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相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年7月25日提交的美国临时专利申请No. 61/858,172的权益，该申请的内容就像文中充分地详细陈述的那样通过 参引而并入。

技术领域

本发明涉及隔离器，并且具体地涉及在发动机曲轴与环状驱动构件 如带之间所使用的隔离器。

背景技术

隔离器通常用于使曲轴带轮及其相关联的带(例如，辅助驱动带) 与曲轴的扭转振动隔离，该扭转振动是内燃发动机——特别是具有特 定缸数的发动机如四缸或三缸发动机、以及柴油发动机——中的质量 块(例如，活塞)往复运动的结果。这种隔离器是有用的，然而，仍 然需要改进由这种设备提供的隔离，从而减少传递至带轮(并且因此， 至辅助驱动带)的力的量。

个别地，仍然需要减少制造者在建造车辆时或在建造车辆的部件 如隔离器的过程中必须在库存(inventory)中保持的部件量。

发明内容

一方面，提供了一种用于隔离发动机曲轴与环状驱动构件之间的 扭转振动的隔离器。隔离器包括：驱动件，该驱动件能够通过曲轴驱 动；带轮，该带轮能够与环状驱动构件接合；至少一个隔离弹簧，所 述至少一个隔离弹簧定位成在驱动件与带轮之间传递力并且定位成 使驱动件中的扭转振动和带轮中的扭转振动彼此隔离；以及阻尼结构 件，该阻尼结构件构造成摩擦地抵抗驱动件与带轮之间的超过选定的 相对阈值角度的相对运动，并且该阻尼结构件构造成允许驱动件与带 轮之间的在选定的相对阈值角度内的相对运动，而没有阻尼结构件的 摩擦阻力。

另一方面，提供了一种用于隔离输入构件与输出构件之间的扭转 振动的隔离器。隔离器包括：驱动件，该驱动件能够与输入构件和输 出构件中的一者接合；带轮，该带轮能够与输入构件和输出构件中的 另一者接合；至少一个隔离弹簧；以及弹簧壳。驱动件接合至少一个 隔离弹簧的一个端部。带轮接合至少一个隔离弹簧的另一端部，使得 扭矩通过至少一个隔离弹簧在驱动件与带轮之间传输。弹簧壳至少部 分地包围至少一个隔离弹簧。弹簧壳包括第一弹簧壳部和第二弹簧壳 部。每个弹簧壳部均包括弹簧壳部本体、至少一个夹扣构件以及至少 一个夹扣接纳肩部，其中，所述至少一个夹扣接纳肩部定位成与至少 一个夹扣构件呈180度并且构造成以锁定的方式接纳另一弹簧壳部 的至少一个夹扣构件。

又一方面，提供了一种用于隔离输入构件与输出构件之间的扭转 振动的隔离器。隔离器包括：驱动件，该驱动件能够与输入构件和输 出构件中的一者接合；带轮，该带轮能够与输入构件和输出构件中的 另一者接合；至少一个隔离弹簧，所述至少一个隔离弹簧定位成在驱 动件与带轮之间传递力并且定位成使驱动件中的扭转振动和带轮中 的扭转振动彼此隔离；以及阻尼结构件，该阻尼结构件构造成摩擦地 抵抗驱动件与带轮之间的超过选定的相对阈值角度的相对运动，并且 该阻尼结构件构造成允许驱动件与带轮之间的在选定的相对阈值角 度内的相对运动，而没有阻尼结构件的摩擦阻力。

