CN101297128A - 用于多段张紧的机械链条张紧器 - Google Patents

Abstract

用于内燃机闭环动力传递系统的一种张紧器，它具有终止于一个链轮的一个驱动轴以及各自终止于一个链轮的至少一个凸轮轴，带有围绕所有链轮的一个单独的连续链条。该张紧器包括一对狭长张紧臂，每个狭长张紧臂可滑动与两段链条中的一段接触，该链条在主动链轮与该一个或多个从动链轮之间移动。每个张紧臂包括一个磨损面，该磨损面与它所邻近的链条段保持恒定的可滑动的接触。一个调节臂连接着这些张紧臂的一端。该调节臂具有一个棘齿装置，它用于调节系统中的后冲并且绷紧链条中的任何松弛。

Description

用于多段张紧的机械链条张紧器

技术领域

本发明涉及链条张紧器的领域。更具体地说，本发明涉及包括一个棘齿装置的用于两段链条的一种张紧器。

背景技术

一种张紧装置(例如一种液压张紧器)是在连接到内燃机的运转轴上的多个链轮之间的链条行进时作为一种控制装置用于该动力传输链条(或类似的动力传递装置)。在该系统中，该链条将动力从一个主动轴传输到一个从动轴上，这样部分的链条是松驰的而部分的链条是绷紧的。总地来讲，重要的是对该链条施加并且维持一定程度的张力以防止噪音、滑移、或者在有齿的链条的情况下防止齿的脱啮合。在一台内燃机中的链驱动凸轮轴的情况下防止此类滑移尤为重要，因为齿的跳动将失去凸轮轴正时，可能对发动机造成损害或致使它不能运转。

然而，在内燃机的严酷环境中，众多的因素造成链条任何特定部分的张力的波动。例如，极端的温度波动以及在发动机不同部件中热膨胀系数的相对比率的差别可以引起链条张力在过高或者很低的水平之间发生变化。在长时间的使用过程中，动力传递系统各个部件的磨损可以引起链条张力的一个稳定的下降。另外，凸轮轴以及曲轴引发的扭转振动在链条张力中引起了相当大的变化。例如在发动机的停止过程中或者在启动发动机时不成功的尝试过程中出现的发动机的反向旋转还可以引起链条张力的显著波动。由于这些原因，希望有一种机构来消除链条绷紧侧上过多的张力而同时确保在链条的松驰侧施加适当的张力。

液压张紧器是维持适当链条张力的一种普遍的方法。一般而言，这些机构使用了在动力传递系统的松驰侧推靠在链条上的一个杠杆臂。当链条松驰时该杠杆臂推向链条而使链条张紧，而当该链条绷紧时它必须保持相对地不可移动。

为了实现这一目的，如先有技术图1所示的一个液压张紧器1典型地包括作为一个活塞2的一个杆或圆筒，它受到一个张紧器弹簧3的在链条方向上的偏置力。活塞2被装在圆柱形壳体5之内，该壳体具有在面向链条的一端开放而在另一端关闭的一个内部空间。该壳体的内部空间包括一个压力室4，该压力室通过多个通道或管道连接到一个储存器或者液压流体压力的外部源上。压力室4典型地是形成于壳体5与活塞2之间，并且当活塞2在壳体5内部移动时该压力室扩张或者收缩。

典型地，利用了多个阀门来调节流入和流出压力室流体流动。例如，作为活塞2向外运动的结果而该室内的压力降低时，一个输入单向阀(例如一个球式单向阀)打开以允许液体流入压力室4中。当压力室中的压力高时，该输入单向阀关闭，防止流体流出压力室。关闭该输入单向阀即防止了该活塞室收缩，这进而防止了活塞缩回，由此实现了一种所谓的“止回”功能。

许多张紧器还利用一种压力释放机构，当室内压力高时它允许液体流出压力室，这样就允许活塞响应于链条张力的快速增长以一种受调节的方式缩回。在某些张紧器中，该压力释放机构是一种弹簧偏置的单向阀。当压力超过一定的压力点时该单向阀打开。有些张紧器可利用一种阀门，它即执行输入单向功能也执行压力释放功能。

