CN213744593U - 一种曲轴解耦器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及发动机领域，公开了一种曲轴解耦器，包括内外套设且能够相对转动的内圈和外圈及设于内圈和外圈之间且沿内圈的轴向分布的涡卷弹簧和螺旋弹簧，螺旋弹簧的弹性系数与涡卷弹簧的弹性系数不同；至少两个螺旋弹簧沿内圈的周向依次分布，内圈和外圈相对转动能够使螺旋弹簧沿内圈的周向压缩；内圈和外圈相对转动能够使涡卷弹簧发生径向扩张或收缩。通过设置弹性系数不同的涡卷弹簧和螺旋弹簧实现了变刚度设计，在发动机启停、正常工作、超负荷工作等不同工况下提供不同的刚度，避免曲轴传递过来的动能以摩擦功的形式转化为声能、热能等形式散发出去，提高了发动机前端轮系运行的稳定性，降低了能量的消耗，从而降低了发动机的燃油消耗。

Description

一种曲轴解耦器

技术领域

本实用新型涉及发动机领域，尤其涉及一种曲轴解耦器。

背景技术

为了降低因转速波动造成曲轴传递至发动机前端轮系时的功率损耗，在对曲轴进行设计时增设了具有解耦性能的曲轴解耦器。

发动机起动时，速度波动大，频率低，发动机前端轮系的负荷小，需要低刚度的曲轴解耦器进行解耦；发动机起动后，速度波动小，频率随转速上升，发动机前端轮系的负荷随之增大，需要中刚度的曲轴解耦器进行解耦；当发动机前端轮系的负荷超出正常范围时，需要高刚度的曲轴解耦器进行解耦。

但目前的曲轴解耦器通常为单层设计，在曲轴解耦器的刚度与当前所需刚度不匹配时，会导致传递至发动机前端轮系的转速波动较强，而转速波动不能被有效降低不仅会导致能量损耗较高，还会导致降低发动机前端轮系的可靠性、增大振动噪声、缩短零部件使用寿命等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种曲轴解耦器，能够满足不同工况下的刚度需求，降低由曲轴传递到发动机前端轮系的转速波动，降低能量损耗。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种曲轴解耦器，包括内外套设且能够相对转动的内圈和外圈，及设于所述内圈和所述外圈之间且沿所述内圈的轴向分布的涡卷弹簧和螺旋弹簧，所述螺旋弹簧的弹性系数与所述涡卷弹簧的弹性系数不同；

所述螺旋弹簧设有至少两个，至少两个所述螺旋弹簧沿所述内圈的周向依次分布，每个所述螺旋弹簧的一端连接于所述内圈，另一端连接于所述外圈，所述内圈和所述外圈相对转动能够使所述螺旋弹簧沿所述内圈的周向压缩；

所述涡卷弹簧套设于所述内圈外，所述涡卷弹簧的一端连接于所述内圈，另一端连接于所述外圈，所述内圈和所述外圈相对转动能够使所述涡卷弹簧发生径向扩张或收缩。

作为上述曲轴解耦器的一种优选技术方案，所述涡卷弹簧的相邻两圈之间夹设有橡胶条。

作为上述曲轴解耦器的一种优选技术方案，所述螺旋弹簧的表面形成有橡胶层。

作为上述曲轴解耦器的一种优选技术方案，所述涡卷弹簧和所述螺旋弹簧之间设有隔离垫片。

作为上述曲轴解耦器的一种优选技术方案，所述隔离垫片的轮廓支撑长度率为60％-70％，所述隔离垫片的粗糙度为0.5μm-0.7μm。

作为上述曲轴解耦器的一种优选技术方案，所述隔离垫片上设有散热通孔。

作为上述曲轴解耦器的一种优选技术方案，所述内圈和所述外圈通过圆锥滚子轴承转动连接。

作为上述曲轴解耦器的一种优选技术方案，所述螺旋弹簧的两端均连接有第一保持架，其中一个所述第一保持架连接于所述外圈，另一个所述第一保持架连接于所述内圈；

和/或，所述涡卷弹簧的一端与所述内圈插接，另一端与所述外圈插接。

作为上述曲轴解耦器的一种优选技术方案，还包括两个第二保持架，其中一个所述第二保持架的一端夹设于所述涡卷弹簧的最外圈和与其相邻的一圈之间，另一端与所述外圈插接；另一个所述第二保持架的一端夹设于所述涡卷弹簧的最内圈和与其相邻的一圈之间，另一端与所述内圈插接。

