РАЗОБЩАЮЩАЯ МУФТА Российский патент 2017 года по МПК F16H55/36 F16D7/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к разобщающей муфте, имеющей шкив, установленный с возможностью вращения на валу на втулке с низким коэффициентом трения и установленный с возможностью вращения на держателе пружины на втулке с низким коэффициентом трения, при этом держатель пружины установлен с возможностью вращения на валу на втулке с низким коэффициентом трения.

Предпосылки изобретения

Это изобретение относится к устройствам регулирования генератора переменного тока, в частности, к шкивам разобщающей муфты генератора переменного тока (AID) с торсионными пружинами для изоляции (виброизоляции). Функция и полезность устройств регулирования генератора переменного тока общеизвестны. Существующие сегодня коммерчески доступные устройства AID имеют разобщающую пружину, муфту свободного хода, подшипник (подшипники), шкив и некоторые другие компоненты. Потребность в каждом из этих компонентов обычно требует того, чтобы диаметр габаритного размера устройства превышал размеры, желательные в промышленности. С существующими сегодня требованиями более малых объемов автомобильных двигателей и увеличения экономичности по топливу существует потребность в устройствах AID, которые имеют уменьшенный диаметр шкива при соответствии требуемой функциональности.

Представительным на известном уровне техники является патент США № 7153227, который раскрывает разобщающую муфту для шкива генератора переменного тока в приводной системе с поликлиновым ремнем, которая имеет упругий элемент в виде спиральной пружины, соединяющий шкив генератора переменного тока со структурой ступицы посредством элемента для удерживания пружины. Между элементом для удерживания пружины и структурой ступицы расположена втулка для облегчения скользящего сцепления между ними. Между пружинным элементом и шкивом генератора переменного тока расположен кольцевой втулочный элемент для облегчения скользящего сцепления между ними. Пружинный элемент соединен одним его концом со структурой ступицы и противоположным его концом с элементом для удерживания пружины. Упругий пружинный элемент передает задаваемые вращательные движения шкива генератора переменного тока посредством поликлинового ремня структуре ступицы таким образом, что вал генератора переменного тока вращается в том же направлении, что и шкив генератора переменного тока, будучи способным совершать мгновенные относительные упругие движения в противоположных направлениях относительно шкива генератора переменного тока во время задаваемого вращательного движения.

Также представительной для известного уровня техники является одновременно рассматриваемая не предварительная заявка заявителя № 13/541216, поданная 07.03.2012 г.

Требуется разобщающая муфта, имеющая шкив, установленный с возможностью вращения на валу на втулке с низким коэффициентом трения и установленный с возможностью вращения относительно держателя пружины на втулке с низким коэффициентом трения, при этом держатель пружины установлен с возможностью вращения на валу на втулке с низким коэффициентом трения. Настоящее изобретение удовлетворяет этой потребности.

Сущность изобретения

Главным объектом изобретения является разобщающая муфта, имеющая шкив, установленный с возможностью вращения на валу на втулке с низким коэффициентом трения и установленный с возможностью вращения на держателе пружины на втулке с низким коэффициентом трения, при этом держатель пружины установлен с возможностью вращения на валу на втулке с низким коэффициентом трения.

Другие аспекты изобретения будут указаны или пояснены следующим описанием изобретения и прилагаемыми чертежами.

Вариант осуществления изобретения содержит разобщающую муфту, содержащую шкив, вал, при этом шкив установлен с возможностью вращения на валу на втулке с низким коэффициентом трения, держатель пружины, вышеупомянутый шкив, установленный с возможностью вращения на держателе пружины на втулке с низким коэффициентом трения, при этом держатель пружины установлен с возможностью вращения на валу на втулке с низким коэффициентом трения, торсионную пружину, расположенную между шкивом и держателем пружины, пружину муфты свободного хода , за счет трения сцепляющуюся с валом, при этом пружина муфты свободного хода соединена с держателем пружины, причем пружина муфты свободного хода расположена радиально-внутри относительно торсионной пружины, и вышеупомянутый шкив временно сцепляется с концом пружины муфты свободного хода, посредством чего сцепление за счет трения пружины муфты свободного хода с валом временно уменьшается.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи, которые включены в описание и являются его частью, иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и совместно с описанием служат для пояснения принципов изобретения.

