CN101529122A - 张紧器 - Google Patents

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CN101529122A CNA2007800181024A CN200780018102A CN101529122A CN 101529122 A CN101529122 A CN 101529122A CN A2007800181024 A CNA2007800181024 A CN A2007800181024A CN 200780018102 A CN200780018102 A CN 200780018102A CN 101529122 A CN101529122 A CN 101529122A
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郝闽椿
M·彼得拉什科
刘克铭
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Abstract

一种张紧器，其包括：底部；与底部枢转连接的枢轴臂；与枢轴臂轴颈连接的皮带轮；设在底部和枢轴臂之间的第一偏压构件，所述第一偏压构件在第一操作范围上向枢轴臂施加弹簧力；设在底部与枢轴臂之间的第二偏压构件；所述第二偏压构件在预定枢轴臂位置上向枢轴臂施加弹簧力，所述预定枢轴臂位置设在操作范围内，并且在超出该预定枢轴臂位置时第二偏压构件补充第一弹簧偏压构件的弹簧力。

Description

张紧器
技术领域
本发明涉及一种张紧器，更具体地涉及一种具有第一弹簧和第二弹簧的张紧器，所述第二弹簧在预定枢轴臂位置向枢轴臂施加弹簧力以补充第一弹簧的弹簧力。
背景技术
通常，张紧器包括：提供设备的静态扭矩(或者作用力)输出的能量储存构件，诸如弹簧；和修改设备对外部输入的动态作用力响应的能量吸收构件，例如某些类型的阻尼机构。能量储存构件和能量吸收构件在臂的整个工作范围上都起作用，而不是选择性地应用于操作范围内。由能量储存构件输出的作用力随着构件的加载(通常由张紧器臂相对于张紧器底部的位置限定)和该构件的弹簧刚度而改变。
已知具有多个能量储存构件的张紧器，例如包括双张紧弹簧的张紧器，其中这两个弹簧的轴线被设置在同一直线上。这些共线的弹簧提供两种不同的功能，并且各弹簧连续地与枢轴臂操作接合。第一个涉及能量储存功能。第二个涉及提供阻尼加载装置或者阻止张紧器臂的运动的摩擦构件。
现有技术的代表是Ushio的美国专利4,826,471(1989)，其公开了一种具有弹簧结构的自动传动带张紧器，其中弹簧结构向抵靠传动带的惰轮提供双重偏置。该偏置结构向承载该惰轮的臂提供双重偏置，所述双重偏置包括由扭转产生的偏置和由弹簧结构的压缩产生的偏置。在一种形式中，采用一对偏置弹簧，其中一个用于提供扭转偏置，一个用于提供压缩偏置。在另一种形式中，单个弹簧对该双重偏置作用都产生影响。压缩偏置结构包括一对凸轮，这些凸轮具有相配的倾斜表面以作为惰轮臂运动的函数实现压缩弹簧的压缩。
发明内容
需要的是一种具有第一弹簧和第二弹簧的张紧器，第二弹簧在预定枢轴臂位置上向枢轴臂施加弹簧力以补充第一弹簧的弹簧力。本发明满足了这种需要。
本发明的主要方面是提供一种具有第一弹簧和第二弹簧的张紧器，第二弹簧在预定枢轴臂位置上向枢轴臂施加弹簧力以补充第一弹簧的弹簧力。
本发明的其它方面将在本发明的下列描述和附图中指出或变得显而易见。
本发明包括一种张紧器，其包括：底部；与底部枢转连接的枢轴臂；与枢轴臂轴颈连接的皮带轮；设在底部和枢轴臂之间的第一偏压构件，所述第一偏压构件在第一操作范围上向枢轴臂施加弹簧力；设在底部与枢轴臂之间的第二偏压构件，并且所述第二偏压构件在预定枢轴臂位置上向枢轴臂施加弹簧力，所述预定枢轴臂位置被设置在操作范围内并且在超出该预定枢轴臂位置时第二偏压构件补充第一偏压构件的弹簧力。