其他的机构利用一个受限的路径，流体可以穿过其中而流出该流体室，这样流出该流体室的流动体积是极小的，除非流体室内的压力很大。例如，可以通过活塞与孔径之间的间隙、通过活塞突出端中的一个排放管、或通过流体室与流体储存器之间的一个排放部件来提供一个受限的路径。

Simpson等人的美国专利号5,967,921示出与一个张紧臂或底托一同使用的一种液压张紧器，该文件通过引用结合在此。液压链条张紧器典型地具有一个活塞，它可滑动地安装到一个室中并在弹簧的偏压下给链条的一个特定段提供张力。通常在该活塞的末端使用一个杠杆、臂或底托以帮助张紧链条。来自一个外源(例如一个油泵或类似物)的液压力通过在壳体中形成的多个通道流入室中。该活塞由该液压力与弹簧张力的合力向外推到这个臂上。

当对该活塞提供一个力使使其在一个相反方向(缩入壳体)从链条移开时，典型地一个单向阀将限制流体流出该室的流动。以此方式，该张紧器实现了该止回功能，即该活塞在一个方向(向外并且离开该壳体)上的运动是容易的但在相反的方向上是困难的。

当负载波动不是太严重以至过分地压迫该弹簧或多个弹簧时，通常使用片张紧器来控制一根链条或皮带。可将带有一个后冲机构的棘轮加装到张紧器上以限制张紧装置的向后或者松驰的实际行进。

先有技术图2示出了一个常规的片张紧器。片张紧器10包括具有一个弯曲的链条滑动面的一个片底托11以及多个片弹簧21，优选地由一种经老化处理的金属性材料制成用以对该片弹簧21施加弹簧式的张力。这些片弹簧21按层安排在该链条滑动面片底托11的相反侧上，并在该片底托11上施加一个偏置力。将每个弹簧形状的片弹簧21的两个末端被插入锯齿状的部分14和15中，它们分别形成在片底托11的远端部分12以及近端部分13中。

提供了用于将该片弹簧10安装到发动机中的一个支架17。孔18和19形成在该支架17中。为了将支架17固定到发动机上，将螺栓或其他固定安装装置插入到孔18和19中。在支架17的远端部分形成一个滑动面16，并且它可滑动地接触该片底托11的远端部分。固定在该支架17上的一个销20支撑着该片底托11近端部分13，这样它可以随着链条位置的变化而枢转。

图3示出了一个链条张紧装置，它具有通过一个枢轴204连接的一对臂202、203。这两个臂202、203被推开以使臂203通过一个弹簧206加载的凸轮块205对一根链条(未示出)提供张紧力。在链条的负载反转过程中为了防止臂203的折回，安排了一个捕捉盘209以及杆208用以防止弹簧加载的凸轮块205的的返回运动。

图4示出了一种张紧器，它在链条驱动动力传递系统中使用了一种棘齿装置。该动力传递系统包括一个驱动轴302，该驱动轴具有一个链轮303，该链轮利用一个连续的环链条306来驱动一个从动轴(例如一个凸轮轴)304的链轮305。该棘齿张紧器301包括一个张紧器壳体307，它具有用于接收一个活塞308的孔312，以及一个棘爪317，它绕轴316枢转地安装到该张紧器壳体307上并且受到一个棘齿弹簧318的偏置力。该活塞308在其外周一侧上具有同棘爪317啮合的齿。通过将加压流体引入中空部分313中并且通过活塞弹簧314的力使该活塞308自该孔312向外受偏置而朝向与张紧杠杆310接触。该张紧杠杆310在支撑轴309上枢转并且具有一个滑动面311，该滑动面与正时链条306接触并为其提供张力。通过棘爪317与活塞上的这些齿的单向啮合限制了活塞308退入孔312中的向后运动。

