CN100561009C - 具有重新安装特征的张紧轮 - Google Patents

Abstract

一种张紧轮，使得在现场维修时能够容易且可靠地重新安装张紧轮和带，同时使得不需要麻烦的手动对准和/或重新对准程序的情况下就可以利用单向离合器装置来确保对带张紧进行连续控制。该张紧轮具有构造为用来安装在发动机表面上的枢轴。张紧轮臂安装在枢轴上以在自由臂止挡位置和预安装止挡位置之间进行枢转运动。带接合式带轮安装为在张紧轮臂上转动。底部杯状物绕枢轴端部可转动地安装。底部杯状物具有弓形槽，该槽具有自由臂止挡端和预安装止挡端。张紧轮臂与限制张紧轮臂的枢转运动的弓形槽协同工作。弹簧耦联于张紧轮臂和沿带张紧方向偏置张紧轮臂的底部杯状物之间。防逆转止挡机构接合枢轴，并与张紧轮臂具有空行程连接，其中当张紧轮臂运动通过自由范围时不接合防逆转机构。当张紧轮臂超出该自由范围朝预安装止挡位置运动时，张紧轮臂1)转动防逆转机构；当张紧轮臂超出该自由范围朝自由臂止挡位置运动时，张紧轮臂2)起动防逆转机构，从而限制张紧轮臂行至所述自由臂止挡位置之外。当张紧轮安装在发动机表面上时，弹簧相对于枢轴能够固定。

Description

具有重新安装特征的张紧轮

技术领域

本发明涉及一种用于在环形传动带上维持接近于预定最优张力的张紧装置，其可形成有齿，并且用于内燃机驱动系统，更具体而言，涉及一种弹簧偏置式偏心装置，其具有控制张紧臂朝向和背离带方向的运动的单向机构。

背景技术

已知存在用单向机构控制张紧轮臂朝传动带运动的几种张紧轮设计。美国专利4,145,934中描述了一种楔，其抵推臂偏心杆(杠杆)，使得一旦张紧轮臂由张紧弹簧朝向带偏置时，臂偏心杆就不能向外转动。

美国专利4,351,636描述了一种原理相似但单向楔由棘轮/棘爪组件代替的张紧轮。

在美国专利4,634,407中描述了另一种棘轮和棘爪机构。

美国专利4,392,280描述了一种装置，其中单向机构包括置于张紧轮臂和枢轴之间的单向滚柱离合器或弹簧离合器。

上述所有发明均描述了单向机构，该单向机构一旦在允许臂向内朝带运动时，就不容许张紧轮臂转动离开带。

美国专利4,583,962通过描述一种机构来改进上述设计，该机构容许臂根据发动机的热膨胀要求而具有朝后挡的有限返回行程。该专利的细节设计描述了一种弹簧离合器类型的单向装置和弧形狭槽，其中所述臂自由地向后转动。

美国专利4,808,148描述了一种设计，其中相反行程受控的狭槽由位于棘轮和棘爪组件与静止安装构件之间的弹性偏置元件——例如弹性材料制成的弹簧——替换。

在美国专利4,822,322和4,834,694中描述了这样的发明：单向机构是公知的单向(滚柱)离合器，并且臂返回行程由弧形狭槽控制。

上述所有设计，即使它们容许一些有限的返回行程以补偿发动机气缸体的热膨胀，也不容许张紧轮臂完全返回到预安装位置，而在现场维修等之后需要重新安装当前带、或者更常见的是需要安装新的未延伸带时需要张紧轮臂完全返回到预安装位置。

上文已经描述了克服重新安装问题的一些建议。

美国专利4,917,655具有多个弧形狭槽，狭槽控制弹簧离合器的运动，该专利中建议可迫使弹簧离合器逆着其锁定的、非返回方向运动。

在美国专利4,923,435和6,375,588中描述了一种张紧轮，其中具有与位于张紧轮臂和张紧轮的静止部件之间的单向机构串联安装的粘性离合器。

因为将臂转离带所需的返回扭矩非常高，因此所有这些设计均具有一系列缺点。在强迫粘性离合器的情况下，如果转动速度不是很低，则操作人员极有可能损坏张紧轮内的一些部件。另一方面，如美国专利4,917,655中所述的，简单弹簧离合器的相反运动极有可能导致弹簧柄弯曲而不是释放离合器。这归因于弹簧离合器对弹簧钢丝、弹簧绕圈和轴径、以及尤其是在使用过的旧车内的积满灰尘的发动机隔室环境中非常难预测的摩擦系数的大小极度灵敏的事实。

