CN105587797B - 可降低扭振的空间楔合式超越皮带轮及超越离合器 - Google Patents

Abstract

可降低扭振的空间楔合式超越皮带轮及超越离合器包括，导向环、中介环、摩擦环，以及与导向环或摩擦环通过弹性连接件间接连接不可旋转相连的皮带环或接合毂。中介环通过单向螺旋导向齿与导向环构成自激励式转动导向机构G，摩擦环分别与中介环以及导向环构成回转型的牵引摩擦机构F1以及传力摩擦机构F2。三机构轴向相抵地构成轴向力封闭系统。相对现有技术，本发明因其上述三个摩擦机构均具有完全面接触、可自动补偿磨损以及无离散构件的特征，而具备有理想的工作可靠性和结构不毁损寿命就不终止等诸多优秀品质。

Description

可降低扭振的空间楔合式超越皮带轮及超越离合器

相关申请

本申请是由专利文献CN101936346B、CN102562859A、CN104565122A和CN104963963A所公开的的本申请人的四项专利申请的从属专利申请，并且，本申请要求由专利文献CN104791398A所公开的本申请人的在先专利申请的优先权。该公开在先的五项专利申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及所有传动领域中的一种借助环形挠性元件仅可在一个方向上传递转矩/旋转运动，而在相反方向上自动分离和空转，并能够降低或衰减扭转振动和/或接合冲击的超越类传动装置，本发明还涉及超越离合器，特别涉及但不仅仅涉及一种用于汽车内燃机曲轴前端轮系的内含超越离合机构的超越皮带轮。

背景技术

现有技术中使用的单向传动轮，例如，用于汽车内燃机曲轴前端轮系的涡轮增压器超越皮带轮，曲轴用超越皮带轮，以及，发电机超越皮带轮(Overrunning AlternatorPulley，简称OAP，或者，Generator Overrunning Pulley，简称GOP)和/或超越解耦器(Overrunning Alternator Decoupler，简称OAD)等，均存在诸如转矩容量和/或传递能力过小、易磨损和工作寿命过短等的技术缺陷。而且，它们在结构上、制作上和装配上也显得较为复杂。而在石油和农机等转矩冲击较为强烈的应用领域，例如，在抽油机和玉米、小麦、水稻收获/割机等的传动系统中，现有单向/超越皮带轮的工作寿命则显得更为短暂。

另外，现有技术的超越离合器基本上不具有有效降低/衰减扭转振动和接合冲击的传动能力。

发明内容

本发明致力于消除或至少减轻现有技术存在的上述缺陷。

本发明要解决的技术问题是提供一种转矩容量更高、工作寿命更长、结构更简单、且能够降低/衰减扭转振动和接合冲击的空间楔合式超越皮带轮。

本发明要解决的另一技术问题是，提供一种转矩容量更高、工作寿命更长、结构更简单的可降低扭振的空间楔合式超越离合器。

为解决上述技术问题，本发明之可降低扭振的空间楔合式超越皮带轮包括，绕一轴线回转且可轴向接合的至少一个牵引摩擦机构，其具有绕上述轴线回转并均设置有牵引摩擦面的中介环和摩擦环，双方的牵引摩擦面轴向相抵地构成至少一个牵引摩擦副，以在该两环之间传递摩擦转矩；为该牵引摩擦机构提供接合力并绕上述轴线回转的至少一个转动导向机构，其具有绕上述轴线回转并均设置有相应导向面的导向环和上述中介环，双方的导向面轴向相抵地构成导向摩擦副；与导向环和摩擦环至少不可旋转地分别结合在一起的传力摩擦机构；与导向环或摩擦环至少不可旋转地相连且外周面上设置有皮带沟槽式传力特征曲面的皮带环；以及，至少一个绕上述轴线回转的环状构件，该环状构件通过至少一个弹性连接件不可旋转地连接至导向环或摩擦环；其中，导向摩擦副的相互抵触部位的升角λ，大于零且小于等于ξ，即，0＜λ≤ξ，ξ是能够致使导向摩擦副和牵引摩擦副周向上均不自锁的所述升角λ的取值开区间的小端端点值。

可选地，环状构件由接合毂或皮带环充当。

较佳地，环状构件与导向环或摩擦环之间的不可旋转相连，是可轴向相对移动但不可周向相对转动的可动连接。

较佳地，牵引摩擦面可以是由横截面上呈折线状的母线绕上述轴线回转而成的多个内和/或外截锥面的组合。

较佳地，牵引摩擦机构可以是多摩擦片式摩擦机构，其数量上均最少为一个且轴向交错排列的两组摩擦片，不可旋转地分别连接至摩擦环和中介环。

优选地，牵引摩擦副间隔有一个由粉末冶金制成的且周向自由的独立摩擦片，或者，牵引摩擦副中的至少一个牵引摩擦面附着有粉末冶金附面层。

可选地，还包括具有至少一个弹性元件的弹性预紧机构，其用于持续地建立中介环与摩擦环之间的至少间接的摩擦连接。

可选地，皮带环与导向环、摩擦环以及限力元件中的一个，不可旋转地相连或合并成一个零件。

为解决上述另一技术问题，本发明之可降低扭振的空间楔合式超越离合器，包括上述的超越解耦器，但其皮带环上的皮带沟槽式传力特征曲面被诸如过盈配合面、轮齿、键槽、销孔、螺纹或一组螺钉孔之类的传力特征曲面取代。