发明内容

本发明是用于一台内燃机闭环动力传递系统的一种张紧器。该动力传递系统包括终止于一个链轮的一个驱动轴以及至少一个凸轮轴，各自依次终止于一个链轮，带有围绕这些链轮的一个单一的连续链条。该张紧器包括一对狭长的张紧臂，每个可滑动的与在主动链轮与一个或多个从动链轮移动的两段链条中的一段相接触。每个张紧臂具有一个第一端、一个第二端以及一个中间点，并且可以在该第一端、该中间点或者二者之间的某一位置上枢转地安装到该发动机壳体上。每个张紧臂包括一个磨损面以维持与它可运转地接合的链条段的滑动接触。

每个张紧臂的第二端通过一个调节臂枢转地连接到另一个张紧臂上。该调节臂包括大致在该调节臂长度的中点处的彼此可调节地重迭的两对刚性狭长带。该第一对狭长带的重达端终为钩形以便为一个伸长螺旋弹簧的一个第一端提供一个座。该第二对狭长带的重迭端也终为钩形，这些钩形端被插入第一对狭长带中的每一个上形成的狭缝中。该第二对带的钩形的末端为该伸长螺旋弹簧的一个第二端提供了一个座。第一对狭长带的每根带包括一个齿架，它与第二对狭长带的每根带上的一个齿架运行地相啮合。该伸长螺旋弹簧推动两对狭长带的重叠部分，以此使该调节臂响应于链条经历的不断增加的松驰或者磨损状况而持续变短。通过只在一个方向与这些齿啮合，这些啮合齿提供了一种”止回”特征。

附图说明

图1示出了一个先有技术的片型张紧器。

图2示出了一个先有技术的液压张紧器。

图3示出了一个替代的先有技术的张紧器。

图4示出了一个先有技术的棘齿张紧器。

图5示出了与一个闭环链条驱动系统运行性接合的本发明的张紧器的一个前正视图。

图6示出了在本发明的调节臂中棘齿装置的一个等距视图。

图7示出了没有棘齿螺旋弹簧的调节臂。

图8示出了该调节臂的两个带段。

图9是包括一个片弹簧的张紧臂之一的一个截面视图。

具体实施方式

参见图5，本发明的张紧器110与一台内燃机的一个闭环动力传递系统运行性接合。该动力传递系统包括一个主动链轮102以及至少一个从动链轮104，104’。通过一根链条100或者驱动带将来自发动机驱动轴的动力从主动链轮102传递到这些从动链轮上。最普通地与内燃机一同使用的是链条驱动。在链条100上必须始终施加适当的张力，以便防止在运转过程中或者作为随着时间各个部件不断增加的磨损的结果在链条的任何部分发生松驰时链条跳过链轮齿。

该张紧器110包括一个张紧臂112，它与在主动链轮102和从动链轮之一104之间的链条段中的一段的外表面运行性地相接合。张紧器110的第二张紧臂112’与在主动链轮102与一个第二从动链轮104’之间的另一链条段的外表面运行性地相接合。应该理解，本发明的张紧器110也能用于只具有一个主动链轮以及一个从动链轮的一个闭环动力传递系统中。

如图5所示，每个张紧臂112和112’可以通过枢轴安装装置106和106’在每个张紧臂112和112’各自的第一端107和107’上枢转地固定到发动机壳体(未示出)上。该枢轴安装装置106和106’允许它们对应的张紧臂112和112’响应于链条100的张力变化做枢轴转动。也可以使用替代的枢轴安装点，例如枢轴安装装置106a和106a’，它们基本上可以位于沿每一相应的张紧臂112和112’的纵向长度的中间点上。张紧臂112和112’的安装不必是对称的，其中张紧臂112可以在106处枢转安装到发动机壳体而张紧臂112’可以在106a’处枢转安装。可替代地，张紧臂112’可以枢轴安装在106’处而张紧臂112枢轴安装在106a处。而且，张紧臂112和112’可以同时各自在106a和106a’处进行枢轴安装。

张紧器110的一个替代实施方案包括将张紧臂112或者112’之一固定地安装到发动机壳体上因而它不能响应于变化的链条张力状况而枢转。例如，可以将张紧臂112在106和106a两个位置上固定安装到发动机壳体上。允许另外的张紧臂112’响应于变化的链条张力状况而绕一个单独的枢轴座106’进行枢转。