其他特征和优点将通过参照附图的以下描述而明显。

附图说明

通过参照附图，本公开内容的前述方面和其他方面将变得更容易 理解，在附图中：

图1是根据本发明的实施方式的具有曲轴、从动带以及隔离器的 发动机的正视图；

图1a是图1中示出的隔离器的立体右视图；

图2和图3是图1a中示出的隔离器的立体分解图；

图4和图5是图1a中示出的隔离器的立体截面图；

图6是弹簧壳和弹簧的立体分解图，其中，弹簧壳和弹簧为图1a 中示出的隔离器的部分；

图7是图1a中示出的隔离器的局部放大正视图，示出了没有正 在通过隔离器进行扭矩传递时的发动机的怠速状态；

图8是图1a中示出的隔离器的另一局部放大正视图，示出了正 在通过隔离器进行扭矩传递的发动机的状态；以及

图9是示出了图1a中示出的隔离器的扭矩与位移关系的曲线图。

具体实施方式

参照图1，其示出了根据本发明的实施方式的用于在发动机14上的 曲轴12与环状驱动构件16——如辅助驱动带——之间传递动力的隔离 器10。隔离器10使环状驱动构件16与曲轴12中的扭矩的振动或其他 突然变化隔离，以及隔离器10使曲轴12与环状驱动构件16中的扭矩 的振动或其他突然变化隔离。

如图2和图3中所示，隔离器10包括带轮18、驱动件20、第一、 第二隔离弹簧22(第一隔离弹簧和第二隔离弹簧分别以22a、22b示 出)以及阻尼结构件24。

驱动件20能够以任何适当的方式固定地安装至曲轴12以绕轴线A 旋转。例如，可以提供轴转接件26，其中，该轴转接件26经由穿过转 接件26中的孔并进入到曲轴12的端部中的螺纹孔32中的多个螺纹紧 固件(图1中以28示出)如四个花形内六角螺钉安装至曲轴12。

驱动件20可以由任何适当的材料如适当的金属——如钢——制 成。

轴转接件26可以包括支承表面34以支承轴衬36，该轴衬36进而 支承带轮18上的轴衬接合表面38，从而允许带轮18与曲轴12之间、 轴转接件26与驱动件20之间的相对旋转。轴衬36还可以包括径向唇 部，该径向唇部用作为推力轴衬部，所述推力轴衬部在轴向方向上由带 轮18接合并且支承带轮18。轴衬36可由任何适当的材料如尼龙制成。

带轮18被支承以相对于曲轴12旋转并且能够与带16接合。应当 指出的是，术语“带”是为了方便起见而使用的，但是替代地，其可 以是任何适当的环状驱动构件。类似地，术语“带轮”是为了方便起 见而使用的，但是替代地，其可以是能够与环状驱动构件接合的任何 适当的旋转构件。

实施方式中示出的带轮18具有构造成接合多V型槽带的带接合表 面40。带轮18可以由包括主要部分18a和覆盖构件18b的两个元件制 成，其中，覆盖构件18b经由任何适当的方法(例如，借助于压配合) 连接至主要部分18a。带轮18可以由任何适当的材料如适当的金属— —如钢——制成。

弹簧22弹性地变形以使环状驱动构件16与曲轴12中的扭矩的振 动或其他突然变化隔离以及使曲轴12与环状驱动构件16中的扭矩的振 动或其他突然变化隔离。示例中示出的弹簧22为弓形螺旋压缩弹簧。 然而，可使用任何其他适当类型的弹簧如闭孔泡沫弹簧。

尽管在图中示出了两个弹簧22，但应当理解的是，具有阻尼结构 件的隔离器可以设置有单个弹簧22或者三个或更多个弹簧，其中， 阻尼结构件与提供文中所述优点的驱动件20之间具有选定的量的间 隙。

弹簧22都具有第一端部42和第二端部44。第一端部42和第二 端部44中的每一者均可以选择性地在该端部上具有弹簧端部缓冲器 46以减小端部42或44与驱动件20和带轮18中的与端部42或44 接合的任一者之间的冲击声音，其中，弹簧端部缓冲器46可以由任 何适当的材料如尼龙制成。