本发明的更多的改进方案，由具体实施方式部分给出。

需要特别说明的是，本申请文件中的相关概念或术语的含义如下：

转动导向机构：将圆周相对转动转换为至少包括轴向相对移动或移动趋势的导向机构。例如，螺旋升角严格一致和不严格一致的滑动/滚动式螺旋或部分螺旋机构，径向销槽机构，端面楔形机构，端面嵌合机构，端面棘轮机构，以及，圆柱/端面凸轮机构。

空间楔形机构：由转动导向机构和牵引摩擦机构组成的复合机构。

ζ和ξ：空间楔形机构的爬升角和挤出角。即，在转动导向机构G的转动导向工况中，也就是导向环50开始持续地具有驱动中介环90沿例如图2中箭头P所指方向相对摩擦环70转动的趋势中，能够确保导向摩擦副自锁的双方表面抵触部位的最小升角λ被定义为ζ，ζ也称作中介环90的爬升角，而最大升角则被定义为ξ，ξ也称作中介环90的挤出角。更详细的说明，可参见上文所整体结合的前四项专利申请，例如，专利文献CN101936346B的说明书中第[0031]～[0035]段，以及，专利申请201410555684.1的说明书中第[0029]～[0032]段的记载，此处不作进一步说明。

相对现有技术，依据本发明的可降低扭振的空间楔合式超越皮带轮和超越离合器，不仅结构简单、楔合可靠和具有超长的工作寿命和耐久性，而且还具有更高的转矩容量和工作转速，容易制作和装配等优点。借助下述实施例的说明和附图，本发明的目的和优点将显得更为清楚和明了。

附图说明

图1是根据本发明的实施例一的轴向剖视图.

图2是图1中K-K剖面上各机构的相关轮廓向同一外圆柱面径向投影的示意性局部展开图。

图3是根据本发明的实施例二的轴向剖视图。

图4是根据本发明的实施例三的轴向剖视图。

图5是根据本发明的实施例四的轴向剖视图。

图6是根据本发明的实施例五的轴向剖视图。

图7是根据本发明的实施例六的轴向剖视图。

图8是根据本发明的实施例七的轴向剖视图。

图9是根据本发明的实施例八的轴向剖视图。

图10是根据本发明的实施例九的轴向剖视图。

图11是根据本发明的实施例十的轴向剖视图。

图12是根据本发明的实施例十一的轴向剖视图。

图13是根据本发明的实施例十二的轴向剖视图。

图14是根据本发明的实施例十三的轴向剖视图。

图15是图15中K-K剖面上各机构的相关轮廓向同一外圆柱面径向投影的示意性局部展开图。

图16是根据本发明的实施例十四的轴向剖视图。

图17是图16中K-K剖面上各机构的相关轮廓向同一外圆柱面径向投影的示意性局部展开图。

图18是根据本发明的实施例十五的轴向剖视图。

图19是图18中K-K剖面上各机构的相关轮廓向同一外圆柱面径向投影的示意性局部展开图。

图20是根据本发明的实施例十六的轴向剖视图。

图21是根据本发明的实施例十七的轴向剖视图。

具体实施方式

必要说明：为简洁明了，本说明书的正文及所有附图中，相同或相似的构件及特征部位均采用相同的附图标记，并只在它们第一次出现或有变型时给予必要的说明。同样，也不重复说明相同或相似机构的工作机理或过程。为区别设置在对称或对应位置上的相同的构件或特征部位，本说明书在其附图标记后面附加了字母，而在泛指说明或无需区别时，则不附加任何字母。

参见图1～2所示的实施例，一个内环导向的外螺接型空间楔合式超越皮带轮P1。其中，绕轴线X回转的摩擦环70借助锯齿形外螺纹齿79，由轴向一端同轴线地旋合至皮带环30内周面的互补式内螺纹齿上，其环状的定位端面77抵触至该内螺纹齿内端的环状台阶状定位端面182，从而与台阶内端的凸缘式环状限力端部188，共同限定出由单一母线绕轴线X回转而成的轴向封闭型内径向开口式环状凹槽。

同时，摩擦环70还与实际上用作限力元件180的皮带环30连接成一个组合环。该组合环分别借助其两端内孔中的轴承158a和158b，径向定位在绕轴线X回转的接合毂40两端的对应外周面48a和48b上。这里，轴承158a最佳地是一个滚针轴承，而具体为深沟球的轴承158b的内外圈，则最佳地以过盈配合的方式连接在各自对应的内外圆周面上。两轴承158外端的环状空间内，还最佳地分别设置有密封件110a和110b。