每个张紧臂112和112’分别包括一个狭长的矩形的链条磨损面105和105’，该磨损面半刚性地沿着每个张紧臂的长度安装，并面对链条100的与它运行地接合的一段。每个链条磨损面105和105’终止于两个钩状端内，这些钩状端围绕张紧臂的两端并安装到张紧臂上。每个链条磨损面105或105’是与该段链条的接触表面，它的相应张紧臂与该段链条接合。

每个链条磨损面105和105’各自具有一个第一端105a和105a’，以及各自具有一个第二端105b和105b’。每个第一端105a和105a’通过作为该链条滑动面105c和105c’的一个中间部分与它的相应的第二端105b和105b’连接。这在图9最清楚地示出。每个链条滑动面105c和105c’是与链条100的一个不同的段进行滑动接触。链条磨损面105和105’的各自的每个第一端105a和105a’以及每个第二端105b和105b’是在下面并且绕向相应的磨损面的中心而弯曲的。每个链条磨损面105和105’长于它的相应的张紧臂112和112’，这样每个弯曲的第一端105a和105a’接受了相应的张紧臂112和112’的对应的第一端107和107’，而每个弯曲的第二端105b和105b’接受了相应的张紧臂112和112’的对应的第二端109和109’，因此将每个链条磨损面105和105’松动地固定到它的相应的张紧臂112和112’上。这些链条磨损面105和105’优选地是由在发动机工作温度下半柔韧性的一种材料制成，以便允许它们向外弯出而适应链条100的变化的张力条件。可任选地，通过位于张紧臂与每个链条磨损面105和105’的后表面之间的一个或多个片弹簧114可以提供额外的偏置装置。在链条磨损面105和105’的每个第一端105a与105a’与张紧臂112和112’的第一端107与107’之间的存在着一个隔离间隙。同样地，在链条磨损面105和105’的第二端105b与105b’与张紧臂112和112’的第二端109与109’之间存在着一个隔离间隙。当至少一个片弹簧114使每个链条引导部件105和105’受偏置而向外并且离开其对应的张紧臂时，在张紧臂112与112’的末端与链条磨损面105与105’的末端之间的组合的隔离间隙被逐渐地消除，直到该链条磨损面105和105’不能再进一步的向外弯曲时为止。在该点上，该张紧臂112和112’独自不能提供进一步的链条张紧力。

张紧臂112和112’各自的第二端109和109’通过一个调节臂130而彼此连接。参见图6，张紧臂112的第二端109通过枢轴接点132固定到第一对狭长带134和134’相应的第一端138和138’上。张紧臂112’的第二端109’通过枢轴接点132’固定到一个第二对狭长带136，136’的相应的第一端140和140’上。狭长带134、134’，136、136’可以由任何刚性材料制成，例如，像钢、铝、它们的合金，或者不可变形的合成树脂复合材料。

参见图7，第一对狭长带134和134’相应的第二端142和142’各自终止成为一个大体上180°的钩形。第二对狭长带136和136’相应的第二端150和150’也各自终止成为一个大体上180°的钩形。第二端150可滑动地接合进入狭长带134中的一个纵向缝隙146，而第二端150’可滑动地接合进入狭长带134’中的一个纵向缝隙146’。第二端142和142’产生了一个座，用来固定螺旋弹簧160(图6)的第一端。螺旋弹簧160的第二端通过由第二端150和150’产生的座来固定。螺旋弹簧160的休止状态长于当它被安装到调节臂130中时的长度，以便提供一个力使相应的第二端142和142’受偏置而离开第二端150和150’。当需要时，响应于链条100展示的不断加大的松驰或者磨损状况，螺旋弹簧160的伸长力推动第一对狭长带134和134’与第二对狭长带136和136’相重迭。