弹簧22、驱动件20以及带轮18之间的接合描述如下。驱动件 20具有中央本体48、第一臂部50a以及第二臂部50b。驱动件20在 第一臂部50a和第二臂部50b中的每一者的第一侧部54上具有第一 弹簧接合表面52。第一弹簧接合表面52能够与弹簧22的第一弹簧 端部42接合，以在该第一弹簧接合表面52与该弹簧22的第一弹簧 端部42之间传递扭矩。驱动件20在第一臂部50a和第二臂部50b中 的每一者的第二侧部58上具有第二弹簧接合表面56。第二弹簧接合 表面56能够与弹簧22的第二弹簧端部44接合。

驱动件20被示出为在臂部50a和臂部50b中的每一者上具有可 选择的驱动件缓冲器60，以使得所有的驱动表面52和驱动表面56 被覆盖。因此，驱动件20与弹簧22之间的接合通过缓冲器60和缓 冲器46而进行。缓冲器60可由任何适当的材料如尼龙制成。

如图2和图3中所示，带轮18上具有第一凸耳和第二凸耳62(分 别以62a、62b示出)。凸耳62可以为具有突出部的单独构件，其中， 突出部延伸穿过带轮18的主要部分18a中的孔口并且被焊接至主要 部分18a以使凸耳62与主要部分18a成为一体。

凸耳62上具有第一弹簧端部接合表面63a和第二弹簧端部接合表 面63b(图2)，该第一弹簧端部接合表面63a和该第二弹簧端部接合表 面63b能够通过可选择地提供的弹簧壳64与弹簧22的第一端部42和 第二端部44接合。弹簧壳64以与弹簧22成包围关系的方式设置并且 防止实施方式中的弹簧22与带轮18之间金属对金属的接触，其中， 弹簧22和带轮18都是金属制的。弹簧壳64可以固定地安装至带轮18 以与该带轮18一起运动。为了实现该目的，弹簧壳64可以紧密地配合 在主带轮部18a与覆盖构件18b之间。弹簧壳64还可以包括定位成紧 贴地接纳凸耳62的两个凸耳接纳部66(图3和图4)，以使得弹簧壳64 旋转地固定至带轮18。另外，弹簧壳64上具有接合弹簧22的端部42 的第一弹簧接合表面68a以及接合弹簧22的端部44的第二弹簧接合表 面68b。因此，弹簧壳64在弹簧22与带轮18之间传递力。

参照图6，弹簧壳64可以由两个弹簧壳部64a和64b制成，这两 个弹簧壳部64a和64b装配在一起，而无需使用单独的紧固件或工具。 实施方式中示出的这两个部分是相同的，从而减少了保持在库存中用 于制造隔离器10的单个部件的数目。在示出的实施方式中，每个弹 簧壳部64a和64b均包括部分地封装弹簧22的弹簧壳部本体69。每 个弹簧壳部64a和64b在本体69上均还包括至少一个夹扣构件70 和至少一个夹扣接纳肩部72，但该至少一个夹扣接纳肩部72与夹扣 构件70间隔开180度并且构造成以锁定的方式接纳另一弹簧壳部的 至少一个夹扣构件。

通过以将壳部64a或64b中的每一者的夹扣构件70连接至夹扣接 纳肩部72的这种方式将壳部64a和壳部64b装配在一起，这两个相同 的构件64a和64b可以具有至彼此的卡扣配合连接，而不需要工具或 单独的紧固件。

尽管每个壳部64a和64b均被示出为具有一个夹扣构件70和一个 夹扣接纳肩部72，但可以可选择地提供多个夹扣构件70，其中，对 于每个夹扣构件而言均存在定位成与相关联的夹扣构件70间隔180 度的夹扣接纳肩部72。

在隔离器10的操作期间，应当指出的是，在如图5中示出的两 个轴向侧部上被包围的弹簧壳64可由适当的材料如尼龙制成。弹簧 壳64可以构造成在隔离器10的操作期间会相对于带轮18的热膨胀， 这加强了弹簧壳64与带轮18的接合，从而增大弹簧壳64和带轮18 的由扭矩传递通过的表面积。