由于相同原因，这种特别设计不能正确地控制实际角回复行程，因为依据离合器弹簧朝带紧固方向的实际释放扭矩，弹簧柄和邻近该柄的头两个绕圈会不可预测地弯曲和打开，从而改变止挡之间的实际行程角。

在美国专利申请N0.60/335,801中所描述的设计提供一种为重新安装目的而释放张紧轮臂从而使其离开带的实用且可靠的解决方案。但是，这种设计与上述三种相似，需要大量昂贵的高精度的部件，这增加了张紧轮的尺寸和重量，而这是现代机动车发动机内非常不希望出现的。这种设计还具有无法对释放扭矩进行足够精确地控制的缺点。虽然防止了头几个绕圈过度地打开，但在被打开以释放在离合器芯体上的夹紧配合时，其余的每一个绕圈仍旧必须支撑在芯体上，因此提高了摩擦阻力，这增加了离合器的释放/回退扭矩的峰值和变化。

尽管将单向离合器和内置的限制性的热膨胀行程特征一起使用，使得可以同时地使用主弹簧来自动地操作安装行程，并且延伸张紧轮的整个操作范围，从而容许带更长地延展，但是这种设计概念引入了另一个迄今为止尚未解决的技术问题。为在较宽的角行程范围内对带张紧进行控制，必需使用弹簧刚度比传统短行程张紧轮情况下的主弹簧刚度更低的主弹簧。更低的弹簧刚度表示弹簧更长——即具有更多绕圈——且预卷绕角较大。这些弹簧设计具有明显的缺点，当以大预载荷角卷绕时，弹簧的固有频率变低并且弹簧易于扭曲。另一方面，在维修期间这使得弹簧更易于过度振动，从而导致弹簧过早疲劳失效，造成发动机损坏。

发明内容

本发明提供一种张紧轮，其使得能够在现场维修时容易且可靠地重新安装张紧轮和带，同时使得可以利用单向离合器装置以容许很容易且连续地对带张紧进行控制，而无需麻烦的手动对准和/或重新对准程序。

希望克服在离合器沿带绷紧方向的转动运动中，因离合器弹簧柄和/或相邻绕圈的弯曲所引起的弹簧型单向离合器的释放/回退扭矩的变化。

进一步希望当离合器作用为防止臂脱离带的运动的后挡时，为承载弹簧型单向离合器的柄的力提供支撑，以避免过度弯曲或屈服。

进一步希望提供一种设计，其使离合器不受张紧轮臂突然短时间振动运动的影响，以便当臂沿其路径远离冷发动机位置时，单向离合器不转动。

进一步希望通过消除在发动机运动过程中金属与臂止挡的金属接触的方式提供一种低噪音张紧轮。

进一步希望引入限制过度弹簧扭曲和振动、从而避免弹簧疲劳失效的张紧轮特征。

尽管本发明的原理能够被修改而使用于相关的任何单向装置，但它们尤其适于自调整张紧轮，其中臂的操作范围由弹簧离合器型的单向装置控制，其中单向装置功能性地位于臂和枢轴之间。

依据本发明的一个方面，提供一种具有枢轴的张紧轮，所述枢轴构造为用于安装在发动机表面上。张紧轮臂安装在枢轴上以在自由臂止挡位置和预安装止挡位置之间进行枢转运动。带接合式带轮安装为在张紧轮臂上转动。底部杯状物具有弓形槽，该槽具有自由臂止挡端和预安装止挡端。张紧轮臂与限制张紧轮臂的枢转运动的弓形槽协同工作。弹簧耦联于张紧轮臂和沿带张紧方向偏置张紧轮臂的底部杯状物之间。防逆转止挡机构接合枢轴，并与张紧轮臂具有空行程连接，其中当张紧轮臂运动通过自由范围时不接合防逆转止挡机构。1)当张紧轮臂超出该自由范围朝自由臂止挡位置运动时，张紧轮臂转动防逆转止挡机构；2)当张紧轮臂超出该自由范围朝预安装止挡位置运动时，张紧轮臂起动防逆转止挡机构，从而限制张紧轮臂行至所述预安装止挡位置之外。底部杯状物绕枢轴端部可转动地安装。当张紧轮安装在发动机表面上时，弹簧相对于枢轴能够固定。

