[发明专利]功率传输滑轮

说明书

本发明涉及一种可用来分离附属设备(例如交流发电机)的功率传输滑轮，所述附属设备在速度上具有变化从而导致了扭矩的变化。例如，这些速度的变化可以是周期性的，或可为摇晃的形式，或实际上为减速或加速的形式。

在汽车领域，存在能够分离附属设备的几类功率传输滑轮。

第一类滑轮由自由滑轮(freewheel pulley)构成，所述自由滑轮仅在一个方向上传输功率，并通过在相反方向上超限运转(over-run)、以使得在驱动部分和受驱部分之间能够存在速度差异，从而提供了分离。啮合的滚珠、凸轮或滚针由金属制成，因此它们是刚性的，从而提供了刚性的联结。

内部部分优选具有凸轮的形式，其适于楔入连接元件，以传输扭矩。

在第4725259和5676225号美国专利中具体描述了这样的滑轮。

在外部部分迅速减速时发生的分离阶段期间，由纯惯性驱动的内部部分在完全不接触的情况下保持高速。在外部驱动元件和内部受驱元件之间存在的速度差异可足够大，从而导致超速现象。

第4725259号美国专利的图2(在本文中复制为图1)显示了速度随时间的波动，外部部分的速度以连续线画出，而内部部分的速度以虚线画出。

当外部部分的速度快速波动时，受驱的系统因而与外部部分分开，然后重新连接：

·如果没有摩擦力，则内部元件的速度几乎恒定；

·如果存在反向扭矩，则内部元件的速度稍有波动；以及

·由内部(受驱的)部分带来的速度波动水平依赖于它的负加速度，并因此依赖于它的反向扭矩，而且，如果反向扭矩很大(例如，当交流发电机以其最大速率输送电力时)，则该负加速度可非常大。

存在着驱动运动来自内部部分的自由轮，对于这种自由轮，以上的解释仍然有效，但应该被倒置。

自由滑轮具有若干缺点：

1)在联结模式中，滚珠楔入外部部分与内部部分之间。当(在P处)联结建立时，刚性的机械接触产生碰撞，导致力的瞬时增加。一旦联结完成，该自由轮传输来自驱动部分的所有运动，并可能将附加的摇晃一起传输。

这样导致了通过皮带、链条、齿轮或直接地向传输施加动力，从而导致了相关的损害(打滑、老化、磨损)。

2)图1显示了两种在高频下操作的模式之间的交替。受驱部分的负加速度依赖于反向扭矩：反向扭矩越大，减速就越难，其结果是负加速度更紧密地随着驱动部分的运动而相应变化。

当反向扭矩是由获得功率的受驱部件(交流发电机、变换器、旋转机、工具等)引起时，受驱部件的运动几乎完全随着与驱动部分的运动而相应变化。在这种情况下，动态加速力/减速力被完全传输(打滑、老化、磨损)。

这种情况可总结如下：如果该部件输送反向扭矩(或者如果波动的幅度较小)，则自由轮保持联锁(blocked)，不会切换到未接合(unclutched)模式。

对于驱动柴油发动机上的交流发电机的V形槽机动车皮带：

·当发动机低速运行时，其速度在30赫兹(Hz)频率具有差不多±20％的波动；

·皮带从驱动滑轮(曲柄轴滑轮)获得该运动，并将其传送到交流发电机；

·交流发电机经由自由轮驱动，自由轮在每次减速时与惯性分开，并在加速时与之重新连接；

·如果交流发电机产生电力，则它的扭矩达到10牛米(Nm)至15Nm，该扭矩足以对超限运转阶段进行制动，因而自由轮保持在联结模式，不再与交流发电机分开；以及

·如果自由轮未锁定，则在下一次加速时，自由轮迅速锁定，并导致皮带打滑。

由于其惯性，交流发电机从而产生随着增加的波动而增加的动转矩(dynamic torque)，从而接连地导致皮带打滑、磨损、噪声和/或轴承老化。

第二类装置由具有弹性元件的滑轮组成，其中，在扭转方向具有挠性的元件插入在外部部分和内部部分之间。该元件具有环、盘、弹簧、衬垫等形式。该元件的刚度定量为在静态和动态条件下待传输的扭矩的函数。弹性元件可变形，以吸收扭矩的变化，但不能在驱动部分和受驱部分之间提供差动的转动。

一种带有弹性元件的滑轮是所谓的“分离器(decoupler)”滑轮，其具有被选为能过滤高于某一激发频率的所有速度变化的刚度。

图2显示了已知弹性滑轮的示例，图3显示了其频率响应，其中，fr为其共振频率(以每分钟的转数(rpm)为单位)，fc为其截止频率(以rpm为单位)。振幅在纵坐标上以过滤比率的形式以分贝(dB)标示，其中0dB水平对应于截止频率fc处的振幅。