弹簧22可以被预加载，以使得当发动机关闭并且没有扭矩从曲轴 12传递至带轮18或没有扭矩从带轮18传递至曲轴12时，弹簧22将处 于压缩状态。这可有时被称为隔离器10的“空载”状态。在空载状态 下，臂部50a和臂部50b通常与带轮18上的凸耳62a和62b对准。换 一种方式来说，当没有扭矩传递时，驱动件20与带轮18具有选定的对 准。在隔离器10的操作期间，扭矩从曲轴12通过轴转接件26施加在 驱动件20上。驱动件臂部50a和驱动件臂部50b进而将力施加在弹簧 22的第一端部42上并且驱动件20相对于带轮18枢转，从而使得臂部 50a和50b不再与凸耳62a和62b对准。力通过弹簧22传递并且从弹 簧22的第二端部44通过弹簧壳64传递到带轮18中。带轮18的惯性 ——带轮18与带16(图1)接合所产生的惯性——导致驱动件20在产 生充足的力之前将弹簧22压缩一定量以使带轮18移动。此外，即使在 扭矩传递的稳定状态条件期间，弹簧22仍将处于压缩状态，其中，弹 簧22的压缩量(并且因此，驱动件20与带轮18之间的相对于该驱动 件20与该带轮18之间的上述选定的对准的角度偏移量)与通过弹簧22 传递的力的量有关。

阻尼结构件24构造成摩擦地抵抗驱动件20与带轮18之间的超 过选定的相对阈值角度的相对运动，并且构造成允许驱动件20与带 轮之间的在选定的相对阈值角度内的相对运动，而没有摩擦阻力。换 言之，阻尼结构件24将不对驱动件20与带轮18之间的小于选定的 阈值角度的任何相对运动施加摩擦阻力。然而，阻尼结构件24将对 驱动件20与带轮18之间的大于选定的阈值角度的相对运动施加摩擦 阻力。

在示出的具体实施方式中，阻尼结构件24包括具有径向内表面 76的摩擦环74，该径向内表面76与带轮18的径向外表面78摩擦接 合。阻尼元件弹簧79(该阻尼元件弹簧79例如可为扭转弹簧的单个 线圈)与摩擦环74接合并且通过选定的力迫使摩擦环74与带轮18 的表面78接合(图4和图5)，从而将摩擦环74与带轮18的表面78 之间的摩擦力增大至选定的摩擦力。参照图7，摩擦环74还包括至 少一个第一驱动件接合面80(示出的实施方式中存在两个接合面80) 和至少一个第二驱动件接合面82(示出的实施方式中存在两个接合 面82)。第一驱动件接合面80能够与驱动件20上的至少一个第一阻 尼结构件接合面84(示出的实施方式中存在两个接合面84)接合， 并且第二驱动件接合面82能够与驱动件20上的至少一个第二阻尼结 构件接合面86(示出的实施方式中存在两个接合面86)接合。应当 指出的是，接合面84设置在驱动件臂部50a和50b的侧部54上，接 合面86设置在驱动件臂部50a和50b的侧部58上。因此，驱动件臂 部50a和50b既相应地包括阻尼结构件接合面84和86又相应地包括 弹簧接合面52和56。

如图7中所示，驱动件20与摩擦环74之间存在总角度间隙G， 该总角度间隙G由臂部50a和50b的相对于接合面80和82的两个 侧部上(即，接合面86与接合面82之间以及接合面84与接合面80 之间)的两个角度间隙G1和G2组成。除非摩擦环74由驱动件20 接合，否则摩擦环74将保持摩擦接合在相对于带轮18的一些位置中， 从而保持角度间隙G1和G2。通过提供角度间隙G1和G2，在驱动 件20相对于带轮18在前述选定的阈值角度内运动(即，在总角度间 隙G内运动)期间，驱动件20与摩擦环74之间不存在接合，并且 因此摩擦环74不相对于带轮18移动。应当理解的是，尽管阻尼在某 些情形下可以是有利的，但阻尼确实代表了驱动件20与带轮18之间 传输的力。因此，通过将摩擦环74构造成与驱动件20具有间隙G， 保持在间隙G内的扭转振动不会由摩擦环74导致阻尼力，从而导致 从驱动件20传递至带轮18的较少波动力。