在轴向封闭型环状凹槽中，绕轴线X回转且轴向上相互嵌合的导向环50和中介环90，受设置于该两环间的预紧弹簧150的周向作用，轴向上分别持续地抵触至限力端部188和摩擦环70，以分别构成绕轴线X回转的两个回转型传力摩擦机构F2和牵引摩擦机构F1。其中，牵引摩擦机构F1a和F1b各具有一个轴向上不会摩擦自锁的截锥型牵引摩擦副，其两组构造上各自互补的截锥型回转式牵引摩擦面104a和72a以及104b和72b，分别设置在中介环90和摩擦环70的轴向相对端面上。而传力摩擦机构F2则具有一个平面型的传力摩擦副，其构造上互补的回转式传力摩擦面58和74，分别设置在导向环50和限力端部188的轴向相对端面上。借助花键副，导向环50不可旋转地套接在具体为接合毂40的环状构件的外周面上。接合毂40的内周面上依次为圆柱形的基础段44，螺纹连接段42，以及，用于安装和拆卸的呈花键状或例如六角形等非圆孔状的操作段46。

其中，为具有阻尼离合器接合时的转矩冲击，以及，衰减其承接自转矩上游的扭转振动的变型实施例，获得类似所谓OAD的技术效果，还可如后面所详细描述的那样，将图1中标记为S部位的不可旋转的连接，变型为或替换为借助弹性连接件120的弹性连接。

应顺便指出的是，在图1中的传力摩擦面58和74之间，还可再轴向对称地设置一个中介环90b，以与导向环50和限力端部188分别组成再一个至少大致对称的转动导向机构Gb和牵引摩擦机构F1b。于是，该变型超越皮带轮将不再具有传力摩擦机构F2，而是同时具有共用同一个组合摩擦环的两个双联型的牵引摩擦机构F1a和F1b。届时，其所有的牵引摩擦面还可最佳地变型为端平面，从而可以彻底摒弃空间楔形机构对同轴度的设计要求，进而显著简化制作工艺。

继续参看图1～2，绕轴线X回转的转动导向机构G包括导向环50和中介环90，其一组恒久嵌合的锯齿状螺旋型导向齿52和92，分别对应地设置在该两环双方相互面对的环形端面上。其中，双方导向齿的导向面54和94最佳地是一组具有互补式构造的螺旋型齿面，以构成一组面接触的螺旋式导向摩擦副，而双方各自的一组周向间隙为ε的非导向面56和96，则最佳地平行于轴线X。位于导向齿52和92径向内侧空间中的弹性预紧机构的膨胀式开口环状预紧弹簧150，其两个端头正好径向延伸至该周向间隙中，以分别弹性地周向抵触至非导向面56和96的形式，致使导向面54和94周向上持续地相向抵触，进而致使转动导向机构G始终处于转动导向工况，并最终致使牵引摩擦机构F1和传力摩擦机构F2始终处于贴合状态。

一般地，导向面54和94的升角均为λ，且，0＜λ≤ξ，特殊地，ζ＜λ≤ξ或者0＜λ≤ζ(当ζ＞0)。转动导向机构G的轴向自由度/间隙为δ，δ≥0。在轴线X平面内，导向面54和94与轴线X之间的夹角大于0度，小于180度。如果需要，导向面54和/或94也可最佳地设置有用以散热或排除液体/气体的沟槽。

如图2所示，外螺纹齿79与导向面54和94旋向相同，其升角应最佳地小于挤出角ξ。为提高摩擦环70的连接可靠性，也可在其与皮带环30之间，设置轴向或径向的销孔式嵌合机构，或者，防止螺纹连接松动的公知机构或结构。

超越皮带轮P1的工作过程非常简单。当未示出的皮带通过与皮带沟槽式传力特征曲面的摩擦驱动皮带环30和摩擦环70一同快速旋转，例如，开始持续地具有沿图2中箭头R所指方向相对导向环50作驱动转动的趋势的初始瞬间，摩擦环70便通过牵引摩擦机构F1的牵引摩擦转矩，致使中介环90具有相对导向环50沿箭头R所指方向作同步转动的趋势。而通过导向面94和54的转动导向作用，该转动趋势所产生的自激式轴向胀紧力，将致使导向齿92即刻楔紧在导向面54和牵引摩擦面72所围成的楔形空间中，从而将导向环50与摩擦环70楔合成一个摩擦整体，牵引摩擦机构F1因而轴向接合，同时，该胀紧力还将导向环50即刻胀紧在传力摩擦面74上，以形成轴向力封闭式抵触连接的方式，致使传力摩擦机构F2也同步接合，并将导向环50与摩擦环70间接地连接成一个摩擦整体。