附图说明
并入本说明书并且成为本说明书一部分的附图示出了本发明的优选实施例，并且与描述部分一起用来解释本发明的原理。
图1是本发明的张紧器的俯视图；
图2示出了张紧器的轮毂载荷与位移的关系；
图3是张紧器的俯视示意图，其示出了枢轴臂的有效操作范围；
图4是张紧器的分解视图；
图5是扭转弹簧的侧视图；
图6(a)是第二弹簧的侧向横截面图；
图6(b)是第二弹簧的俯视图；
图7是阻尼靴的透视图；
图8是阻尼靴的横截面图。
具体实施方式
图1是本发明的张紧器的俯视图。张紧器100包括底部10。底部10包括接收紧固件(未示出)的孔12，所述紧固件用于将张紧器附连到装配表面(未示出)，例如发动机上。紧固件可以包括诸如螺栓这样的螺纹紧固件，或者还可以包括铆钉、铆柱或胶粘剂。
枢轴臂20在枢轴21处以可枢轴转动的方式与底部10相连。皮带轮30在轴杆31处与枢轴臂20轴颈连接。轴杆31可包括本领域公知的任何形式的螺栓或者杆。皮带轮30接合动力传动皮带，例如辅助传动系统中的皮带。
张紧器100包括第一弹簧41(参见图4)和第二弹簧40(参见图4)。第二弹簧40在接合部41处与底部10接合。第二弹簧40的另一端在接合部22处与枢轴臂20接合。第二弹簧包括弹性材料，诸如三元乙丙橡胶(EPDM)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、聚氨酯、天然橡胶、合成橡胶或者上述物质中的两种或多种的组合。弹簧40还可以包括可压缩螺旋弹簧或者扭转弹簧。
图2示出了张紧器的轮毂载荷与位移的关系。辅助范围B在正常操作范围A之外。辅助范围B以无预加载荷的高弹簧刚度为特征。
两个弹簧40，41的使用提供了两个张紧器扭矩输出范围。第一个扭矩输出范围由弹簧41限定，且在图2中以范围A示出。第二个扭矩输出范围以根据需要间歇接合的第二弹簧40的使用为特征，且在图2中以范围B示出。在范围B中，第二个扭矩输出范围是第一弹簧41的扭矩与第二弹簧40的扭矩相加的总和。当枢轴臂20到达预定角行程位置时，弹簧40补充弹簧41的弹簧力。
图3是张紧器的俯视示意图，其示出了枢轴臂的可达到操作范围。关于半径R1，自由臂位置约为117°。“自由臂”是在未与皮带接合时在弹簧的推动下枢轴臂所处的静止位置。平均皮带位置(mean beltposition)约为177°，并且载荷皮带位置约为143°。这些数值只是以举例的方式给出的，而不希望对本发明的范围造成限制。
“平均皮带位置”是枢轴臂的正常操作位置。在与“平均皮带”位置和“载荷皮带”位置相同或者在这两个位置之间角度偏移的位置上，弹簧40与枢轴臂20接合。
“载荷皮带”位置是为将皮带安装在张紧器皮带轮上而将枢轴臂移至的位置。一旦装上皮带，枢轴臂通常从载荷皮带位置移至平均皮带位置。载荷皮带位置通常处于使弹簧40在介于部分压缩与完全压缩之间的位置上的范围内。在此描述的范围值仅仅是一些实例，而不希望对所描述的任何范围造成限制。
图4是张紧器的分解视图。张紧器包括装在底部10内的弹簧41，其在此实施例中为扭转弹簧。弹簧41的第一端42与底部10相连。弹簧41的第二端43与阻尼靴15接合。阻尼靴15摩擦接合枢轴臂20的内表面23。阻尼靴15阻止枢轴臂20的摆动。通过来自弹簧41的压力将阻尼靴15保持在合适位置上。
第二弹簧40接合底部10上的底座11。销14将弹簧40附连在底座11上。接合部22接触弹簧40的另一端。在操作期间，弹簧40被保持在接合部22与底座11之间。弹簧40的轴线B-B被设置成与第一弹簧41的轴线A-A大致垂直。这也可被描述成轴线B-B被设置在与轴线A-A正交的平面上。
在操作期间，随着枢轴臂20绕枢轴转动，扭转弹簧41受到扭转压缩，因而向与皮带轮30接合的皮带施加弹簧力。防尘板31被用来阻止碎片进入皮带轮30的轴颈区域33。