参见图8，将该调节臂130的不同部件去掉以便更好地示出棘齿装置155的某些特征。置于内表面137上并且接近于狭长带136的第二端150有一个内齿架170。虽然未在此图中示出，镜像的狭长带136’同狭长带136一样也包括相同的部件。确切地说，在内表面137’上并且接近于狭长带136’的第二端150’有一个齿架170’。置于外表面135’上并且接近于狭长带134’的第二端142’有一个外齿架172’。也未在此图中示出，该镜像的狭长带134包括类似的如在狭长带134’上呈现的部件，即在外表面135上并且接近于狭长带134的第二端142有一个外齿架172。当该调节臂130完全组装时，狭长带136的内齿架170与狭长带134的外齿架172啮合而狭长带136’的内齿架170’与狭长带134’的外齿架172’啮合。这些齿被设计成只在一个方向上响应于螺旋弹簧160推动第一对狭长带134和134’的第二端142和142’与第二对狭长带136和136’的第二端150和150’相分离的力而进行对位。因此，响应于链条100出现的松驰的增加或者过分的磨损状况，狭长臂112和112’之间的距离将减小。当张紧臂112和112’之间的距离减小时，在链条100上维持了一个相对恒定的张紧力。

为了确保内齿架的齿170和170’与它们的相应的外齿架的齿172和172’保持固定的啮合，第二端150和150’的螺旋弹簧坐位表面是朝向该调节臂130的中心轴线而成角。因此，第二端142和142’表面的螺旋弹簧坐位表面是朝向离开该调节臂的中心轴线而成角。当被压缩的螺旋弹簧160坐于第二端142与142’以及第二端150与150’之间时，它的自然倾向是返回到它伸长的休止状态而在第二端142和142’的成角的位置上以及在第二端150和150’的成角的位置上均产生一个力以确保相应的啮合的齿架不跳出彼此间的啮合，直到响应于链条张力状况的变化而希望的情况。

在松驰的或磨损的链条的方向上张紧臂112和112’只可利用磨损面105或105’来提供张紧力。与棘齿装置155一起，单由磨损面施加的最小力可足以用来张紧某些链条驱动传递系统。该实施方式可以给某些动力传递系统提供所希望的张力。然而，其他的驱动传递系统也许有不同的张力需求。图9示出了张紧臂112的一个横截面，其中示出了一个替代实施方式。将一个片弹簧114加装到张紧臂112主体中的一个凹陷内，以提供额外的力用于推动磨损面105与链条100进入强力的滑动接触。类似的实施方式将包括多于一个片弹簧，或者彼此叠放在一个单独的凹陷中或者沿着张紧臂112的长度置于分离的多个凹陷中。应该理解，如果需要，张紧臂112’还可以结合至少一个片弹簧。每个具体的链条驱动系统的设计参数也许必须要求一种张紧器110，其中两个张紧臂112和112’均包括多个片弹簧，或者是一种其中仅有一个张紧臂包括多个片弹簧。同样，张紧臂112和112’两个可以都不包括片弹簧。

后冲是一个张紧装置向后或者无张力的行进。由磨损面105和105’与本发明的棘齿装置155的对位运动所提供的力的量值的结合控制了发生在一个闭环链条驱动的动力传递系统在运行中的后冲量。在张紧臂112和112’的本体与它们相应的磨损面105和105’的下侧之间生成的气隙受到了以上讨论的磨损面105和105’的各端与张紧臂112和112’的相应端之间的隔离间隙的量值的限制。来自两个张紧臂的间隔向结合的总量限定了该动力传递系统中的后冲。后冲决定了该一个或多个从动链轮中的正时变量并且必须保持为最小。当因为在磨损面105和105’与它们的相应的张紧臂112和112’之间已经达到最大间隔使链条中的松驰不能被吸收时，该棘齿装置155的螺旋弹簧160提供了所需的力进行该啮合齿架只在一个方向上并且至少一个齿的对位。齿的对位增加了调节臂130的多对狭长带之间的重迭，并且使相应的张紧臂112和112’的第二端109和109’彼此相向地受到偏置。这些张紧臂112和112’的第二端之间减少的距离使磨损面105和105’与它们相应的链条100的段重新建立有力的接触。这些齿的单方向运动防止了调节臂130返回到它先前的伸长的状态，该状态由于在磨损面105和105’以及它们相应的链条段之间失去或减少有力的接触而将导致无力张紧链条。

