CN101415968A - 串联弹簧叶片张紧器 - Google Patents

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Abstract

一种叶片张紧器，包括带有并行叠置的多个扁弹簧的叶片底托组件，该组件在一端枢转并且在相对端通过弹簧加载的斜坡部得到串联支撑。提供串联弹簧加载的斜坡部使该张紧器的整体刚性减小，这在张紧器拉紧由于磨损而伸长的链条松弛量时能够实现更加均衡的张紧负载。

Description

串联弹簧叶片张紧器
相关申请的引用
本申请要求于2006年4月11日提交的、标题为“串联弹簧叶片张紧器”的临时申请号60/744,617中披露一项发明。特此要求美国临时申请依据35 USC§119(e)的权益，并且上述申请特此通过引用结合在本申请中。
发明背景
发明领域
本发明涉及弹簧叶片张紧器(spring blade tensioner)的领域。更具体地说，本发明涉及串联弹簧叶片张紧器。
相关技术的说明
常规的叶片弹簧张紧器(也可称为片簧张紧器)可以形成适当的力以控制新链条的状况，但缺乏足够的力来控制磨损链条的状况。为了在紧凑的装配件中形成足够的张紧负载，常规的张紧器可以具有高的系统弹簧刚度。具有高弹簧刚度的系统对于偏移是高度敏感的。因此，当叶片(即弹簧片)组件偏转而拉紧链条松弛部分时，对于高系统弹簧刚度所施加的张紧负载可以快速减少。一个解决方案是对新链条增加张紧负载，这样当链条处于磨损的链条状况时实现了最小的可接受的负载。这种方法是不可取的，因为对于新链条的高张紧负载引起更大的摩擦损失、增加链条的啮合噪音以及叶片底托(blade shoe)和链条的更高磨损。
发明概述
为了在紧凑的装配件中形成足够的张紧负载，常规的叶片张紧器可以具有高系统弹簧刚度。当叶片组件偏转而拉紧链条松弛部分时，对于高系统弹簧刚度，所施加的张紧负载可以快速减少。本发明的叶片张紧器包括带有平行叠置的多个叶片弹簧的叶片底托组件，该叶片底托组件在一端枢转并且在相对端被弹簧加载的斜坡部串联支撑。提供串联的弹簧加载的斜坡部减少了张紧器的整体刚性，这在该张紧器拉紧由于磨损而拉长的链条松弛部分时能够实现更加均衡的张紧负载。
附图简要说明
图1示出本发明的一个实施方案中的张紧器的侧视图。
图2示出本发明的一个实施方案中的张紧器的另一个视图。
图3示出本发明的一个实施方案中该张紧器的另一个视图。
本发明的详细说明
本发明涉及当链条由于磨损而伸长时在链条上维持适当的张紧负载的问题。本发明包括带有平行叠置的多个弹簧的叶片底托组件，该叶片底托组件在一端枢转并且在相对端被弹簧加载的斜坡部串联支撑。在一个优选的实施方案中，该斜坡组件弹簧是扭力弹簧。提供串联弹簧加载的斜坡部减少了张紧器的整体刚性。由该扭力弹簧形成的力平衡了由该叶片底托组件的自由端产生的力。
常规的叶片张紧器具有叶片底托，该叶片底托带有多个平行组装的扁弹簧。平行组装的多个弹簧的有效的总弹簧常数等于每一单个弹簧的总和。例如，平行组合的相等弹簧刚度常量的四个弹簧给出的有效的总弹簧刚度为：k(平行)＝k(1)+k(2)+k(3)+k(4)。本发明结合了与该叶片底托组件串联布置的附加的弹簧。串联组装的两个弹簧的有效总弹簧刚度常量的倒数等于每一单个弹簧的倒数的总和或者1/k(串联)＝1/k(1)+1/k(2)。因此，将多根弹簧平行布置增加了总刚度而将多根弹簧串联布置则减少刚度。本发明减少了张紧器系统的弹簧刚度，这使张紧器对偏移具有较小的敏感性。这在该张紧器拉紧由于伸长的链条松弛部分时产生更加均衡的张紧负载。