弹簧40引入第二弹性弹簧构件，其对操作的作用在张紧器的正常操作范围内实现。在到达预定枢轴臂位置时，弹簧40提供第二弹簧力以增强扭转弹簧41的弹簧力。即，第二弹簧40或偏压构件在预定枢轴臂位置上向枢轴臂施加弹簧力，所述预定枢轴臂位置被设置在操作范围内且在超出该位置时第二弹簧40补充第一弹簧41的弹簧力。当弹簧40与枢轴臂接合时，弹簧40还可为枢轴臂的运动提供阻尼。
使用单个弹簧41得到的较低扭矩输出适应对正常皮带输入(因而产生较低的承载和轮毂疲劳载荷)的枢轴臂响应，然而极端的皮带载荷输入(和因此极端的枢轴臂运动)由两个弹簧适应，第二弹簧40工作在辅助操作范围内。
弹簧40的作用力可在枢轴臂的行程范围内的任何位置上施加到枢轴臂上，这意指：弹簧40可以在指定应用所要求的枢轴臂20的运动范围内的任何位置上接触接合部22。
弹簧40的弹簧刚度可以是恒定或渐变的，这意指：弹簧刚度可作为轴向压缩位移的函数进行变化。枢轴臂作用力(且因此皮带作用力)可通过使用具有不同弹簧刚度的不同弹簧得到调节。弹簧40可包括普通弹簧(例如用于扭转或压缩应用的螺旋缠绕弹簧)或者其他弹性材料(包括塑料、天然和合成橡胶，例如聚氨酯)。在使用橡胶或者聚合物的情况下，可沿径向方向支撑或不支撑弹簧40，这意指：对弹簧进行支撑以防止不适当的侧向运动。
弹簧40还在枢轴臂行程范围的终点提供“软止动件”。一旦枢轴臂20已经接近其预期行程的终点，枢轴臂20撞击“软”弹簧40，而不是碰撞硬止动件，这会产生噪音并且在与底座11的撞击足够剧烈的情况下会造成机械损坏。
枢轴21包括轴13和衬套130。枢轴臂20与轴13相连。衬套130为低摩擦轴承，以方便枢轴臂2的枢转运动。
此张紧器的应用实例包括皮带驱动的起动器发电机系统，其中起动模式要比正常操作模式剧烈的多(例如当起动器发电机用作交流发电机时，张紧器在起动器发电机的皮带紧边上)。
由于在发电机起动器启动或者增压期间需要较高的皮带张力，因此普通张紧器将必须具有过高的扭矩输出，这会在正常发动机运行模式下产生不可接受地高皮带张力、或者接近零度的轮毂载荷-臂角或接近零度的包角，其在正常发动机运行模式下导致张力控制/皮带拉紧变弱，还导致更高的臂运动和耐用性降低。
只有在皮带载荷增至导致枢轴臂20接合第二弹簧40的预定水平时，本发明的张紧器才通过第二弹簧的操作提供补充扭矩输出。否则，扭矩单独由第一弹簧41逐步提供。即，在正常操作期间和在正常操作范围内，张紧器基于扭转弹簧41的特性起作用。在正常操作范围内，弹簧40未在枢轴臂20与底部10之间受到压缩。然而，在承受过多的皮带载荷且因此臂的行程超出正常操作范围时，接合部22将与弹簧40发生接触且由此与底座11发生接触，从而在枢轴臂22与底部10之间压缩弹簧40。在这种配置下，弹簧40的弹簧力被添加到扭转弹簧41的弹簧力上。弹簧40提供额外的弹簧力和阻尼以抵抗过度载荷事件。参见图6(a)，弹簧40的面45在未受压缩的状态下的位置限定了枢轴臂在正常操作范围内的运动上限。
各弹簧40、41分别提供弹簧力和弹簧刚度，其影响到张紧器的轮毂载荷。尽管弹簧41因其向阻尼靴15提供作用力而直接影响阻尼，阻尼靴也提供同样由弹簧的扭转卷绕和展开引起的最小阻尼力。
在表1中示出了示例性的弹簧刚度。在表2中示出了用于另一示例性应用的轮毂载荷率(hubload rate)和阻尼。表2基于图2所示的信息。
表1：弹簧刚度
  弹簧   弹簧刚度
  弹簧41   0.2Nm/deg
  弹簧40   823N/mm
表2：轮毂载荷率和阻尼系数
  范围   载荷率(N/mm)   张紧器阻尼(％)
  正常操作范围(只用弹簧41) 2 56
  扩展范围(用弹簧40和弹簧41) 185 28