依据本发明另一方面，提供一种张紧轮，其包括：枢轴；底部杯状物，其绕枢轴的底端可转动地安装；臂，其绕枢轴可枢转地安装；带轮/轴承组件，其偏心地安装于臂上；扭簧，其安装于底部杯状物和臂之间以朝传动带偏置臂；以及单向弹簧离合器，其安装于臂和枢轴之间。该弹簧离合器以如下方式设置成具有其释放/自由转动方向：使臂可相对自由地朝带转动，但仅能够移动离开带一段由弹簧离合器和臂之间的自由游隙所限定的角形行程量。为简化安装，优选地也设有安装销，该安装销能够锁定臂和底部，从而使得在张紧轮和带最初安装到发动机上的过程中，张紧轮的带轮尽可能地置于远离带之处。由于枢轴以不可转动的方式锁定至底部杯状物，所以只要安装销没有完全固定到发动机，主弹簧的下(静止)柄、臂以及单向装置和枢轴都可被手动旋转而离开带。

依据本发明的另一方面，可以提供一种由离合器套围绕的弹簧离合器，所述离合器套将防止离合器的弹簧绕圈过度打开。这种离合器套优选地由塑料或弹性体类型的材料制成，且能够形成为支撑承载离合器弹簧的负载，以及隔离张紧轮臂和离合器弹簧之间的金属与金属的任何直接接触。上述两个实施方式可进一步具有限制弹簧扭转和振动的两个不同特征。第一个特征以螺旋形式拟形成在弹簧腔室的一个端部，但优选是两个端部，所述螺旋螺距与弹簧绕圈在正常位置或接近正常位置处的理论螺距。第二个特征是提供弹簧支撑件，该弹簧支撑件会延伸弹簧腔的至少一半长度以约束弹簧绕圈的径向振动。防振动弹簧支撑件优选地由塑料或弹性体类型的材料制成以减小弹簧的磨损和噪音。

附图说明

结合附图，可以从下述详述中更全面地理解本发明的上述特征和优点，在所有图中，相同或相似参考标号标识同一对应部件，其中：

图1是依据本发明的张紧轮的分解侧视立体图；

图2是图1所示的张紧轮的俯视平面图；

图3是沿图2的线3-3所剖得的张紧轮的侧视截面图；

图4是沿图3的线4-4所剖得的横截面图，重点示出离合器弹簧和臂销之间的位置关系；

图5是沿图3的线5-5所剖得的横截面图，重点示出臂销和底部杯状物之间的位置关系；

图6是具有离合器套的张紧轮的另一实施方式的侧视截面图；并且

图7是沿图6的线7-7所剖得的横截面图，重点示出臂销、离合器套和离合器弹簧之间的位置关系。

具体实施方式

在图1和图3中以10总体标出依据本发明的张紧轮。如图所示，张紧轮10包括：枢轴1；臂2，其包括绕枢轴1以可转动方式安装的枢轴套筒21；轴承3，其安装在承载带轮4的臂2上；主弹簧5；底部杯状物6；顶部垫圈7；锁环8以及离合器弹簧9。

枢轴套筒21容许臂2绕枢轴1的中心轴线转动，同时臂2由安装于臂2和底部杯状物6之间的主弹簧5和/或位于发动机(未示出)内的相应弹簧柄安装狭槽(未示出)朝带偏置。顶部垫圈7防止臂2移离其位置并围绕枢轴1，所述顶部垫圈7由锁环8阻止其沿轴向移出枢轴1，并且设置在枢轴1的环槽15内。臂2也具有形成于其顶面上的工具孔27，以在发动机现场维修期间容许臂2被转动从而离开带。

枢轴1和底部杯状物6之间的安装连接使得这两个部件之间可进行相对转动运动，但不容许所述部件沿轴向分离。

根据图3，枢轴1与底部杯状物6之间的安装连接通过如下方式建立，即将枢轴1的底端13推进底部杯状物6的松配合孔61内，同时底部杯状物6的挠性唇或指型件62卡进枢轴1的相应凹槽14内，从而将这些部件沿轴向保持在一起。