于是，超越皮带轮P1随着空间楔形机构的楔合而接合。由皮带环30传入的来自未示出皮带的驱动转矩M₀，分成经由转动导向机构G、牵引摩擦机构F1a和F1b传递的楔合摩擦转矩M₁，以及，经由传力摩擦机构F2直接传递的传力摩擦转矩M₂，分别传递给导向环50，再借助不可旋转的连接或弹性连接，传递至其内孔中的接合毂40，并最终传递给未示出的例如发电机轴。其中，M₀＝M₁+M₂。显然，上述轴向胀紧力、楔合力和各摩擦力的大小，均完全自适应地正比于M₁，也就是M₀，而且，转矩也可按与上述相反的路径传递，并不会产生任何实质差别。

而当未示出的皮带通过与皮带沟槽式传力特征曲面的摩擦迫使皮带环30和摩擦环70开始慢速旋转，例如，开始持续地具有沿图2中箭头P所指方向相对导向环50作解楔转动的趋势的初始瞬间，也就是驱动转动趋势消失的瞬间，摩擦环70便通过牵引摩擦机构F1的摩擦转矩，牵引着中介环90相对导向环50作解除转动导向机构G的导向作用的转动。因此，导向面54与94之间的法向压力和转动导向机构G的转动导向作用，便随着两导向面产生相互脱离接触趋势的一瞬间而同时消失。自然，基于该转动导向机构G的轴向自激励胀紧力而工作的两个摩擦机构F1和F2以及整个空间楔形机构，将随即分离或解楔。于是，超越皮带轮P1结束接合并开始超越转动，亦即，中介环90跟随导向环50开始相对摩擦环70沿R方向摩擦滑转。

如上文整体结合的前四项专利申请所述，只要能够保持有符合升角要求的空间楔形机构，相关构件仍可形成轴向力封闭式抵触相连，本申请的所有构件的结构和位置，都是不受限制的和可以更动或替换的，是可以具有众多变型的。

例如，由基本的机械常识不难想到，径向上内外翻转图1所示的超越皮带轮P1的结构和位置关系，便可得到图3所示的超越皮带轮P2，而不会产生任何实质差异。当然，为方便制造和提高结构强度，图3中示出的变型是对调了牵引摩擦机构F1和传力摩擦机构F2轴向位置的结果，并将锯齿形螺纹副简化为更简单的三角形螺纹副。限力元件180的位于内端管状基体186前端的环状的定位端面182，直接抵触至摩擦环70的位于牵引摩擦面72a内侧的内端面77上，从而共同限定出由单一母线绕轴线X回转而成的轴向封闭型外径向开口式环状凹槽。借助花键副，具体为皮带环30的环状构件以至少的方式不可旋转地连接至导向环50。

同样，也可以将图1中的摩擦环70与皮带环30至多地合并成一个零件，而将限力端部188变型为通过螺纹副连接至皮带环30内周面的独立构件。进一步地，更可用环形焊缝200的固定连接取代该螺纹副连接，从而得到如图4所示的超越皮带轮P3。其中，接合毂40外周面上的卡环190是轴向定位构件。

不难理解，图1中与皮带环30至多地合并成一个零件的限力元件180也可独立出来，并与杯形壳式的摩擦环70以焊接的方式，构成一个具有轴向封闭型内径向开口式环状凹槽的独立的组合环，从而变型为如图5所示的超越皮带轮P4。其中，为方便制作，导向环50与接合毂40合并成一个零件。相应地，摩擦环70借助例如花键副不可旋转地连接至皮带环30的内周面，以获得自动响应机械磨损的轴向位移能力。而预紧弹簧150可具体为例如一组由线材或片材制成的波形弹簧，分别设置在每一组相互面对的非导向面56和96之间。

如上文整体结合的前四项专利申请所述，图5中的组合环也可变型为两个径向上完全对称的半圆壳式限力元件160a和160b，该两元件最佳地通过过盈连接固定至皮带环30的内周面，从而得到如图6所示的超越皮带轮P5。其中，摩擦环70通过其内径侧外端面的呈直线或十字形均布的二或四个端面牙嵌齿86，不可旋转地嵌合至限力元件160a和160b内周面的对应的齿槽166中。限力元件160外径侧两端面上的半环形端面凸缘162和164，分别抵触至两个轴承158。

如上文整体结合的前四项专利申请所述，图5中的组合环还可变型为具有允许导向环50置入的径向入口的环状袋形壳式限力元件140。该口袋式限力元件140/袋形壳通过过盈连接固定至皮带环30的内周面，从而得到如图7所示的超越皮带轮P6。其中，摩擦环70借助其以互补方式径向延伸至所述入口中的设置有键槽81的延伸臂170，与限力元件140不可旋转地相连，或者，借助平键，直接与具体为皮带环30的环状构件不可旋转地相连。更详细的说明和图示，可参见上文所整体结合的五项专利申请，此处不再重复说明。

如上所述，为致使牵引摩擦副具有相较传力摩擦副更大的摩擦系数，从而获得相较更大的设计/选择挤出角ξ的自由度，除了采用上述双联两个牵引摩擦机构F1的方案外，还可借助将该机构F1设置成多摩擦片式机构的方案，而且，更可获得端平面型的回转摩擦副，从而彻底摒弃空间楔形机构对同轴度的设计要求的有益效果。例如，图8所示的超越皮带轮P7便是对超越皮带轮P1的此种变型。