用于控制机动车发动机中使用的链条的一种串联弹簧张紧器包括组装在耐磨损底托中的一个或多个平行叠置的叶片弹簧。在一个实施方案中，该叶片底托由枢转机构安装到支架上。在另一个实施方案中，叶片底托和斜坡组件被直接安装到发动机上。该枢转机构优选的是枢转销。在多个替代性实施方案中，该枢转机构可以是圆柱凹座、球头节或者允许该叶片底托有效枢转的任何枢转机构。
在一个优选实施方案中，该底托由塑料制成。在另一个实施方案中，该支架优选是固定的压制的钢支架。枢转销优选由钢制成。该底托具有枢转端和对抗弹簧加载的斜坡组件的自由滑动端。底托被组装到支架上并且由枢转销使其保留。斜坡组件优选包括钢冲压件，该冲压件配备了供底托作用在其上的平表面；与该斜坡冲压件一体的多个枢转孔，用于该斜坡部围绕其振动的枢转套管以及对该斜坡部提供力矩的斜坡组件弹簧。该弹簧优选的是扭力弹簧，但是作为替代可以是能够将力矩提供给该系统的任何其他类型的弹簧。该枢转套管优选地由钢制成。在一个实施方案中，该枢转套管由紧固件(例如螺栓)夹紧，这对于将该张紧器支架安装到发动机上同样是普通的。在另一个实施方案中，分离的枢转销用于斜坡部独立于支架安装所用的安装螺栓的转动。
该斜坡部冲压件也设计为将斜坡部在每一方向中的转动行程限制在指定的界限内。由于高链条负载的向后行程优选以物理停止件来进行控制以限制过度的链条运动。向前进入链条的行程优选地是用另物理停止件来控制，以防止斜坡组件弹簧发生完全的负载松弛并且将斜坡部固定在稳定的位置中以便组装到发动机上。
本发明的一个实施方案结合钢支架和带有用于该叶片的钢枢转销的钢斜坡部以及用于该扭力弹簧斜坡部的钢枢转套管。该支架和斜坡部还可以由具有足够结构和磨损整体性的多种替代材料制成，包括但不限于压铸铝或者模制有金属安装螺栓和多个枢转插件的填充了玻璃纤维的尼龙。在另一个实施方案中，该支架与直接在该发动机上定位的叶片枢转销和扭力弹簧斜坡部枢转细节一起被取消。在其他的实施方案中，该枢转销可以由替代的枢转接头几何形状代替，这包括但不限于，多个圆柱凹座或者多个球头节。
参见图1至3，张紧器(1)包括带有一个或多个平行叠置的叶片弹簧(5)的叶片底托(8)。这些叶片弹簧(5)优选的是扁平的。尽管图中示出四个叶片弹簧(5)，可使用任何数目的弹簧。该底托(8)由枢转销(7)安装在支架(9)上。该底托(8)具有枢转端(6)和自由滑动端(4)。在一个优选的实施方案中，该底托(8)由塑料制成。在另一个优选实施方案中，该支架(9)由冲压钢制成。而在又一个优选实施方案中，该枢转销(7)是由钢制成。
该叶片底托(8)具有枢转端(6)和自由滑动端(4)。弹簧加载的斜坡组件(11)具有平坦表面(2)，叶片底托(8)抵靠该表面而滑动。该叶片底托(8)的自由滑动端(4)对抗扭力弹簧加载的斜坡组件(11)。尽管图中示出了扭力弹簧，可以使用任何类型的弹簧，该弹簧包括但不限于螺旋压缩弹簧、拉伸弹簧或者板弹簧。该斜坡组件(11)围绕套管(10)枢转，该套管优选是圆柱形的。该枢转套管(10)优选地由紧固件(13)(例如螺栓)夹紧。