因此，必须理解，在此描述的本发明的多个实施方式仅是对本发明的原理的应用的说明。在此提及的多个所展示的实施方案的描述并非旨在限定权利要求的范围，而这些权利要求本身列举了被认为是本发明的实质性的那些特征。

Claims (14)

1.一种用于对一台内燃机的闭环动力传递系统的链条施加张力的一种张紧器，包括：

a)一个第一狭长张紧臂，它具有安置在与该链条的一个第一段处于运行性接合的一个第一端和一个第二端，该第一狭长张紧臂枢转地固定到该发动机上一个第一安装装置上；

b)一个第二狭长张紧臂，它具有安置在与该链条的一个第二段处于运行性接合的一个第一端和一个第二端，该第二狭长张紧臂枢转地固定到该发动机上一个第二安装装置上；以及

c)一个调节臂，它具有一个第一端和一个第二端以及一个棘齿装置，该棘齿装置大致等距离的定位在该第一端与该第二端之间；

其中，该调节臂的第一端是枢转地附着在该第一狭长张紧臂的第二端上，而该调节臂的第二端是枢转地附着在该第二狭长张紧臂的第二端上。

2.按照权利要求1所述的张紧器，进一步包括：一个狭长的第一磨损面，它具有一个第一端、一个第二端以及一个链条滑动面，其中该狭长磨损面的第一端围绕着该第一张紧臂的第一端，而该磨损面的第二端围绕着该第一张紧臂的第二端从而使该链条滑动面可滑动地接触该链条。

3.按照权利要求2所述的张紧器，进一步包括布置在该第一张紧臂与该第一磨损面之间的至少一个片弹簧，从而响应于该链条的松驰状态对该第一磨损面朝向该链条施加偏置力。

4.按照权利要求1所述的张紧器，进一步包括一个狭长的第二磨损面，它具有一个第一端、一个第二端以及一个链条滑动面，其中该磨损面的第一端围绕着该第二张紧臂的第一端，而该磨损面的第二端围绕着该第二张紧臂的第二端从而使该链条滑动面可滑动地接触该链条。

5.按照权利要求4所述的张紧器，进一步包括布置在该第二张紧臂与该第二磨损面之间的至少一个片弹簧，从而响应于该链条的松驰状态对该第二磨损面朝向该链条施加偏置力。

6.按照权利要求1所述的张紧器，其中该第一张紧臂的第一端是枢转地安装到该发动机上的该第一安装装置上。

7.按照权利要求1所述的张紧器，其中该第二张紧臂的第一端是枢转地安装到该发动机上的该第二安装装置上。

8.按照权利要求1所述的张紧器，其中该第一张紧臂是在沿该第一张紧臂长度的大致的一个中点上枢转地安装到该发动机的该第一安装装置上。

9.按照权利要求1所述的张紧器，其中该第二张紧臂是在沿该第二张紧臂长度的大致的一个中点上枢转地安装到该发动机的该第二安装装置上。

10.按照权利要求1所述的张紧器，进一步包括一个第二安装装置以便将第一张紧臂非枢转地固定到该发动机上。

11.按照权利要求1所述的张紧器，进一步包括一个第二安装装置以便将第二张紧臂非枢转地固定到该发动机上。

12.按照权利要求1所述的张紧器，其中该调节臂具有两对狭长带，每根狭长带具有一个第一端和一个第二端，其中该第一对带的第一端形成了该调节臂的第一端，该第二对带的第一端形成了该调节臂的第二端，该第一对带的第二端形成了一个座以保持一个螺旋弹簧的第一端，而该第二对带的第二端形成了一个座以保持该螺旋弹簧的第二端。

13.按照权利要求12所述的张紧器，进一步包括在每个该第一对带的内表面上接近每个该第一对带的第二端的一个第一齿条；以及在每个该第二对带的外表面上接近每个该第二对带的第二端的一个第二齿条。

14.按照权利要求13所述的张紧器，其中每个第一齿条与一个对应相邻的第二齿条相啮合。

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