作为上述曲轴解耦器的一种优选技术方案，所述第一保持架和/或所述第二保持架由特氟龙耐磨材料制成。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的曲轴解耦器通过同时设置弹性系数不同的涡卷弹簧和螺旋弹簧实现了变刚度设计，以在发动机启停、正常工作、超负荷工作等不同工况下提供不同的刚度，避免曲轴传递过来的动能以摩擦功的形式转化为声能、热能等形式散发出去，提高了发动机前端轮系运行的稳定性，降低了能量的消耗，从而降低了发动机的燃油消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的曲轴解耦器的剖视图；

图2是本实用新型实施例提供的曲轴解耦器工作时扭矩和扭转角度的关系图；

图3是本实用新型实施例提供的涡卷弹簧的安装示意图；

图4是本实用新型实施例提供的螺旋弹簧的安装示意图；

图5是本实用新型实施例提供的材料轮廓比负荷曲线；

图6是刚性曲轴皮带轮转速实测图和曲轴解耦器转速波动实测图的对比图；

图7是刚性曲轴皮带轮倒拖状态下的摩擦功和曲轴解耦器倒拖状态下的摩擦功的对比图；

图8是刚性曲轴解耦器的燃料消耗率和曲轴解耦器的燃料消耗率的对比图。

图中：

1、内圈；2、外圈；21、第一轮体；22、第二轮体；3、螺旋弹簧；4、涡卷弹簧；41、第一插接部；42、第二插接部；5、橡胶条；6、第一保持架；7、第二保持架；71、保持块；72、插接凸台；8、圆锥滚子轴承；9、隔离垫片。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

如图1所示，本实施例提供了一种曲轴解耦器，包括内外套设且能够相对转动的内圈1和外圈2，及设于内圈1和外圈2之间且沿内圈1的轴向分布的涡卷弹簧4和螺旋弹簧3，螺旋弹簧3的弹性系数与涡卷弹簧4的弹性系数不同；螺旋弹簧3设有至少两个，至少两个螺旋弹簧3沿内圈1的周向依次分布，每个螺旋弹簧3的一端连接于内圈1，另一端连接于外圈2，内圈1和外圈2相对转动能够使螺旋弹簧3沿内圈1的周向压缩；涡卷弹簧4套设于内圈1外，涡卷弹簧4的一端连接于内圈1，另一端连接于外圈2，内圈1和外圈2相对转动能够使涡卷弹簧4发生径向扩张或收缩。

本实施例通过在内圈1和外圈2之间设置涡卷弹簧4和螺旋弹簧3，通过涡卷弹簧4和螺旋弹簧3连接内圈1和外圈2，在曲轴带动内圈1转动时，将挤压螺旋弹簧3和涡卷弹簧4后带动外圈2转动，螺旋弹簧3和涡卷弹簧4将内圈1转动传递至外圈2的振动吸收掉，降低了曲轴通过内圈1带动外圈2转动时外圈2的扭矩波动，降低了能量消耗，提高了发动机前端轮系运行的稳定性。