在一个实施方案中，由于高链条负载的向后行程优选用物理停止件(15)来进行控制以限制过度的链条运动。向前进入链条中的行程优选用另物理停止件(14)来控制以防止该扭力弹簧(3)发生完全的负载松弛并且将斜坡部固定在稳定位置中用于组装到发动机上。尽管在图中向后行程停止件(15)和向前行程停止件(14)均被示出，串联弹簧叶片张紧器的多个替代实施方案可以省略该向后行程停止件(15)和/或该向前行程停止件(14)。
当斜坡组件(11)转动以维持整体弹簧加载平衡时，斜坡部平坦表面(2)的定向就改变了。斜坡部表面(2)相对于该叶片底托(8)的滑动端(4)的定向是决定该张紧器(1)的整体有效刚性的另一个因素。当该斜坡部表面(2)平行于从该叶片底托的枢转端到自由端所画的一条弦线(12)时，发生高有效刚性。更确切地说，该弦线(12)是从该叶片底托(8)的枢转端(6)上的枢转点至该叶片底托(8)的滑动端(4)的突出部分接触该斜坡部表面(2)的点画出的。当斜坡部表面(2)从所定义的平行位置转动离开时，发生较低的有效刚度。当斜坡组件已经向前移动并且已经到达向前行程停止件(14)时，该斜坡部表面(2)最接近于该平行位置。当斜坡组件已经向后移动并且已经到达向后行程停止件(15)时，该斜坡部表面(2)距离该平行位置最远。
支架(9)被安装到发动机上，这样这个或这些叶片弹簧(5)以及底托叶片组件推顶在链条的松弛段上(未示出)。这些叶片弹簧和斜坡组件弹簧的弹簧力常量被选择为响应于变化的链条负载状况。当斜坡部(11)转动时，叶片底托组件偏转、围绕枢转端(6)振动、在斜坡部平坦表面(2)上滑动并且跟随该斜坡部表面(2)的运动。
高链条负载将该叶片底托组件的弧段变平，引起叶片自由端(4)滑下斜坡部(11)并且引起斜坡部(11)转动，从而使斜坡部扭力弹簧(3)的抵抗力矩增加直到该弹簧系统实现力平衡。低链条负载将这些作用逆转，该叶片底托弧段的半径减小，叶片自由端(4)滑上斜坡部表面(2)并且斜坡组件(11)转动从而使扭力弹簧(3)的抵抗力矩减少直到该系统再次实现力平衡。
本发明认识到存在许多设计变量，它们能被调节以实现整个张紧器系统的优化性能。多个调节变量是斜坡组件以及叶片底托组件的力和刚性，叶片底托枢轴以及斜坡部枢轴的位置，斜坡部表面的位置和定向，以及叶片组件弧段和弧长。这些变量的每一个均可调节以实现整个张紧器的力和刚性的优化平衡。
因此，应该理解，在此说明的本发明的这些实施方案仅仅是对本发明原理应用的展示。在此提及的这些展示的实施方案的细节并非旨在限制权利要求的范围，这些权利要求本身引用了那些被认为是本发明所必须的那些特征。

Claims (23)

1.一种用于在机动车发动机中使用的链条的张紧器，包括：
a)支架；
b)叶片底托，该叶片底托具有第一端和第二端，并且包括至少一个叶片弹簧，其中，该叶片底托的第一端用第一枢转机构安装在该支架上；以及
c)弹簧加载的斜坡组件，该斜坡组件包括：具有平表面的斜坡部，该叶片底托的第二端在该平表面上滑动；该斜坡围绕其转动的第二枢转机构；以及向该斜坡部提供力矩的斜坡组件弹簧。
2.权利要求1所述的张紧器，其中，该弹簧加载的斜坡组件连接到该支架上。