Фиг.1 - вид в перспективе устройства с пространственным разделением деталей.

Фиг.2 - вид устройства в сечении.

Фиг.3 - деталь Фиг.2.

Подробное описание предпочтительного варианта

осуществления изобретения

На Фиг.1 показан вид в перспективе с пространственным разделением деталей устройства, соответствующего изобретению. Вариант осуществления изобретения содержит шкив 10, разобщающую торсионную пружину 20, держатель 30 пружины, муфту 40 свободного хода из витой пружины, втулки 50, 51, 52 с низким коэффициентом трения и вал 70 с пылезащитной крышкой 60. Вал 71 установлен посредством прессовой посадки на вал 70.

В частности, шкив 10 установлен с возможностью вращения на валу 71 на втулке 50. Держатель 30 пружины установлен с возможностью вращения на валу 70 на втулке 51. Шкив 10 установлен с возможностью вращения на держателе 30 пружины на втулке 52. В этом варианте осуществления изобретения шкив 10 имеет многоручьевой профиль для сцепления с ремнем на вспомогательном приводе в передней части двигателя транспортного средства (FEAD).

Втулки 50, 51, 52 используются вместо других типов подшипников, таких как игольчатые подшипники или шарикоподшипники, поскольку втулки позволяют получить устройство с меньшим наружным диаметром. В альтернативном варианте осуществления изобретения втулка 50 может быть заменена подшипником, таким как игольчатый подшипник или шариковый подшипник.

Муфта 40 свободного хода из витой пружины представляет собой спирально намотанную пружину, охватывающую наружную поверхность 72 вала 71. Внутренний диаметр пружины сцепления муфты 40 немного меньше наружного диаметра поверхности 72 вала. Это обеспечивает то, что сцепление между муфтой 40 свободного хода из витой пружины и поверхностью 72 вала обусловлено трением. Конец 41 муфты 40 свободного хода из витой пружины соединен с частью 32 для приема держателя пружины. Муфта 40 свободного хода из витой пружины расположена радиально-внутри относительно торсионной пружины 20 между торсионной пружиной 20 и валами 70 и 71. Пружина 40 в ходе работы нагружена в направлении намотки.

Торсионная пружина 20 соединена между шкивом 10 и держателем 30 пружины. В ходе работы торсионная пружина 20 нагружена в направлении, обратном направлению намотки, ремнем, сцепленным со шкивом 10. В альтернативном варианте осуществления изобретения торсионная пружина 20 нагружена в направлении намотки.

Пылезащитная крышка 60 предотвращает попадание грязи в устройство и загрязнение втулок. На вал 71 посредством прессовой посадки установлено стопорное кольцо 122.

Передача крутящего момента в устройстве, соответствующем изобретению, осуществляется от шкива 10 к торсионной пружине 20, к держателю 30 пружины, к муфте 40 свободного хода из витой пружины и к валу 71. В ходе работы муфта 40 свободного хода из витой пружины нагружена в направлении намотки. Это обеспечивает то, что витая пружина 40 сжимается и за счет трения сцепляется с валом 71 на поверхности 72.

На Фиг.2 показан вид устройства в сечении. Держатель 30 пружины может совершать вращательное движение на втулке 51 относительно вала 70.

Натяжение ремня генерирует нагрузку N на ступицу. Натяжение ремня нормально воздействует на шкив 10. Нагрузка на ступицу является результатом натяжения в тугом и ненатянутом диапазонах ремня и угла охвата, то есть угловом диапазоне части шкива, с которой входит в контакт ремень. На практике крутящий момент, прилагаемый к шкиву генератора переменного тока, составляет приблизительно 15 Н⋅м. При диаметре шкива, составляющем 54 мм, эффективное натяжение составляет приблизительно 556 Н. Натяжение на ослабленной стороне в типичном случае составляет 250 Н. Натяжение на тугой стороне составляет приблизительно 806 Н, и нагрузка на ступицу находится в диапазоне от 800 Н до 1056 Н в зависимости от угла охвата.