上述涡卷弹簧4具有径向变形和部分周向变形，而螺旋弹簧3具有周向变形，通过同时设置涡卷弹簧4和螺旋弹簧3，能够起到更大的传递扭矩的作用。优选地，螺旋弹簧3的弹性系数小于涡卷弹簧4的弹性系数。如图2所示，在发动机起动时，速度波动大，频率低，发动机前端轮系的负荷小，螺旋弹簧3先起主要作用；发动机起动后，发动机转速逐步稳定，频率随转速上升，发动机前端轮系的负荷逐渐增大，此时涡卷弹簧4起主要作用；在发动机前端轮系的负荷超出正常范围后，涡卷弹簧4起主要作用，实现兼顾发动机低速、中速和高速各工况下的实际刚度需求，而且在发动机转速瞬态加速时涡卷弹簧4起主要作用，在发动机瞬态减速时螺旋弹簧3起主要作用。

本实施例提供的曲轴解耦器通过设置弹性系数不同的螺旋弹簧3和涡卷弹簧4,实现了变刚度设计，以在发动机启停、正常工作、超负荷工作等不同工况下提供不同的刚度，避免曲轴传递过来的动能以摩擦功的形式转化为声能、热能等形式散发出去，降低了能量的消耗，从而降低了发动机的燃油消耗。

具体地，对于曲轴解耦器而言，上述外圈2指的是皮带轮的轮体，内圈指的是皮带轮的芯轴。上述外圈2包括与发电机带传动的第一轮体21及与水泵带传动的第二轮体22。第一轮体21和第二轮体22一体成型，外圈2上设有中心安装孔，中心安装孔内壁设有环形安装槽，上述涡卷弹簧4和螺旋弹簧3均设有于上述环形安装槽内，内圈1的一端***中心安装孔内并通过轴承转动连接，以使内圈1和外圈2能够相对转动。

由于曲轴解耦器通过皮带带动风扇转动时，风扇运转时形成的强大轴向力会通过皮带传递到曲轴解耦器上，形成较大的轴向力，极易导致曲轴解耦器出现脱出等故障。为此，本实施例将上述轴承选用圆锥滚子轴承8，圆锥滚子轴承8能够承受较大的径向载荷，有效解决了曲轴解耦器的脱出故障。而且可以通过合理设计圆锥滚子轴承8的滚子和套圈之间的几何关系，使圆锥滚子轴承8转动过程中保持纯滚动状态，避免了滑动摩擦损失，从而改善了圆锥滚子轴承8的动力学性能，提高了圆锥滚子轴承8的效率。

本实施例中，上述圆锥滚子轴承8设有两个，螺旋弹簧3和涡卷弹簧4设于两个圆锥滚子轴承8之间。每个圆锥滚子轴承8背对另一个圆锥滚子轴承8的一侧均设有防尘盖板，防止外部水汽和尘土等进入圆锥滚子轴承8内，以保证圆锥滚子轴承8正常工作。本实施例中，上述防尘盖板由塑料制成。

需要说明的是，本实施例提供的曲轴解耦器的内部各个部件的接触面之间涂覆有耐温润滑脂，以防止温度过高，同时起到润滑作用。

进一步地，如图3所示，涡卷弹簧4的至少相邻两圈之间夹设有橡胶条5，在高负荷或超载工况时，涡卷弹簧4变形的同时会挤压涡卷弹簧4相连两圈之间的橡胶条5，起到阻尼和缓冲作用，从而增加刚度，以满足高负荷以及超载工况下对刚度的需求。具体地，上述橡胶条5是分段设置的，涡卷弹簧4最外圈的部分外周壁设有橡胶条5，涡卷弹簧4最内圈的部分内周壁设有橡胶条5；设于涡卷弹簧4最外圈外周壁的橡胶条5和设于涡卷弹簧4最内圈的内周壁的橡胶条5设于涡卷弹簧4一个轴向中心截面的两侧。在要求解耦器具有更大刚度时，可以在涡卷弹簧4最内圈内壁以及最外圈外壁未设置橡胶条5的区域均设置橡胶条5。

进一步地，如图4所示，螺旋弹簧3的表面形成有橡胶层，具体采用硫化的形式在螺旋弹簧3的表面形成橡胶层，在高负荷或负载过载的工况下，在螺旋弹簧3出现并圈的情况时，螺旋弹簧3表面的橡胶层能够被进一步的压缩，起到阻尼和缓冲作用，以满足高负荷或负载过载工况下的刚度需求。

