей величины, вызванные коленчатыми валами вследствие вышеупомянутых изменений в двигателях.
При увеличенной вибрации коленчатого вала в дополнение к большим величинам ускорения/замедления и большой инерции генератора переменного тока система привода вспомогательных агрегатов двигателя часто испытывает вибрационный шум от ремня, вызванный проскальзыванием ремня. Это также приводит к снижению эксплуатационной долговечности ремня.
Изоляторы для коленчатого вала и разъединители/изоляторы для генератора переменного тока широко использовались для двигателей с большой угловой вибрацией для отфильтровывания вибраций в диапазоне рабочих чисел оборотов двигателя. Тем не менее, несмотря на то что изолятор для коленчатого вала может очень хорошо функционировать в диапазоне рабочих частот вращения двигателя, он по-прежнему создает проблемы во время запуска или останова двигателя вследствие собственной частоты самого изолятора.
Разъединитель/изолятор для генератора переменного тока может устранить проблему, связанную с проскальзыванием ремня на шкиве генератора, но он не может устранить проблему, связанную с проскальзыванием ремня, имеющим место на шкиве коленчатого вала. В некоторых двигателях как изолятор для коленчатого вала, так и разъединитель/изолятор для генератора переменного тока должны использоваться вместе. К сожалению, это приводит к значительному увеличению стоимости системы привода вспомогательных агрегатов, и часто производители транспортных средств не хотят платить за это.
Характерным примером уровня техники является патент США номер 6044943, в котором раскрыт разъединитель для коленчатого вала, который имеет установочную ступицу, шкив, установленный с возможностью вращения на установочной ступице, кольцевой держатель, установленный внутри указанного шкива, поджимающее устройство, установленное между ними, и одностороннюю муфту, установленную между кольцевым держателем и шкивом. Поджимающее устройство обеспечивает демпфирование ременной передачи от импульсов, создаваемых коленчатым валом, и снижение угловой резонансной частоты системы с ремнем. Односторонняя муфта предотвращает внезапное полное изменение направления натяжения ремня в приводе, вызываемое пуском/остановом двигателя, или внезапное снижение числа оборотов двигателя и предотвращает визг ремня при мгновенном проскальзывании в обратном направлении, происходящий в результате ненадлежащего срабатывания натяжных устройств для режима реверсирования. Односторонняя муфта ограничивает максимальную величину крутящего момента, которая может быть передана, тем самым предотвращая проскальзывание ремня во время мгновенной перегрузки.
Существует потребность в изолирующем разъединителе, содержащем первый и второй взаимодействующие сужающиеся элементы. Настоящее изобретение позволяет удовлетворить данную потребность.
Сущность изобретения
Главная особенность изобретения заключается в разработке изолирующего разъединителя, содержащего первый и второй взаимодействующие сужающиеся элементы.
Другие аспекты изобретения будут указаны или сделаны очевидными посредством нижеприведенного описания изобретения и сопровождающих чертежей.
Изобретение включает в себя изолирующий разъединитель, содержащий первую сужающуюся часть, предназначенную для присоединения к приводному валу, вторую сужающуюся часть, контактно взаимодействующую с первой сужающейся частью, при этом вторая сужающаяся часть имеет сцепление со шкивом посредством сил трения, и эластомерный элемент, в рабочем состоянии расположенный между второй сужающейся частью и шкивом.
Краткое описание чертежей
Сопровождающие чертежи, которые включены в описание и образуют часть описания, иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием служат для разъяснения принципов изобретения:
Фиг.1 - выполненный с частичным разрезом вид в перспективе изолирующего разъединителя.
Фиг.2 - выполненный с пространственным разделением элементов вид в перспективе спереди изолирующего разъединителя по фиг.1.
Фиг.3 - выполненный с пространственным разделением элементов вид в перспективе альтернативного варианта осуществления.
Фиг.4 - выполненный с пространственным разделением элементов вид в перспективе еще одного альтернативного варианта осуществления.
Фиг.5 - частичное сечение варианта осуществления по фиг.4.
Фиг.6 - выполненный с частичным разрезом вид в перспективе альтернативного варианта осуществления.
Фиг.7 - выполненный с пространственным разделением элементов вид в перспективе альтернативного варианта осуществления по фиг.6.
Фиг.8 - вид в перспективе альтернативного варианта осуществления по фиг.6.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
Фиг.1 представляет собой выполненный с частичным разрезом вид в перспективе изолирующего разъединителя. Изолирующий разъединитель позволяет устранить проскальзывание ремня, вызванное снижением числа оборотов двигателя, а также отфильтровать вибрации в обратном направлении во время запуска/останова двигателя.