从图4和图5中可以明白，臂2的环形运动以两种不同方法进行限制。首先，臂2的销22在底部杯状物的狭槽63内部仅具有有限的运动范围。在附图中示出的张紧轮的构造中，假定逆时针转动(在图2、5和7中逆时针，在图4中顺时针)使臂2朝着带运动，则顺时针运动使臂2远离带。因此，可以看出，狭槽端部63a代表张紧轮臂2的最终极限向外位置，并且通常可认为该位置就是张紧轮臂2的预安装位置。相似地，底部杯状物6的另一个狭槽端部63b限制张紧轮臂2的最大进带角位置，通常称作自由臂止挡端，因为臂在自由阶段，即当由于主弹簧5偏置力的偏置作用而不存在带或安装销时，臂会抵靠这个止挡端。为控制主弹簧力，重要的是，保持底部杯状物6的狭槽63的角位置与底部杯状物6的狭槽或孔64成正确的角关系，主弹簧5的底柄51锚接在狭槽或孔64内。

针对臂运动的第二限制来自离合器弹簧9。这种弹簧以通常的公知方法绕枢轴1安装在枢轴1上。换言之，例如在图4中，如果顺时针(即朝向带)推动钩形顶端91，则离合器弹簧9被迫略微打开，并因此容许在枢轴1上转动。顶端91沿相反方向的转动会使离合器弹簧锁定在枢轴1上，从而产生所谓的后挡以防止跳齿。如图4所示，在张紧轮10的组装过程中臂2和离合器弹簧9以如下方式对准，即离合器弹簧9的顶端91置于臂2的臂销22和前挡23之间。销22和前挡23之间的角间距代表臂2在臂2和离合器弹簧9之间不发生接触期间的自由行程。该自由行程通常设置得足够大，以容许发动机的热膨胀所引起的臂运动和一定的带/臂振荡量，但限制臂发生会使带太过松弛而导致跳齿的运动。换言之，在冷发动机运行过程中或在带正常寿命中带老化和延展时，与臂3之间的相互作用将使离合器弹簧重新调整其位置，但会阻止带变松和跳齿，即使在发动机的运行条件恶劣时亦如此。

在图4中，还显示出主弹簧5的顶端柄52如何锁进臂2的柄支撑特征24内，以及将臂2的弹簧支撑脊25(在图2中示出)设置为用做扭簧功能的型芯撑。图4也示出用于安装安装销(图1中的45)的通孔26。在图5和图7中也示出底部杯状物6内的相应的用于安装销的安装孔69/169。底部杯状物6还具有向上延伸的外壁68，外壁68由臂2的底部裙29部分地包绕，从而形成短迷宫式密封。

参见图3、4和5，张紧轮10还具有几个用以限制主弹簧5的无控振动的特征。弹簧腔的顶端(腔顶)28a、28b和底端(腔底)65a、65b被设置用来形成螺旋，该螺旋对应中型或接近中型条件的主弹簧5的螺旋。这些特征有助于主弹簧5在不发生任何大变形或不发生绕圈与绕圈接触的情况下位于其旋紧的位置。底部杯状物6也具有突起的中央部分66，中央部分66具有接近主弹簧6中央绕圈内直径的外直径。这种中央部分66的目的是限制主弹簧6的中央绕圈的径向振动。该突起中央部分优选地由软塑料或弹性体类型的材料制成，以在弹簧绕圈接触突起中央部分66时减小弹簧绕圈的磨损和/或噪音。为进一步减小接触噪音，可以使突起中央部分66至少部分地为弹性的和非圆形，并形成绕其外周缘的薄翼或刀片型延伸部。如图3和图4所示的突起中央部分66在该部件顶端处还具有切口67，以确保突起中央部分66和离合器弹簧9的顶部柄91之间不存在干涉。