На Фиг.2:

N - нагрузка ремнем на ступицу;

R1 - реакция на втулке 50;

R2 - реакция на втулке 52;

R3 - реакция на втулке 51;

a - расстояние между N и R1;

b - расстояние между N и R2/R3;

r1 - радиус втулки 50;

r2 - радиус втулки 52;

r3 - радиус втулки 51;

m1 - коэффициент трения втулки 50;

m2 - коэффициент трения втулки 52;

m3 - коэффициент трения втулки 51;

T1 - момент трения на втулке 50;

T2 - момент трения на втулке 52;

T3 - момент трения на втулке 51.

Момент трения может быть вычислен на основе геометрии (a и b), радиуса поверхности трения (r1, r2 и r3) и коэффициента трения (m1, m3 и m3): T=R⋅r⋅m (для каждой втулки). Например, указанные выше:

r1=12 мм;

r2=23 мм;

r3=10 мм;

m1=m2=m3=0,15;

a=15 мм, b=22 мм;

Принимая N=1000 Н,

R1 = N⋅b/(a+b) = 595 Н;

R2 = R3 = N⋅a/(a+b) = 405 Н.

Момент трения тогда может быть вычислен для каждой втулки:

T1 = 1,07 Н⋅м;

T2 = 1,39 Н⋅м;

T3 = 0,6 Н⋅м.

В устройстве, соответствующем изобретению, используются втулка 50 во время разобщения и обгона, втулка 52 только для разобщения и втулка 51 только для обгона. Термин "разобщение" относится к состоянию, когда устройство используется для передачи крутящего момента соединенному с ним приспособлению, такому как генератор переменного тока. Термин "обгон" относится к состоянию, когда двигатель уменьшает скорость, и в результате угловая скорость приспособления, такого как генератор переменного тока, временно превышает угловую скорость устройства. Предпочтительно иметь более высокое демпфирование или внутреннее трение для разобщения и более низкое для обгона. Полный момент трения во время разобщения составляет:

T_is = T1+T2 = 2,46 Н⋅м

и при обгоне составляет:

T_ov = T1+T3 = 1,67 Н⋅м

Это означает, что крутящий момент при обгоне приблизительно на 32% меньше, чем во время разобщения, что значительно.

Другим объектом изобретения является снижение нагрузки PV (давление/скорость) на втулки 52 и 51. Обе втулки 51, 52 имеют малую ширину, составляющую приблизительно от 5 мм до 8 мм. Работа втулки 52 во время обгона может привести к перегреву и преждевременному износу. Скорость на поверхности втулки 52 при обгоне может достигать 10,9 м/сек (скорость обгона может достигать 4750 об/мин). В случае когда втулка 51 работает при обгоне, это число составляет меньше половины или 4,74 м/сек. Относительно износа и долговечности снижение скорости, таким образом, более важно.

Также известно, что номинальный пиковый момент генератора переменного тока меньше, чем пиковый момент, наблюдавшийся при запуске двигателя. Например, типичный автомобильный генератор переменного тока будет иметь номинальный пиковый момент, составляющий 12 Н⋅м, инерцию, составляющую 0,0030 кг/м², и темп ускорения генератора переменного тока, составляющий 8400 рад/с² при пуске двигателя. С использованием Уравнения 1 для пуска двигателя устройство должно быть в состоянии работать с крутящим моментом, составляющим 25,2 Н⋅м, но не будет испытывать такой высокий крутящий момент при всех других рабочих условиях.

Уравнение 1: T = Iα

T - крутящий момент;

I - инерция генератора переменного тока;

α - темп ускорения;

T = (0,0030) ⋅8400 = 25,2 Н⋅м.