Изолирующий разъединитель 100 имеет компактную конструкцию. Компоненты изолирующего разъединителя содержатся внутри шкива 50. Клиновый диск 10 введен в контактное взаимодействие с клиновым диском 20. Клиновый диск 20 прикреплен к ступице 30.
Клиновый диск 10 содержит множество сужающихся частей 11, которые расположены по окружной периферии диска 10. Каждая сужающаяся часть 11 контактно взаимодействует с сужающейся частью 21 клинового диска 20. Каждая сужающаяся часть простирается вдоль оси А-А вращения, имея угол α заострения. Число сужающихся частей 11, 21 и угол α каждой сужающейся части выбраны в зависимости от требований по нагрузке, создаваемой крутящим моментом, к приводу вспомогательных агрегатов и времени срабатывания при разъединении. Угол α определяют относительно нормальной плоскости, которая проходит перпендикулярно к оси вращения. Угол α находится в плоскости, перпендикулярной к нормальной плоскости. Нормальная плоскость по существу параллельна поверхности 13.
Пружины 60 расположены между каждым клиновым диском 10 и клиновым диском 20. Пружины 60 используются для упругого поддержания заданного взаимного расположения клинового диска 10 и клинового диска 20, а именно поддержания контакта клинового диска 10 с изолирующей пластиной 40. Форма пружин или число пружин могут также варьироваться в зависимости от технических требований, например, могут использоваться пластинчатые пружины, резиновые элементы, цилиндрические винтовые пружины и так далее.
Клиновый диск 10 может содержать пластик, или пластик, соединенный с металлом, или любой другой пригодный для формования материал с аналогичной прочностью. Клиновый диск 20 может содержать штампованный листовой металл, чугун, отформованный выдавливанием алюминий, пластик или аналогичный материал.
Скошенные поверхности 12, 22 находятся в скользящем контакте друг с другом. Каждая скошенная поверхность 12, 22 имеет очень низкий коэффициент трения, составляющий менее приблизительно 0,2, для облегчения относительного перемещения. С другой стороны, поверхность 13 покрыта материалом с высоким коэффициентом трения или отформована из материала с высоким коэффициентом трения, находящимся в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 3,0. Поверхность 13 образована из долговечного материала, такого как металл или пластик.
Поверхность 13 клинового диска введена в скользящий контакт с изолирующей пластиной 40. Между изолирующей пластиной 40 и шкивом 50 расположен упругий пружинящий элемент 70. Пружинящий элемент 70 присоединен к шкиву 50 и изолирующей пластине 40. Пружинящий элемент 70 содержит или природный каучук, или синтетические полимеры, или металлическую пружину, которые все известны в данной области техники, или комбинацию из двух или более из вышеуказанных элементов. Пружинящий элемент 70 изолирует и поглощает импульсы от коленчатого вала, которые в противном случае передавались бы шкиву и, тем самым, приводимым в движение посредством ремня вспомогательным агрегатам (непоказанным).
Ступица 30 соединена с коленчатым валом двигателя (непоказанным) посредством использования крепежных деталей, таких как болты (непоказанные), проходящие через отверстия 31. Ступица 30 может быть запрессована для контактного взаимодействия со ступицеобразным элементом (hub member) 32.
В нижеприведенной таблице проиллюстрирована приведенная в качестве примера конструкция:
Число сужающихся частей (11, 21): 4
Угол (α) заострения: 25°
Жесткость пружины: от 3 до 10 Н/м
Число пружин (60): 4
Требование к нагрузке, создаваемой крутящим моментом: 100 Нм
Время срабатывания при разъединении клиновых дисков: <0,1 секунды.
При запуске двигателя по мере того, как коленчатый вал обеспечивает поворот клинового диска 20 в направлении вращения двигателя, клиновый диск 10 принудительно смещается по направлению к изолирующей пластине 40 за счет взаимодействия сужающихся частей 11, 21. Клиновый диск 10 обеспечивает приведение в движение шкива 50 посредством силы трения, передаваемой изолирующей пластине 40 и, следовательно, посредством эластомерного элемента 70 шкиву 50. Шкив 50 затем приводит в действие систему вспомогательных агрегатов двигателя посредством ремня, введенного в контактное взаимодействие с поверхностью 51, см. фиг.2.