例如，在发动机14空转期间，驱动件20将由于曲轴12中的自 然地发生在内燃发动机中的扭转振动而以一定振幅(例如，总共在约 6度与7度之间)来回移动。通过选择大于驱动件20的运动振幅(例 如，大于约1度)的总间隙G，在空转期间就没有在驱动件20与带 轮18之间传递的阻尼力。例如，在上述扭转振动的振幅在约6度与 7度之间的情况下，间隙G可在约7度与约8度之间。

图7示出了在发动机14处于关闭状态并且因此发动机空载、发 动机14与带16之间无扭矩传递时的情形。当发动机14被打开并且 在一些恒定负载下(例如，在空转时，发动机14上具有一定数目的 附件)时，驱动件20将相对于带轮18旋转至驱动件20和带轮18偏 移取决于负载大小的一定角度量的新位置。假设驱动件20通常沿图 7中示出的视图中的顺时针方向旋转，则驱动件20与带轮18之间的 相对运动如果足够大的话将消耗与摩擦环74之间存在的任何间隙 G1，从而使得驱动件20将驱动摩擦环74相对于带轮18(顺时针) 移动。最初，驱动件20在到达新位置时将与摩擦环74上的接合面 80抵接，如图8中所示。然而，当曲轴引起扭转振动并且将扭转振 动传递至驱动件20时，驱动件20将推进摩擦环74直到驱动件20与 摩擦环74之间不再接合为止。因此，将到达驱动件20的相对于摩擦 环74的每一侧部上再次存在非零间隙G1和G2的新平衡，从而使得 没有阻尼力从驱动件20通过摩擦环74传递至带轮18。如果发动机 负载被改变一定量(例如，驱动件将空气调节器关闭以减少负载，或 接通交流发电机以增加负载)，则驱动件20将根据需要基于必须传递 至带轮18的力的量来移动以满足负载，并且因此，摩擦环74将根据 需要在驱动件20到达新平衡位置时移动。然后，在新平衡位置处， 驱动件20将承受曲轴12的扭转振动并且将推动摩擦环74直到驱动 件20与摩擦环74之间有足够间隙、将不存在由驱动件20通过摩擦 环74施加至带轮18的任何阻尼力为止。

选定的阈值角度(即，间隙G)可以基于任何适当的标准而选择。 例如，选定的阈值角度可以选择成大于驱动件20和曲轴12中的在空 转时的扭转振动的振幅。替代性地，选定的阈值角度可以选择成大于 驱动件20和曲轴12中的在其他一定条件下的扭转振动的振幅。例如， 如果发动机位于在相对恒定的辅助负载下以恒定速度驱动延长的时 间段的车辆如拖拉机拖车中，则间隙G可以基于在那些条件下的扭 转振动的振幅而选择。

在示出的实施方式中，隔离器10还包括密封构件88、密封偏压构 件90以及防尘罩92。这些构件共同防止润滑剂(例如，润滑脂)从带 轮的内部空间泄漏出去并且抑制灰尘和碎屑进入到隔离器10的内部空 间中。密封构件88还用作为通过密封偏压构件90迫使成与带轮18(具 体地，覆盖构件18b)接合的另一推力轴衬，从而迫使带轮18和轴衬 36抵靠轴转接件26上的在支承表面34的一个端部处的肩部越至基准 点。防尘罩92替代地可以为一些其他部件如扭转振动阻尼器，其中， 扭转振动阻尼器经由驱动件20和轴转接件26间接连接至曲轴12以在 曲轴12的扭转振动尤其以高RPM(每分钟转数)的扭转振动期间减 小曲轴12的有角度的往复运动的振幅。