在图6和图7中示出另一实施方式110。相同或相似的部件和/或特征用与上述的相同的参考标号标出。略有不同的特征具有100序列的参考编号，而全新部件则具有200序列的参考标号。主要差别如下所述：顶板7和保持环8由凸缘圆筒形顶板207替换，顶板207压配合在枢轴101上，枢轴101在其轴的顶端处不具有保持环凹槽；臂102具有销122，但它没有类似于臂2的冷止挡特征；与弹簧支撑部分166a——即支撑主弹簧5的第一绕圈的部分——的外直径相比，底部杯状物106的圆筒形突起中央部分166b的外直径略微减小；离合器弹簧109具有直式径向顶部柄191，且离合器弹簧109由离合器套200围绕。

离合器套200具有窄的弹簧柄槽201，以接收离合器弹簧109的径向柄191，从而使得当如图7所示进行定位的臂102的销122迫使离合器套顺时针转动时，柄191受到支撑而不会弯曲。离合器套200还具有两个止挡面202和203，臂销122在这两个止挡面之间完全自由地转动，从而产生某一弧长的自由行程范围。换言之，止挡面202作用为后挡，而止挡面203作用为前挡，从而避免了在臂102和离合器弹簧109之间直接产生接触而产生金属噪音。应当理解的是，因为离合器套200绕离合器弹簧109一起转动，所以可以使离合器套200的孔204和离合器弹簧109的外直径之间的间隙最小，并且可以防止第一绕圈193在打开时游走，该游走会使臂102的实际自由行程的弧长范围产生大的变动。这是本张紧轮设计的主要改进之处，因为所述第一绕圈193在离合器弹簧109的实际转动之前的过量打开，不仅导致自由行程的变动，而且也是冷发动机内的长期持续止挡接触的根源(即，小型发动机-长带情况下)，从而导致产生不必要的噪音与可能的部件损害。

因为所示的本发明的两个实施方式就其安装和在发动机内的运行而言具有相同功能，所以下面同时描述两种设计的安装和重新安装。在张紧轮10/110在工厂内进行最后组装期间，张紧轮部件以如下方式彼此对准，即离合器弹簧钩形柄91位于臂销22和前挡面23之间的自由行程弧内(依据图1至图5的设计)，或者臂销122位于离合器套200的止挡面202和203之间(依据图6和图7的设计)，同时臂销22/122进一步分别位于狭槽63/163内，并且臂2/102顺时针转动直到安装销45能够被推动同时穿过臂和底部杯状物内的销孔26和69/169为止。因为枢轴1/101相对于底部杯状物6/106自由转动，所以臂2/102自由地将离合器弹簧9/109和轴1/101拖进预安装位置。

当准备将张紧轮安装到发动机上时，它能够由穿过中央孔11/111的螺栓固定到合适位置。如果发动机内的可用空间不容许螺栓头戳到枢轴的头部之上，则枢轴1/101可具有埋头孔12/112。假如底部杯状物6/106由金属或高强度/高温塑料制成，则可以依赖底部杯状物6/106的强度来保持主弹簧5的底部柄51位于合适位置，且底部杯状物必须设置有一些锚接特征，例如突起、锯齿或类似特征(未示出)，这些特征可置于发动机的相应锁定/定位特征内。但是，如果底部杯状物由低成本塑料制成，则优选地将主弹簧的底部柄51制造得足够长，使得它突出到张紧轮10/110的主结构的外部，从而它可对准并稳固地置入发动机内的相应狭槽(未示出)内。一旦带绕张紧轮和其余带传动部件行进，操作人员就能够拔出安装销45。张紧轮臂2/102将自动地转动到合适的运行位置，而与发动机初始温度和/或带长无关。

如果需要将带和/或张紧轮从发动机卸下，则维修操作人员开始仅需要略微松开安装螺栓，使得枢轴1/101自由地转动，但仍旧保持直立，并由安装螺栓支撑。然后操作人员使用与臂2/102内的相应特征接合工具转动臂2/102及附联的带轮4以使其离开带。