Во время снижения числа оборотов двигателя или останова двигателя шкив 50 будет приводиться в движение в обратном направлении посредством количества движения, передаваемого системой ременного привода через посредство ремня. Клиновый диск 10 и клиновый диск 20 перемещаются в аксиальном направлении друг к другу при совместном скольжении скошенных частей 11, 21. Относительное аксиальное перемещение клинового диска 10 относительно клинового диска 20 вызывает выход поверхности 13 из контакта с изолирующей пластиной 40, в результате чего шкив будет временно отсоединяться от коленчатого вала. Это мгновенное изменение направления «потока» крутящего момента на противоположное позволяет шкиву временно «обгонять» вращение коленчатого вала. Пружины 60 обеспечивают возможность плавного контактного взаимодействия между клиновым диском 10 и изолирующей пластиной 40 во время движения в обратном направлении или останова.
Фиг.2 представляет собой выполненный с пространственным разделением элементов вид в перспективе спереди изолятора по фиг.1. Клиновый диск 20 размещен внутри ступицы 30. Клиновый диск 10 введен в контактное взаимодействие с клиновым диском 20. Пружины 60 расположены на конце каждой сужающейся части 11, 21 между клиновыми дисками 10, 20.
Поверхность 13 введена во фрикционный контакт с изолирующей пластиной 40. Пружинящий элемент 70 прикреплен к изолирующей пластине 40 и к шкиву 50. Втулка 80 с низким коэффициентом трения расположена между ступицей 30 и шкивом 50 для поддержания их соосности и обеспечения возможности мгновенного перемещения их друг относительно друга. Шкив 50 имеет поверхность 51, пригодную для сцепления с ремнем (непоказанным).
Ступицеобразный элемент 32 прикреплен к ступице 30 посредством использования крепежных деталей 33 или с помощью других пригодных средств, таких как вдавливание, сварка или клепка. Обод 34 элемента 32 обеспечивает захват шкива 50, втулки 80, эластомерного элемента 70, изолирующей пластины 40, втулки 82, клинового диска 20, клинового диска 10 между элементом 32 и ступицей 30. Втулка 81 с низким коэффициентом трения расположена между элементом 32 и шкивом 50 для поддержания их соосности и обеспечения возможности их перемещения друг относительно друга. Втулка 82 расположена между шкивом 50 и изолирующей пластиной 40 для поддержания соосности и обеспечения возможности их перемещения друг относительно друга. Втулка 83 расположена между изолирующей пластиной 40 и ступицей 30 для поддержания соосности и обеспечения возможности их перемещения друг относительно друга. Втулки могут представлять собой любую втулку или опору с низким коэффициентом трения, пригодную для эксплуатации.
Фиг.3 представляет собой выполненный с пространственным разделением элементов вид в перспективе альтернативного варианта осуществления. Компоненты в данном альтернативном варианте осуществления такие же, как описанные для фиг.1 и 2, за исключением пружин 61. В данном варианте осуществления каждая пружина 61 представляет собой цилиндрическую винтовую пружину, которая сжимается между клиновым диском 10 и клиновым диском 20 во время работы. Каждая пружина 61 вставлена в углубление 62.
Фиг.4 представляет собой выполненный с пространственным разделением элементов вид в перспективе еще одного альтернативного варианта осуществления. В данном альтернативном варианте осуществления клиновый диск 10 и клиновый диск 20 заменены взаимодействующими клиновыми круговыми частями 200 и 300. Каждая клиновая круговая часть 200, 300 имеет сужающуюся форму. Между каждыми клиновыми круговыми частями 200, 300 расположена пружина 700. Каждая пружина 700 опирается на часть 200 и поджимает каждую часть 300 для ввода ее в контакт с поверхностью 403 ступицеобразной пластины.
Каждая клиновая часть имеет угол (α). Угол α находится в плоскости, параллельной плоскости, которая проходит перпендикулярно оси А-А вращения. Ступицеобразная часть 320 прикреплена к ступице 301 посредством использования крепежных деталей 330. Эластомерный элемент 402 прикреплен к шкиву 500 и к ступицеобразной пластине 400. Втулка 401 расположена между ступицеобразной пластиной 400 и ступицеобразной частью 301. Втулка 404 расположена между ступицеобразной частью 301 и шкивом 500. Каждая из втулок 601, 602 и 603 имеет низкий коэффициент трения для обеспечения возможности перемещения соседних компонентов друг относительно друга.