上述橡胶条5和橡胶层的设置，利用了橡胶抗拉不抗压的特性，提高了橡胶条5和橡胶层的使用寿命。

进一步地，如图4所示，螺旋弹簧3的两端均连接有第一保持架6，其中一个第一保持架6连接于外圈2，另一个第一保持架6连接于内圈1，以将螺旋弹簧3夹设于两个第一保持架6之间，并将螺旋弹簧3通过两个第一保持架6连接于内圈1和外圈2。本实施例中，螺旋弹簧3设有两个，每个螺旋弹簧3配设两个第一保持架6，螺旋弹簧3呈弧形，以使螺旋弹簧3在曲轴转动时发生周向变形。于其他实施例中，螺旋弹簧3的个数不限于两个，还可以是三个或更多，在此不再一一限定。

进一步地，如图3所示，涡卷弹簧4的一端与内圈1插接，另一端与外圈2插接。具体地，涡卷弹簧4最内圈的末端设有第一插接部41，第一插接部41与内圈1插接；涡卷弹簧4最外圈的末端设有第二插接部42，第二插接部42与外圈2插接。

为了提高涡卷弹簧4与外圈2以及内圈1连接的稳定性，上述曲轴解耦器还包括两个第二保持架7，其中一个第二保持架7的一端夹设于涡卷弹簧4的最外圈和与其相邻的一圈之间，另一端与外圈2插接；另一个第二保持架7的一端夹设于涡卷弹簧4的最内圈和与其相邻的一圈之间，另一端与内圈1插接。

具体地，每个第二保持架7包括保持块71和插接凸台72，其中一个保持块71的一端夹设于涡卷弹簧4的最外圈和与其相邻的一圈之间，另一端与对应的插接凸台72插接，该插接凸台72与外圈2插接。另一个保持块71的一端夹设于涡卷弹簧4的最内圈和与其相邻的一圈之间，另一端与对应的插接凸台72插接，该插接凸台72与内圈1插接。需要说明的是，每个保持块71均夹设于两个橡胶条5之间。于其他实施例中，还可以将保持块71和插接凸台72一体设置。

上述连接方式简单，可以通过第二保持架7对涡卷弹簧4进行限位，防止涡卷弹簧4与外圈2或内圈1分离，使第二保持架7与涡卷弹簧4的第一插接部41和第二插接部42同步转动，可以利用涡卷弹簧4及时对外圈2和内圈1进行复位。

进一步地，第一保持架6和第二保持架7均由特氟龙耐磨材料制成，以提高第一保持架6和第二保持架7的耐磨性能，延长使用寿命。

进一步地，涡卷弹簧4和螺旋弹簧3之间设有隔离垫片9，防止涡卷弹簧4和螺旋弹簧3相互干涉，解决了因涡卷弹簧4和螺旋弹簧3相互干涉而卡滞以使能量损耗增加以及曲轴解耦器的可靠性降低的问题。需要说明的是，上述隔离垫片9采用高强度、高刚度的合金钢制成，不容易变形和开裂。

进一步地，隔离垫片9上设有散热通孔。优选地，隔离垫片9采用中间具有散热通孔且表面设有多个针孔状的散热通孔的结构，涡卷弹簧4所在腔的空气和螺旋弹簧3所在腔的空气可以通过中间的散热通孔和针孔状的散热通孔进行对流，有利于散热，可以防止温度过高导致润滑脂干涸、结焦等故障。

进一步地，如图5所示的特征值材料轮廓比负荷曲线，轮廓支撑长度率又称材料轮廓比，轮廓支撑长度率与粗糙度有关，具体地，轮廓支撑长度率

其中，C为粗糙度，l表示取样长度，b_i表示不同取样长度范围内不同位置的粗糙高度值，不同大小的粗糙度对应的轮廓支撑长度率不同。通过多次重复试验发现，上述隔离垫片9的粗糙度为0.5μm-0.7μm且隔离垫片9的轮廓支撑长度率为60％-70％时，摩擦副的边界摩擦系数较小，耐磨性较好，可以降低磨损消耗。优选地，粗糙度为0.6μm。