在图2所示的实施方式中，工具接合特征是位于臂2顶部内的六角形孔27。但是，应当清楚，也可使用其它类型的接合装置，例如两个圆孔或任何其它的可由操作人员接近的位置。一旦臂2/102一直转动到安装位置，则操作人员应当重新插入原来的安装销45或任何其它的销穿过安装销孔26，以使臂锁进安装位置。若要更换张紧轮10/110，现在则可以从发动机拆卸。如果拟重新安装张紧轮10/101，例如在安装了新带之后，则在重新插入安装销45之后，将安装螺栓立即重新上紧，以等待重新安装。应当注意的是，依据本发明的张紧轮能够容许无任何误装危险地重新安装旧的延展带，这个过程在使用具有用于在正确运行位置进行安装的对准标定特征的、传统手动安装张紧轮时几乎是不可能的，因为这些标定标记通常仅用于新的未延展带。即使公知的张紧轮具有两组标定标记，一组用于新带，另一组用于用过的延展带，这些也不够精确，因为用过的带内的延展量总是未知的。

因此可以理解的是，本发明的目的已经得到完全和有效的实现。需要理解的是，所提供的前述具体实施方式仅是为了对本发明的结构和功能原理进行示例，而不是用于对其进行限制。相反，本发明旨在包括落入本发明的主旨和范围之内的所有修改、替代和变型。

Claims (10)

1.一种张紧轮，包括：

枢轴，其构型为用于安装在发动机表面上；

张紧轮臂，其安装在所述枢轴上，以在自由臂止挡位置和预安装止挡位置之间进行枢转运动；

带接合式带轮，其安装为在所述张紧轮臂上转动；

底部杯状物，所述底部杯状物具有弓形槽，所述弓形槽具有自由臂止挡端和预安装止挡端，所述张紧轮臂与限制所述张紧轮臂的所述枢转运动的所述弓形槽协同工作；

弹簧，其耦联于所述张紧轮臂和所述底部杯状物之间，所述弹簧沿带张紧方向偏置所述张紧轮臂；

防逆转止挡机构，其接合所述枢轴，并与所述张紧轮臂具有空行程连接，其中当所述张紧轮臂运动经过自由范围时不接合所述防逆转止挡机构，当所述张紧轮臂超出自由范围朝所述自由臂止挡位置运动时，所述张紧轮臂转动所述防逆转止挡机构，并且当所述张紧轮臂超出自由范围朝所述预安装止挡位置运动时，所述张紧轮臂起动所述防逆转止挡机构，从而限制所述张紧轮臂行至所述预安装止挡位置之外，

其特征在于，所述底部杯状物绕所述枢轴的端部可转动地安装，并且

当所述张紧轮处于已安装状态下时，所述弹簧相对于所述枢轴能够固定。

2.如权利要求1所述的张紧轮，其中所述张紧轮进一步包括安装销，当所述张紧轮处于已安装状态下时，所述安装销选择性地耦联所述张紧轮臂和所述底部杯状物。

3.如权利要求2所述的张紧轮，其中所述防逆转止挡机构包括单向绕卷式弹簧离合器。

4.如权利要求3所述的张紧轮，其中所述张紧轮臂具有止挡销，所述止挡销延伸进所述底部杯状物的所述弓形狭槽内。

5.如权利要求4所述的张紧轮，其中所述单向绕卷式弹簧离合器设置成在所述张紧轮臂朝所述自由臂止挡位置转动时解开并绕所述枢轴转动。

6.如权利要求5所述的张紧轮，其中所述单向绕卷式弹簧离合器具有呈半圆形形状的径向延伸柄，且所述张紧轮臂的所述止挡销具有与所述径向延伸柄的所述半圆形形状在形状上互补的接触表面。

7.如权利要求4所述的张紧轮，其中所述防逆转止挡机构进一步包括围绕所述单向绕卷式弹簧离合器的离合器套。

8.如权利要求7所述的张紧轮，其中所述离合器套具有两个径向延伸止挡面，所述两个径向延伸止挡面之间限定弓形自由行程空间，所述张紧轮臂的所述止挡销定位为在所述弓形自由行程空间内行进。

9.如权利要求7所述的张紧轮，其中所述离合器套在所述离合器套的内孔和所述单向绕卷式弹簧离合器的外直径之间具有小于0.5mm的径向间隙。

10.如权利要求1所述的张紧轮，其中所述弹簧是具有螺距的扭力螺旋弹簧，所述张紧轮臂具有接收所述螺旋弹簧的端部的顶面，且所述底部杯状物具有接收所述螺旋弹簧的相对端部的底面，其中所述顶面和所述底面中的至少一个形成为具有与所述螺距相似的螺距的螺旋形状。

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