Каждая скошенная поверхность 304 покрыта материалом с высоким коэффициентом трения или отформована из материала с высоким коэффициентом трения, находящимся в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 3,0, и выполнена из долговечного материала, такого как металл или пластик. Число клиновых частей 200, 300 и угол α каждой части выбраны в зависимости от требований по нагрузке, создаваемой крутящим моментом, к приводу вспомогательных агрегатов и времени срабатывания при разъединении. Каждая поверхность каждой клиновой части 200, 300 имеет коэффициент трения, составляющий менее приблизительно 0,2.
Клиновые круговые части 200 неподвижно прикреплены к части ступицы 301 и/или образуют часть ступицы 301. Части 300 не прикреплены к ступице 301. Каждая часть 300 «плавает» между каждой соседней частью 200 и поверхностью 403 и ограничена каждой соседней частью 200 и поверхностью 403. Посредством клиновых круговых частей движущая сила трения создается между поверхностью 304 части 300 и наружной периферийной поверхностью 401 в результате перемещения части 200 и части 300 друг относительно друга (заклинивания). В результате перемещения части 200 относительно части 300, вызванного вращением ступицы 301, часть 300 поджимается в радиальном направлении внутрь к поверхности 403 изолятора для передачи крутящего момента от ступицы 301 через посредство частей 300 изолирующей пластине 400. Затем крутящий момент передается через посредство эластомерного элемента 402 и, следовательно, передается шкиву 500 во время нормального состояния движения без ускорения. Шкив 500 приводит в движение ремень (непоказанный).
Во время снижения числа оборотов двигателя, которое также представляет собой состояние свободного хода (инерции), клиновая часть 300 перемещается относительно части 200 для вывода части 300 из контакта с поверхностью 403. Это приводит к устранению силы трения между частью 300 и поверхностью 403, в результате чего изолятор обеспечивает возможность отсоединения ремня от коленчатого вала и, тем самым, «обгона» коленчатого вала во время торможения (останова) или пуска.
Фиг.5 представляет собой частичное сечение варианта осуществления по фиг.4. Ступицеобразная часть 301 исключена из данной фигуры для ясности. Пружинящий элемент 501 удерживает каждую клиновую часть 300 на расстоянии от ступицеобразной части 301. Поскольку ступицеобразная часть 301 может смещаться относительно клиновых элементов 300 на некоторую незначительную величину, дистанционирующее действие, обеспечиваемое пружинящим элементом 501, предотвращает чрезмерное истирание, износ, фрикционный нагрев и демпфирование между клиновыми элементами 300 и ступицеобразной частью 301.
Фиг.6 представляет собой выполненный с частичным разрезом вид в перспективе альтернативного варианта осуществления. В данном альтернативном варианте осуществления упругий пружинящий элемент 70 не используется. Компоненты в данном альтернативном варианте осуществления такие же, как описанные со ссылкой на фиг.1-5, за исключением специально предусмотренных на данной фиг.6.
Втулка 502 с низким коэффициентом трения расположена между фланцем 501 и фланцем 503 шкива. Фланец 501 неподвижно присоединен к концу 301 ступицы 3000, например, посредством прессовой посадки. Клиновый диск 20 введен в неподвижный контакт со ступицей 3000. Клиновый диск 20 не вращается относительно ступицы 3000. Сужающиеся части 11 и клиновый диск 20 функционируют, как описано со ссылкой на фиг.1-5. Поверхности 13 сужающихся частей 11 входят во фрикционный контакт с клиновым диском 20 и фланцем 503. Взаимодействующая с ремнем поверхность 504 предназначена для взаимодействия с ремнем (непоказанным).
Фиг.7 представляет собой выполненный с пространственным разделением элементов вид в перспективе альтернативного варианта осуществления по фиг.6. Ступица 3000 неподвижно прикреплена к валу, такому как вал (непоказанный) генератора. Клиновый диск 20 вращается вместе со ступицей 3000. Клиновый диск 10 и клиновый диск 20 и сужающиеся части 11 функционируют, как описано для фиг.1-5.
Фиг.8 представляет собой вид в перспективе альтернативного варианта осуществления по фиг.6. Поверхности пазов 201 контактируют с взаимодействующими язычками 301 на ступице 3000, что гарантирует то, что клиновый диск 20 будет постоянно вращаться вместе со ступицей 3000.
Несмотря на то что здесь были описаны варианты изобретения, для специалистов в данной области техники будет очевидно то, что могут быть выполнены изменения конструкции и взаимосвязи частей без отхода от сущности и объема изобретения, описанного здесь.