如图6所示，通过试验发现，采用本实施例提供的曲轴解耦器替代传统的刚性曲轴皮带轮后，同一时刻，最大值和最小值之间的差值即为转速波动，曲轴解耦器的转速波动更小。

如图7所示，通过试验发现，采用本实施例提供的曲轴解耦器替代传统的刚性曲轴皮带轮后，同样的燃油消耗，采用曲轴解耦器可以降低倒拖状态下的摩擦功，以将更多的能量转换为有用功。

如图8所示，通过试验发现，采用本实施例提供的曲轴解耦器替代传统的刚性曲轴皮带轮可以降低燃料消耗率，节省燃料。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

Claims (10)

1.一种曲轴解耦器，其特征在于，包括内外套设且能够相对转动的内圈(1)和外圈(2)，及设于所述内圈(1)和所述外圈(2)之间且沿所述内圈(1)的轴向分布的涡卷弹簧(4)和螺旋弹簧(3)，所述螺旋弹簧(3)的弹性系数与所述涡卷弹簧(4)的弹性系数不同；

所述螺旋弹簧(3)设有至少两个，至少两个所述螺旋弹簧(3)沿所述内圈(1)的周向依次分布，每个所述螺旋弹簧(3)的一端连接于所述内圈(1)，另一端连接于所述外圈(2)，所述内圈(1)和所述外圈(2)相对转动能够使所述螺旋弹簧(3)沿所述内圈(1)的周向压缩；

所述涡卷弹簧(4)套设于所述内圈(1)外，所述涡卷弹簧(4)的一端连接于所述内圈(1)，另一端连接于所述外圈(2)，所述内圈(1)和所述外圈(2)相对转动能够使所述涡卷弹簧(4)发生径向扩张或收缩。

2.根据权利要求1所述的曲轴解耦器，其特征在于，所述涡卷弹簧(4)的至少相邻两圈之间夹设有橡胶条(5)。

3.根据权利要求1所述的曲轴解耦器，其特征在于，所述螺旋弹簧(3)的表面形成有橡胶层。

4.根据权利要求1所述的曲轴解耦器，其特征在于，所述涡卷弹簧(4)和所述螺旋弹簧(3)之间设有隔离垫片(9)。

5.根据权利要求4所述的曲轴解耦器，其特征在于，所述隔离垫片(9)的轮廓支撑长度率为60％-70％，所述隔离垫片(9)的粗糙度为0.5μm-0.7μm。

6.根据权利要求4所述的曲轴解耦器，其特征在于，所述隔离垫片(9)上设有散热通孔。

7.根据权利要求1所述的曲轴解耦器，其特征在于，所述内圈(1)和所述外圈(2)通过圆锥滚子轴承(8)转动连接。

8.根据权利要求1至7任一项所述的曲轴解耦器，其特征在于，所述螺旋弹簧(3)的两端均连接有第一保持架(6)，其中一个所述第一保持架(6)连接于所述外圈(2)，另一个所述第一保持架(6)连接于所述内圈(1)；

和/或，所述涡卷弹簧(4)的一端与所述内圈(1)插接，另一端与所述外圈(2)插接。

9.根据权利要求8所述的曲轴解耦器，其特征在于，还包括两个第二保持架(7)，其中一个所述第二保持架(7)的一端夹设于所述涡卷弹簧(4)的最外圈和与其相邻的一圈之间，另一端与所述外圈(2)插接；另一个所述第二保持架(7)的一端夹设于所述涡卷弹簧(4)的最内圈和与其相邻的一圈之间，另一端与所述内圈(1)插接。

10.根据权利要求9所述的曲轴解耦器，其特征在于，所述第一保持架(6)和/或所述第二保持架(7)由特氟龙耐磨材料制成。

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