图5是扭转弹簧的侧视图。末端42与底部10相连。末端43接合阻尼靴15。
图6(a)是第二弹簧的侧向横截面图。凹部44接收销14。销14将弹簧40保持在底部10上，参见图4。面45和面46位于弹簧40的两端上。面45、46通常是平坦的，但是可以包括与接合部22和底座11接合所需要的任何形状。
图6(b)是第二弹簧的俯视图。凹部44被示出具有分级形状(graduated form)，即具有第一和第二直径以便完全接合销14，且不存在与弹簧输出的接合干涉。这防止弹簧40在枢轴臂20退出底部10时脱离底部10。
图7是阻尼靴的透视图。阻尼靴15包括具有预定摩擦系数的摩擦材料150。摩擦材料150接合表面23，参见图4。摩擦材料150与主体151相连。
接收部分152接合弹簧41的末端43。弹簧41的末端43在两个点、即F1和F2上接收部分152。通过在F1和F2处对阻尼靴施加压力，弹簧41使阻尼靴表面150向表面23施加大致垂直的作用力。在弹簧41的扭转加载期间，弹簧41将阻尼靴15垂直压入表面23。这通常发生在枢轴臂20的枢转运动期间。在弹簧41的扭转加载期间形成于表面23与表面150之间的摩擦力比扭转弹簧41的卸载期间由表面23与表面150形成的摩擦力大约1倍至约5倍。因此，这包含不对称的阻尼特性。
图8是阻尼靴的横截面图。接收部分152通常为U形，以接合弹簧末端43。对于张紧器的操作，阻尼靴具有不对称的阻尼特性。这意指：当枢轴臂响应皮带加载状态而运动时，施加在枢轴臂上的阻尼力要大于枢轴臂响应皮带卸载状态而运动时施加在枢轴臂上的阻尼力。这意指：枢轴臂将抵抗因皮带载荷增加而引起的运动，同时在皮带载荷反向期间(例如在皮带变松弛时)允许枢轴臂的运动受到较少限制以便将载荷维持在皮带上。
与皮带卸载方向相比，张紧器臂在皮带加载方向上的运动的阻尼特性的差值在约1∶1至约5∶1的范围内。在阻尼特性大于1∶1的情况下，为不对称的阻尼特性。如上所述，不对称的阻尼特性用于其中皮带上的载荷反向导致在皮带的本应不松驰的部分中出现暂时松驰状况的驱动系统。阻尼不对称是阻尼机构，即阻尼靴15、表面23和扭转弹簧41的特点。
虽然在此已经描述了本发明的一些形式，但是本领域技术人员显然能够在不脱离在此描述的本发明的精神和范围的情况下在构造和部件关系上进行变化。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种张紧器，其包括：
底部(10)；
与底部枢转连接的枢轴臂(20)；
与枢轴臂轴颈连接的皮带轮(30)；
设在底部和枢轴臂之间的第一偏压构件(41)，所述第一偏压构件包括具有第一偏压构件轴线的扭转弹簧；
第二偏压构件(40)，其包括设在底部与枢轴臂之间的可压缩弹性材料，并且具有与第一偏压构件轴线大致垂直的第二偏压构件轴线；以及
所述第二偏压构件在预定的枢轴臂位置上向枢轴臂施加弹簧力，以补充第一偏压构件的弹簧力。
2.如权利要求1所述的张紧器，其还包括：
接合在第一偏压构件与枢轴臂之间的阻尼构件；以及
所述阻尼构件提供不对称的阻尼特性。
3.如权利要求2所述的张紧器，其还包括与枢轴臂摩擦接合的阻尼构件。
4.一种张紧器，其包括：
底部(10)；
与底部枢转连接的枢轴臂(20)；
与枢轴臂轴颈连接的皮带轮(30)；
设在底部和枢轴臂之间的第一偏压构件(41)；
接合在第一偏压构件与枢轴臂之间的阻尼构件(15)；
所述阻尼构件向张紧器提供不对称的阻尼特性；
第二偏压构件(40)，其包括设在底部与枢轴臂之间的可压缩弹性材料；以及
所述第二偏压构件在预定的枢轴臂位置上向枢轴臂施加弹簧力，以补充第一偏压构件的弹簧力。
5.如权利要求4所述的张紧器，其中，不对称的阻尼特性在约1∶1至约5∶1的范围内。
6.如权利要求4所述的张紧器，其中，第二偏压构件包括与第一偏压构件轴线大致垂直设置的轴线。