3.权利要求1所述的张紧器，其中，该第二枢转机构包括枢转套管。
4.权利要求3所述的张紧器，其中，该枢转套管是由钢制成的。
5.权利要求1所述的张紧器，进一步包括紧固机构，该紧固机构将该第二枢转机构紧固并且将该张紧器安装到发动机上。
6.权利要求1所述的张紧器，其中，该第一枢转机构是选自下组，该组包括：枢转销；多个圆柱凹座；以及多个球头节。
7.权利要求6所述的张紧器，其中，该第一枢转机构是钢制的枢转销。
8.权利要求1所述的张紧器，进一步包括将该支架安装到发动机上的至少一个安装螺栓。
9.权利要求1所述的张紧器，其中，该叶片底托是由塑料制成的。
10.权利要求1所述的张紧器，其中，该支架是固定的压制的钢支架。
11.权利要求1所述的张紧器，其中，该斜坡部是钢制的。
12.权利要求1所述的张紧器，其中，该叶片弹簧包括多个并行组装的叶片弹簧。
13.权利要求1所述的张紧器，其中，该张紧器是串联地弹簧加载的。
14.权利要求1所述的张紧器，其中，该斜坡组件弹簧是扭力弹簧。
15.权利要求1所述的张紧器，其中，该斜坡组件弹簧是选自下组，该组包括：螺旋压缩弹簧；拉伸弹簧；以及板弹簧。
16.权利要求1所述的张紧器，其中，该叶片弹簧以及该斜坡组件弹簧的弹簧力常数被选择为：当该张紧器承受高链条负载时，该叶片底托变平并且该叶片底托的第二端滑下该斜坡部，使得该斜坡部转动并使该斜坡组件弹簧的抵抗力矩增加，直到该斜坡组件弹簧和该叶片弹簧实现力平衡。
17.权利要求1所述的张紧器，其中，该叶片弹簧以及该斜坡组件弹簧的弹簧力常数被选择为：当该张紧器承受低链条负载时，该叶片底托的弧半径减小并且该叶片底托的第二端滑上该斜坡部，使得该斜坡部转动并使该斜坡组件的抵抗力矩减小，直到该斜坡组件弹簧与该叶片弹簧实现力平衡。
18.一种用于在机动车发动机中使用的链条的张紧器，包括：
a)叶片底托，该叶片底托具有第一端和第二端并且包括至少一个叶片弹簧，其中，该叶片底托的第一端用第一枢转机构安装在发动机上；以及
b)弹簧加载的斜坡组件，该斜坡组件包括：具有平表面的斜坡部，该叶片底托的第二端在该平表面上滑动；该斜坡部绕其转动的第二枢转机构；以及向该斜坡部提供力矩的斜坡组件弹簧。
19.权利要求18所述的张紧器，其中，该弹簧加载的斜坡组件连接到发动机上。
20.权利要求18所述的张紧器，其中，该叶片弹簧和该斜坡组件弹簧的弹簧力常数被选择为：当该张紧器承受高链条负载时，该叶片底托变平并且该叶片底托的第二端滑下该斜坡部，使得该斜坡部转动并使该斜坡组件弹簧的抵抗力矩增加，直到该斜坡组件弹簧与该叶片弹簧实现力平衡。
21.权利要求18所述的张紧器，其中，该叶片弹簧以及该斜坡组件弹簧的弹簧力常数被选择为：当该张紧器承受低链条负载时，该叶片底托的弧半径减少并且该叶片底托的第二端滑上该斜坡部，使得该斜坡部转动并使该斜坡组件弹簧的抵抗力矩减小，直到该斜坡组件弹簧与该叶片弹簧实现力平衡。
22.权利要求18所述的张紧器，其中，该斜坡组件弹簧是扭力弹簧。
23.权利要求18所述的张紧器，其中，该斜坡组件弹簧是选自下组，该组包括：螺旋压缩弹簧；拉伸弹簧；以及板弹簧。
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