其中，摩擦环70实际上是包括皮带环30的一个刚性一体式组合式摩擦环的一部分。至少包括一个的一组较小的内摩擦片156，通过其内径向凸起，不可旋转地嵌合至中介环90内径侧的端面牙嵌齿100之间。与内摩擦片156轴向交错设置的另外一组较大的外摩擦片154，通过其外花键齿与皮带环30的内花键齿36的啮合，与该环形成不可旋转的连接。设计上，环状的定位端面77抵触至内花键齿36的定位端面182后，转动导向机构G的轴向自由度仍大于或等于零。如图8所示，其中的牵引摩擦面104和72是以至少的间接方式，处于轴向抵触式的摩擦连接状态，其牵引摩擦机构F1具有三个牵引摩擦副。

显然，外摩擦片154和/或内摩擦片156可由粉末冶金制成。而且，所有的摩擦片更可合并成一个由粉末冶金制成的且周向自由的独立摩擦片155，参见图12所示的超越皮带轮P11。甚至，该摩擦片155更可一体地直接附着在牵引摩擦面104和/或72上，成为一个粉末冶金附面层。毫无疑问，该变型方案的结构显得更简单，制作上显得更容易和更经济，轴向尺寸也相较更小。当然，截锥型的牵引摩擦面104和/或72也可以附着有该粉末冶金附面层，届时，所有的牵引摩擦面104和72可因此而最佳地由截锥型变型为更简单的端平面型。

必需指出的是，由于超越皮带轮P7中的牵引摩擦机构F1采用了多摩擦片式的结构，而该机构F1的同轴度又可与轴承158部位的同轴度自适应地始终保持一致，因此，在空间楔形机构接合/楔合的过程中，能够确保所产生的响应于所传递的转矩的楔合力，不再具有一丝一毫的径向分力，不再具有致使轴承158承受附加的但很可能是其基本额定动载荷的数倍或数十倍的径向力的任何可能，从而能够显著地延长轴承158的工作寿命。而必然产生基于不同同轴度的所述附加的径向力，该径向力又必然致使轴承在溜滑式的接合和分离过程中进入过度磨损的工作状态，正是滚柱式和斜撑式超越离合器所天然具有的技术缺陷。由上述说明可见，现有技术中轴承寿命过短的问题，在超越皮带轮P7中因不具有得以产生的结构基础而不再是个问题。

与图2类似，图9所示的超越皮带轮P8，是对超越皮带轮P7实施径向翻转后的变型结果。其中，内花键齿36变型为摩擦环70的牙嵌齿86，牙嵌齿100移至中介环90的径向外侧。摩擦环70实际上是包括接合毂40的一个刚性一体式组合式摩擦环的一部分。

对比图1～9不难发现，其对应的超越皮带轮P1～P8(包括后续的皮带轮P15～P17)中的摩擦环，实际上都是一个包括有限力元件的轴向力封闭式组合构件，亦即承受轴向膨胀力的环状凹槽式包容构件。对应地，所述实施例中的转动导向机构G，均具有试图轴向胀大包容该机构G的环状凹槽的自激励式施力效果。而显然地，这些技术特征也不是必需的。例如，图10～图15便示出了相关的变型。其中，图10所示的超越皮带轮P9，可看成是对图4所示超越皮带轮P3的变型。

首先，超越皮带轮P9轴向互换了图4中的转动导向机构G和牵引摩擦机构F1的位置，且取消了牵引摩擦机构F1a。这样，其导向环50和摩擦环70便互换了角色，与皮带环30至多地合并成一个零件的是导向环，不再是摩擦环，与具体为接合毂40的环状构件以至少的方式不可旋转相连的是摩擦环，不再是导向环。导向环已经变型成为具有轴向力封闭功能的广义的环状凹槽式包容构件。

应顺便指出的是，如果将另一传动用轴套不可旋转地连接至例如图8～10中的中介环90的内或外周面，将致使其导向环50成为事实上的中介环，例如，在轴一轴传动型的超越离合器中的情形，那么，该事实上的中介环就是具有轴向力封闭功能的环状凹槽式包容构件。

其次，转动导向机构G均相应地具有试图轴向缩小由该机构G所包容的环状凹槽的自激励式施力效果，作为被包容构件的摩擦环开始承受轴向相向挤压力的作用。

再次，螺旋型导向齿52和92变型为单头或多头锯齿形螺纹齿，被分别设置在导向环50和中介环90双方相互面对的内、外圆柱面上，成为周面齿。

最后，预紧弹簧150具体为扭转弹簧，其两个端头分别嵌合在中介环90外端面的轴向孔中，以及，皮带环30内周面的径向孔中。

应说明的是，因绘图的原因，图10中示出的是轴向翻转了整个图形的结果。

显然，超越皮带轮P9具有相对超越皮带轮P1～P8更为简单的结构和更小的轴向和径向尺寸，更简单的制作和装配工艺，以及，更低的制作成本，但却并未降低前述实施例的工作和使用性能。例如，相对现有技术，因升角λ永远固定不变而具有更高的楔合可靠性，因完全的面接触摩擦副而具有更高的转矩容量/荷载/传动能力，因无离散构件且摩擦力绝缘于离心力而具有更高的工作转速和更低的空载摩擦阻力，因楔合角几乎永远不变且可自动补偿磨损而具有结构不毁损寿命就不终止的超长工作寿命和耐久性。