应当指出的是，在空载状态下，仅在弹簧端部42和44处接合弹 簧壳64的弹簧22可与弹簧壳64径向分离。然而，在扭矩通过隔离 器10传递的操作期间，随着弹簧22从空载状态被进一步压缩，弹簧 22与弹簧壳64之间可存在摩擦接合。

轴转接件26上的突出部94(图1a)可以穿过防尘罩92、密封偏 压构件90以及驱动件20中的孔，以确保这些部件与轴线A对准。突出 部94可以在之后被接合(staked)，以使得所有这些部件保持安装至轴 转接件26以形成子组件。

尽管摩擦环74被示出为与带轮18摩擦接合并且能够通过驱动件 20驱动，但应当理解的是，摩擦环74可以替代性地构造成与驱动件 20摩擦接合并且通过带轮18驱动。

尽管摩擦环74为环绕带轮18的径向外表面的环，但应当理解的 是，摩擦环74可以替代性地为摩擦接合带轮18的一部分或驱动件 20的一部分的任何其他适当类型的摩擦构件。

尽管发动机14可以为车用发动机，但应当理解的是，发动机14 可以为用于工业应用等的固定式发动机。文中描述的隔离器10可以 特别适于特定类型的发动机如具有低排量(例如，小于2升)的发动 机和/或柴油发动机。

在一些实施方式中，每个臂部50a、50b(如果提供，则包括缓冲 器60)上的接合表面52与接合表面56之间的角间距可以被选择为 与弹簧壳64a上的接合表面68a与接合表面68b之间的角间距略不同 (例如，比弹簧壳64a上的接合表面68a与接合表面68b之间的角间 距略大)，从而使弹簧22相对于这些表面的接合及释放交错。

在示出的实施方式中，已对待被安装在发动机14的曲轴12上的隔 离器10进行了描述。应当指出的是，隔离器10可以替代性地被安装在 由带16驱动的附件的轴上如转向泵的轴上。在该实施方式中，通常将 发生从带轮18通过隔离弹簧22至驱动件20和轴转接件26的扭矩传递。 驱动件20在该实施方式中将驱动附件的轴而不是驱动带轮18。更广义 地说，隔离器10可以用在任何发动机上以在任何适当的输入构件(如 带或曲轴)与任何适当的输出构件(如辅助输入轴或带)之间进行隔 离。此外，驱动件20仅为第一旋转驱动构件的一个示例，并且带轮 仅为第二旋转驱动构件的一个示例。例如，带轮18可以替代地为齿 轮，该齿轮驱动传动系并且通过发动机曲轴经由驱动件20并通过隔 离弹簧22驱动。

图9为示出了隔离器10的扭矩/位移曲线的曲线图。如能够观察到 的，曲线96沿着基于阻尼量的环延伸，其中，阻尼量通常由存在于隔 离器10中的任何来源的阻尼提供，阻尼为如与摩擦环74相关联的摩擦、 隔离器弹簧22与弹簧壳64之间的摩擦、以及带轮18在轴衬36上旋转 期间轴衬36处的摩擦。点97为驱动件20相对于带轮18改变方向的点。 在这些点处，驱动件20与摩擦环74分离并且然后开始沿相反方向旋转， 在该点处，摩擦环74不再施加阻尼力。如能够观察到的，存在以98示 出的转变点，所述转变点为在驱动件20已相对于带轮18改变方向之后 间隙G被用尽并且驱动件20再次接合摩擦环74的相对接合面的点。在 该点处，施加的总阻尼力瞬间大幅增大。

尽管以上描述构成了本发明的多个实施方式，但应当理解的是， 在没有背离所附权利要求的公平含义的情况下，容许对本发明进行进 一步修改和改变。