Для оптимизации торсионной пружины 20 предпочтительно иметь перегрузочную характеристику, которая предотвращает чрезмерный крутящий момент, такой как тот, который может возникать при пуске, переданный от шкива 10 к разъединяющей торсионной пружине 20. Чрезмерный крутящий момент, прилагаемый к торсионной пружине 20, может перенапрягать торсионную пружину 20, вызывая преждевременный выход из строя. Устройство, соответствующее изобретению, конфигурировано таким образом, что когда шкив 10 стремится передавать крутящий момент, который превышает заданный уровень, возможно возникновение характерного признака перегрузки

Муфты свободного хода из витой пружины известны. Они работают посредством натяжения витой пружины, что вызывает стягивание витой пружины вокруг вала в направлении намотки. Натяжение создает нормальную силу между витой пружиной и валом. Нормальная сила генерирует трение между витой пружиной и валом, которое обеспечивает передачу крутящего момента валу. Ослабление натяжения витой пружины снижает или устраняет нормальную силу, таким образом уменьшая или исключая сцепляющую функцию витой пружины.

Шкив 10 в устройстве, соответствующем изобретению, имеет сцепляющуюся поверхность 11 для сцепления с концом 42 муфты 40 свободного хода из витой пружины. Шкив 10 сцепляется с муфтой свободного хода из витой пружины, контактируя с концом 42, и при этом муфта 40 свободного хода из витой пружины разматывается с вала 10. Результатом этого разматывания является снижение натяжения муфты 40 свободного хода из витой пружины, что приводит к освобождению муфты свободного хода из витой пружины от поверхности 72 вала.

На фиг.3 показана деталь фиг.2. Описанный признак перегрузки обеспечивает освобождение муфты 40 свободного хода из витой пружины, позволяя ей проскальзывать по поверхности 72 вала, что эффективно удаляет значение инерции генератора переменного тока из Уравнения 1 и, таким образом, снижает передающийся крутящий момент, в свою очередь устраняя приложение к торсионной пружине 20 чрезмерного крутящего момента. Отсоединение пружины 40 от сцепляемой с ней поверхности 72 происходит, когда при заданном крутящем моменте отклонение разобщающей торсионной пружины 20 позволяет шкиву 10 вращаться с достаточной величиной для вызова сцепления поверхности 11 с концом 42 сцепляющейся пружины. Шкив 10, таким образом, временно сцепляется с концом 42 муфты свободного хода из витой пружины, в направлении разматывания витой пружины, что временно увеличивает внутренний диаметр пружины 40. Это расширение, вызванное временным контактом со шкивом 10, частично или полностью освобождает сцепление за счет трения витой пружины односторонней муфты 40 из витой пружины с поверхностью 72 вала, что в свою очередь позволяет скользить валу и, таким образом, вращаться относительно муфты свободного хода из витой пружины.

Разобщающая торсионная пружина 20 установлена таким образом, что она нагружена в направлении разматывания. Конец 21 пружины 20 сцепляется с поверхностью 13 шкива 10. Торсионная пружина 20 устроена таким образом, что она посажена с натягом на внутренний диаметр каждой из ее двух сопрягающихся частей, а именно, на внутреннюю поверхность 12 шкива 10 и внутреннюю поверхность 31 держателя 30 пружины. Это взаимодействие сохраняет вращательное положение этих компонентов, когда вал 70, 71 обгоняет шкив 10, например, при переключении передач трансмиссии транспортного средства.

При нормальной нагрузке разобщающая торсионная пружина 20 передает скручивающие усилия от шкива держателю пружины. Поддержание контакта между торсионной пружиной 20 и шкивом 10 и держателем 30 пружины желательно для предотвращения отделения этих компонентов и, таким образом, исключения связанного с этим потенциального генерирования шума, когда нормальная задающая функция снова возобновляет соединение этих компонентов после возникновения состояния обгона. Посадка с натягом вынуждает разобщающую торсионную пружину 20 действовать в некоторой степени как витая пружина при условиях обгона, которая поддерживает надлежащий контакт компонента.