实际上，超越皮带轮P1～P4以及后续的P7～P15的外径均不超过54mm，宽度也不超过33.5mm，而即便使用45钢和2.0的安全系数，超越皮带轮例如P9～P10的许用转矩也不低于140N·M，远高于现有技术的90N·M以及电机轴的传动能力。

另外，还可对超越皮带轮P9进行简化，从而得到实施本发明的仅有三个必要构件的最简技术方案。即，将其摩擦环70与具体为接合毂40的环状构件合并成一个零件，将中介环90变型为收缩型弹性开口环，使其内周面可同时抵触至摩擦面72以及接合毂40的对应外周面47，并被外周面48b所围成的较小的凸缘单向地限定住轴向位置。

毫无疑问，仿照前述变型，也可对图10所示图形实施径向上的内外翻转变型，以得到如图11所示的超越皮带轮P10。其中，为绝对地制止因截锥角过小而可能导致的摩擦环70解楔过程中的轴向左移趋势，在其左端面与外环30的内经向凸缘的内端面之间，还可最佳地设置一个止退环230。当然，止退环230也可以和摩擦环70合并成一个单独的零件，甚至，该零件与外环30的轴向抵触连接可以变型为端面牙嵌式的传力特征曲面，从而能够取代并兼具花键副的不可旋转式连接。

而仿照上例，去除止退环230，将其摩擦环70与具体为外环30的环状构件合并成一个零件，将中介环90变型为膨胀型弹性开口环，使其外周面可同时抵触至摩擦面72以及皮带环30的对应内周面35，并被内周面35轴向外端的较小的内径向凸缘单向地限定住轴向位置，超越皮带轮P10也可被简化为实施本发明的仅有三个必要构件的最简技术方案。

必须指出的是，基于本发明的结构特殊性，本发明还可以具有阻尼离合器接合时的转矩冲击，以及，衰减其承接自转矩上游的扭转振动的变型实施例。例如，将本发明的所有附图中标记为S部位的不可旋转的连接，全部变型为或替换为诸如附图13～18所示的借助弹性连接件120的弹性连接。如此，便可得到本发明的能够降低/衰减扭转振动和/或接合冲击的空间楔合式超越皮带轮、超越解耦器(OAD)以及超越离合器。

参见图13，其示出的便是一个可用于汽车发电机的现有技术所称的超越解耦器(OAD)。该空间楔合式超越解耦器P12就是对图11所示实施例进行上述变型的结果。其中，取代花键连接副的是一个具体为圆柱式螺旋弹簧的弹性连接件120，其一个端头122嵌合在具体为皮带环30的环状构件一端内凸缘的内端面的轴向沉孔31中，其另一个端头嵌合在摩擦环70外周面的径向孔中。该弹簧可具有与导向面54相同或相反的旋向，对应地，其与皮带环30的内周面和/或摩擦环70的外周面留有足够的径向间隙，这样，其响应于所传递转矩的径向弹性变形便可不被妨碍。

容易想到，图13中的弹性连接件120也可具体为数量上至少为一个的一组直线状的弹簧，例如，具有方形或圆形截面的弹簧丝，其一端嵌合在轴向沉孔31中，另一端嵌合在摩擦环70外周面的轴向槽71中。该变型即为图14所示的超越解耦器P13。相较超越解耦器P12以及相同的环形空间，超越解耦器P13的一组弹性连接件120很容易具有更高的弹簧刚度，因此，其具有更大的转矩容量/转矩传递能力，同时，还因其很容易具有可变的弹簧刚度，从而还可兼具更优秀的衰减转矩冲击或扭振的能力。

比如，参见图15，通过将一组弹性连接件120与对应轴向槽71的周向抵触设置成渐次实现的形式。亦即，在例如R所指向的抵触方向上，将弹性连接件例如120a～120c与对应的轴向槽例如71a～71c的内壁面设置成间隙相隔(可程度不等的)，这样，在皮带环30沿R方向相对摩擦环70转动的工况中，其必需在相应弹性连接件例如120d～120e的弹性变形量达到对应的间隙量之后，方才渐次地开始受力和弹性变形。其中，牵引摩擦机构F1变型为如图8～9所示的多摩擦片结构，并且，轴向槽71还同时设置在外摩擦片154的外周面上。