7.一种张紧器，其包括：
底部(10)；
与底部枢转连接的枢轴臂(20)；
与枢轴臂轴颈连接的皮带轮(30)；
设在底部和枢轴臂之间的第一偏压构件(41)，所述第一偏压构件在第一操作范围上向枢轴臂施加弹簧力；
第二偏压构件(40)，其包括设在底部与枢轴臂之间的可压缩弹性材料；以及
所述第二偏压构件在预定的枢轴臂位置上向枢轴臂施加弹簧力，所述预定的枢轴臂位置设在操作范围内，并且在超出该预定的枢轴臂位置时第二偏压构件补充第一弹簧偏压构件的弹簧力。
8.如权利要求7所述的张紧器，其还包括：
接合在第一偏压构件与枢轴臂之间的阻尼构件；以及
阻尼构件提供不对称的阻尼特性。
9.如权利要求8所述的张紧器，其还包括与枢轴臂摩擦接合的阻尼构件。
10.如权利要求8所述的张紧器，其中，不对称的阻尼特性在约1∶1至约5∶1的范围内。
11.如权利要求7所述的张紧器，其中，第二偏压构件包括与第一偏压构件轴线大致垂直设置的轴线。
12.如权利要求11所述的张紧器，其中，第一偏压构件包括扭转弹簧。

Claims (15)

1.一种张紧器，其包括：
底部(10)；
与底部枢转连接的枢轴臂(20)；
与枢轴臂轴颈连接的皮带轮(30)；
设在底部和枢轴臂之间的第一偏压构件(41)，所述第一偏压构件包括具有第一偏压构件轴线的扭转弹簧；
设在底部与枢轴臂之间的第二偏压构件(40)，其具有与第一偏压构件轴线大致垂直的第二偏压构件轴线；并且
所述第二偏压构件在预定的枢轴臂位置上向枢轴臂施加弹簧力，以补充第一偏压构件的弹簧力。
2.如权利要求1所述的张紧器，其中，第二偏压构件包括可压缩弹性材料。
3.如权利要求1所述的张紧器，其还包括：
接合在第一偏压构件与枢轴臂之间的阻尼构件；以及
所述阻尼构件提供不对称的阻尼特性。
4.如权利要求3所述的张紧器，其还包括与枢轴臂摩擦接合的阻尼构件。
5.一种张紧器，其包括：
底部(10)；
与底部枢转连接的枢轴臂(20)；
与枢轴臂轴颈连接的皮带轮(30)；
设在底部和枢轴臂之间的第一偏压构件(41)；
接合在第一偏压构件与枢轴臂之间的阻尼构件(15)；
所述阻尼构件向张紧器提供不对称的阻尼特性；
设在底部与枢轴臂之间的第二偏压构件(40)；以及
所述第二偏压构件在预定枢轴臂位置上向枢轴臂施加弹簧力，以补充第一偏压构件的弹簧力。
6.如权利要求5所述的张紧器，其中，第二偏压构件包括可压缩弹性材料。
7.如权利要求5所述的张紧器，其中，不对称的阻尼特性在约1∶1至约5∶1的范围内。
8.如权利要求5所述的张紧器，其中，第二偏压构件包括与第一偏压构件轴线大致垂直设置的轴线。
9.一种张紧器，其包括：
底部(10)；
与底部枢转连接的枢轴臂(20)；
与枢轴臂轴颈连接的皮带轮(30)；
设在底部和枢轴臂之间的第一偏压构件(41)，所述第一偏压构件在第一操作范围上向枢轴臂施加弹簧力；
设在底部与枢轴臂之间的第二偏压构件(40)；以及
所述第二偏压构件在预定枢轴臂位置上向枢轴臂施加弹簧力，所述预定枢轴臂位置设在操作范围内，并且在超出该预定枢轴臂位置，第二偏压构件补充第一弹簧偏压构件的弹簧力。
10.如权利要求9所述的张紧器，其还包括：
接合在第一偏压构件与枢轴臂之间的阻尼构件；以及
所述阻尼构件提供不对称的阻尼特性。
11.如权利要求10所述的张紧器，其还包括与枢轴臂摩擦接合的阻尼构件。
12.如权利要求10所述的张紧器，其中，不对称的阻尼特性在约1∶1至约5∶1的范围内。
13.如权利要求9所述的张紧器，其中，第二偏压构件包括与第一偏压构件轴线大致垂直设置的轴线。
14.如权利要求13所述的张紧器，其中，第二偏压构件包括卷簧。
15.如权利要求14所述的张紧器，其中，第一偏压构件包括扭转弹簧。
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