Хотя здесь была описана форма осуществления изобретения, специалистам в данной области техники будет очевидно, что могут иметь место варианты конструкции и соотношения частей без отхода от сущности и объема описанного здесь изобретения.

Разобщающая муфта содержит шкив, вал, держатель пружины, торсионную пружину и пружину муфты свободного хода. Шкив установлен с возможностью вращения на валу на втулке с низким коэффициентом трения. Шкив установлен с возможностью вращения на держателе пружины на втулке с низким коэффициентом трения. Держатель пружины установлен с возможностью вращения на валу на втулке с низким коэффициентом трения. Торсионная пружина соединена между шкивом и держателем пружины. Пружина муфты свободного хода за счет трения сцепляется с валом, при этом она соединена с держателем пружины и расположена внутри относительно торсионной пружины. Шкив может временно сцепляться с концом пружины муфты свободного хода. Достигается уменьшение габаритного размера. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Разобщающая муфта, содержащая:

шкив;

вал;

вышеупомянутый шкив установлен с возможностью вращения на валу на втулке с низким коэффициентом трения;

держатель пружины;

вышеупомянутый шкив установлен с возможностью вращения на держателе пружины на втулке с низким коэффициентом трения, при этом держатель пружины установлен с возможностью вращения на валу на втулке с низким коэффициентом трения;

торсионную пружину, соединенную между шкивом и держателем пружины;

пружину муфты свободного хода, за счет трения сцепляющуюся с валом, при этом пружина муфты свободного хода соединена с держателем пружины;

при этом пружина муфты свободного хода расположена радиально-внутри относительно торсионной пружины; и

при этом шкив может временно сцепляться с концом пружины муфты свободного хода таким образом, что сцепление за счет трения пружины муфты свободного хода с валом временно уменьшается.

2. Разобщающая муфта по п. 1, в которой торсионная пружина нагружена в направлении разматывания.

3. Разобщающая муфта, содержащая:

шкив;

вал;

держатель пружины;

вышеупомянутый шкив установлен с возможностью вращения на держателе пружины и валу на втулках с низким коэффициентом трения;

торсионную пружину, соединенную между шкивом и держателем пружины;

муфту свободного хода из витой пружины, обернутую вокруг вала и сцепляющуюся за счет трения, при этом муфта свободного хода из витой пружины соединена с держателем пружины;

при этом муфта свободного хода из витой пружины расположена радиально-внутри относительно торсионной пружины; и

вышеупомянутый шкив может временно сцепляться с концом муфты свободного хода из витой пружины в направлении разматывания таким образом, что временный контакт между концом муфты свободного хода из витой пружины и шкивом может временно размыкать сцепление за счет трения муфты свободного хода из витой пружины с валом.

4. Разобщающая муфта по п. 3, в которой торсионная пружина нагружена в направлении разматывания.

5. Разобщающая муфта, содержащая:

шкив;

вал;

держатель пружины;

при этом шкив установлен с возможностью вращения на валу;

вышеупомянутый шкив также установлен с возможностью вращения на держателе пружины на втулке с низким коэффициентом трения;

держатель пружины установлен с возможностью вращения на валу на втулке с низким коэффициентом трения;

торсионная пружина соединена между шкивом и держателем пружины;

пружина муфты свободного хода соединена с держателем пружины, при этом пружина муфты свободного хода за счет трения сцепляется с валом;

пружина муфты свободного хода сцепления расположена радиально-внутри относительно торсионной пружины; и

вышеупомянутый шкив может временно сцепляться с концом пружины муфты свободного хода в направлении разматывания таким образом, что временный контакт между концом пружины муфты свободного хода и шкивом будет временно уменьшать сцепление за счет трения пружины муфты свободного хода с валом.

6. Разобщающая муфта по п. 5, в которой торсионная пружина нагружена в направлении разматывания.

7. Разобщающая муфта по п. 5, в которой шкив установлен с возможностью вращения на валу на подшипнике.