不难理解，本申请的弹性连接件120的作用类似于公知的弹性联轴器中的弹性元件。实际上，弹性连接件120的具体结构形式和连接方式，完全可以借鉴公知的弹性联轴器的所有技术方案。

例如，图16～17所示的超越解耦器P14中的弹性连接件120，便具体为一根环状的蛇形弹簧。该弹簧的轴向一侧的一组U形弯头嵌合在对应的一组轴向沉孔31中，其轴向另一侧的位于摩擦环70与皮带环30径向间隙中的一组U形弯头，则挂接/绕接/套接在皮带环30内周面的对应的一组径向凸起33上。摩擦环70外周面的对应的一组径向凸起73，分别由相邻的两个径向凸起33之间，轴向伸入蛇形弹簧丝的周向间隙之间。

该变型中，只需将径向凸起例如73d与弹性连接件120之间的周向间隙/自由度设置成大于零，弹性连接件120便很容易具有可变的弹簧刚度。另外，超越解耦器P14中的皮带环30显然可以由例如耐磨塑料的非金属材料制作而成，以提高皮带沟槽的耐磨和耐腐蚀的能力。当然，本申请的其它实施例中的不承受轴向力的皮带环30均可如此，例如图3、5～7、9、14、20～21中所示的皮带环30。进一步地，所有的皮带环30均可以是一个类似图20所示的通过将非金属的沟槽外环通过浇注方式，形成并固结在金属内环的外周面上的组合环。具体固结方式可参考公知技术，例如，滑动轴承中衬层、轴瓦和轴套的固结方案，以及，中国专利文献CN202659848U、CN2275164Y、CN85201131U、CN1868702A、CN2061209U、CN101408193A和CN104653751A等所公开的众多方案。而非金属的材料可以是例如PA46、PA66、PPS或PEEK系列的热塑性塑料。

再如，将弹性连接件120具体为一组圆柱螺旋型周向压簧，便可将图1所示实施例变型为图18～19所示的超越解耦器P15。其中，周向压簧的内径向部分设置在位于接合毂40外周面的周向凹槽49中，其外径向部分则设置在位于导向环50的轴向型贯通凹槽64中，并同时抵触至所述凹槽的四个周向内端面。如上所述，将弹性连接件120与贯通凹槽例如64c之间的周向间隙/自由度设置成大于零，其同样很容易具有可变的弹簧刚度。

当然，图18中的周向凹槽49也可变型为轴向槽，同时，将弹性连接件120具体为弹性橡胶，所得变型同样具有缓冲和减振的功能。进一步地，还可将弹性连接件120具体为一个如图20中所示的完整环状的橡胶夹层。这里，图20示出的曲轴减振超越皮带轮P16，可看作是超越皮带轮P6的简单变型。其中，为适应径向尺寸的增大，轴承158嵌套在限力元件140的内孔中。一组安装孔43取代了接合毂40中的螺纹连接段42。

类似地，仿照图18，图20中的花键连接副也可被具体为并列设置的两组圆柱螺旋型周向压簧的弹性连接件120所取代，从而得到如图21所示的曲轴减振超越皮带轮P17。其中，为降低延伸臂170的外周面与皮带环30内周面配合的过盈量，在该延伸臂170与限力元件140双方相抵触的端面上，设置有至少一对轴向孔，位于其中的轴向销210将双方固定成周向一体。这里，延伸臂170还具有帮助实现动平衡的功能，并以互补地占据整个所述径向入口空间为最佳。

另外，曲轴减振超越皮带轮P16～P17，以及本申请的所有皮带轮，还可具有组合式的皮带槽，以在相较更小的径向和轴向空间内可靠地传递更大的转矩。相关结构图示和说明，可参见本申请人在中国专利文献CN102562860A和CN103527748A中公开并全文结合于此的技术方案，本申请不再重复说明。

毫无疑问，对于超越解耦器P12～P15和曲轴减振超越皮带轮P16～P17，只需将它们中的皮带环30的皮带沟槽变型为例如过盈配合面、轮齿、键槽、销孔、螺纹或者一组螺钉孔之类的其它传力特征曲面，它们即可变型为能够降低或衰减扭转振动和/或接合冲击的超越离合器。

最后应特别说明的是，由于在相同的材料和几何尺寸条件下，本申请的空间楔合式超越离合机构的转矩容量/转矩传递能力至少数倍于现有技术，因此，消除或者衰减汽车内燃机曲轴前端轮系中的扭转振动和冲击的最佳方式，应该是仅将作为轮系驱动之源的曲轴皮带轮替换为本申请的曲轴减振超越皮带轮例如P16～P17，而无需繁琐地和多余地将作为被驱动目标的其它皮带轮逐个地设置成超越皮带轮。该布局方式相较现有技术的有益效果在于，一是无需将其它被驱动皮带轮逐个地设置成超越皮带轮，从而可以最小的成本实现降低整个轮系的扭转减振，以及，消除内燃机急剧降速时对轮系所产生的制动冲击的目的，二是无需增大曲轴皮带轮的尺寸便可满足转矩要求，三是由于所有其它皮带轮再无需内含超越离合机构，从而可以进一步减小整个轮系中所有皮带轮的径向尺寸，以及进一步降低轮系的整体质量，最终令到整个轮系更趋小型化和轻量化。

以上仅仅是本发明针对其有限实施例给予的描述和图示，具有一定程度的特殊性，但应该理解的是，所提及的实施例和附图都仅仅用于说明，而不用于限制本发明及其保护范围，对它们进行的各种变化、等同、互换以及构件位置或结构的更动，都将被认为未脱离开本发明构思的精神和范围。

Claims (15)

1.一种可降低扭振的空间楔合式超越皮带轮，包括：

绕一轴线回转且可轴向接合的至少一个牵引摩擦机构，其具有绕所述轴线回转并均设置有牵引摩擦面的中介环和摩擦环，所述中介环和所述摩擦环双方的所述牵引摩擦面轴向相抵地构成至少一个牵引摩擦副，以传递摩擦转矩；

为所述牵引摩擦机构提供接合力并绕所述轴线回转的转动导向机构，其具有绕所述轴线回转并均设置有相应导向面的导向环和所述中介环，所述导向环和所述中介环双方的所述导向面轴向相抵地构成导向摩擦副；以及

与所述导向环以及所述摩擦环至少不可旋转地分别结合在一起的传力摩擦机构；

其中，所述导向摩擦副的相互抵触部位的升角λ，大于零且小于等于ξ，即，0＜λ≤ξ，ξ是能够致使所述导向摩擦副和所述牵引摩擦副周向上均不自锁的所述升角λ的取值开区间的小端端点值；

其特征在于：

外周面上设置有皮带沟槽式传力特征曲面的皮带环与所述导向环或所述摩擦环至少不可旋转地相连；以及

还包括至少一个绕所述轴线回转的环状构件，该环状构件通过至少一个弹性连接件不可旋转地连接至所述导向环或所述摩擦环。

2.按权利要求1所述的超越皮带轮，其特征在于：所述弹性连接件是至少一个螺旋弹簧、蛇形弹簧、直线弹簧或环状的橡胶夹层。

3.按权利要求2所述的超越皮带轮，其特征在于：所述导向环和所述中介环双方的所述导向面是螺旋型齿面，其设置在所述导向环和所述中介环双方的相互面对的包括端面、内周面和外周面的一个表面上；在轴平面内，所述螺旋型齿面与所述轴线之间的夹角大于0度，小于180度。

4.按权利要求3所述的超越皮带轮，其特征在于：所述螺旋型齿面分别设置在所述导向环和所述中介环双方的相互直接面对的内周面和外周面上，所述导向环设置有凸缘式限力端部。

5.按权利要求1～4任一项所述的超越皮带轮，其特征在于：所述牵引摩擦面是由横截面上呈折线状的母线绕所述轴线回转而成的多个内和/或外截锥面的组合。

6.按权利要求1～4任一项所述的超越皮带轮，其特征在于：

还包括至少一个用于封闭轴向力的限力元件；以及

所述导向环和所述摩擦环中的至多一个，是至少通过不可旋转的连接方式包括有所述限力元件的力封闭式组合构件，以建立相互之间的轴向力封闭式抵触连接。

7.按权利要求1～4任一项所述的超越皮带轮，其特征在于：所述牵引摩擦机构是多摩擦片式摩擦机构，其数量上均最少为一个且轴向交错排列的两组摩擦片，不可旋转地分别连接至所述摩擦环和所述中介环。

8.按权利要求1～4任一项所述的超越皮带轮，其特征在于：所述环状构件与所述导向环或所述摩擦环之间的所述不可旋转相连，是连接成固定一体的刚性连接。

9.按权利要求8所述的超越皮带轮，其特征在于：所述刚性连接是合并成一个零件的一体连接。

10.按权利要求1～4任一项所述的超越皮带轮，其特征在于：还包括具有至少一个弹性元件的弹性预紧机构，其用于持续地建立所述中介环与所述摩擦环之间的至少间接的摩擦连接。

11.按权利要求1～4任一项所述的超越皮带轮，其特征在于：所述环状构件是接合毂。

12.按权利要求1～4任一项所述的超越皮带轮，其特征在于：所述环状构件与所述皮带环合并成同一个构件。

13.按权利要求1～4任一项所述的超越皮带轮，其特征在于：所述环状构件与所述导向环或所述摩擦环之间的所述不可旋转相连，是可轴向相对移动但不可周向相对转动的可动连接。

14.按权利要求6所述的超越皮带轮，其特征在于：所述皮带环与所述导向环、所述摩擦环以及所述限力元件中的一个，不可旋转地相连或合并成一个零件。

15.一种可降低扭振的空间楔合式超越离合器，其特征在于：按权利要求1～4任一项所述的超越皮带轮，其所述皮带环上的皮带沟槽式传力特征曲面被过盈配合面、轮齿、键槽、销孔、螺纹或一组螺钉孔取代。

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