CN101755146A - 用于油湿式皮带传动装置的滑轮张紧器 - Google Patents
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Abstract
一种用于皮带传动装置的张紧器(1)包括限定出轴线(A)的基部(2、3)、铰接到轴线(A)上且限定出引导表面(22)的活动元件(4)、具有用于致动所述活动元件(4)的正方形或矩形横截面的弹性螺旋元件(18)、以及包围所述引导表面(22)的空转滑轮(5)。所述张紧器(1)还包括用于将所述滑轮(5)支撑在所述引导表面(22)上的轴颈支承结构(4、29、32、33)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于油湿式皮带传动装置的滑轮张紧器，所述滑轮张紧器例如用于内燃发动机的正时传动装置。
背景技术
正时传动装置一般包括安装在与发动机油路连接的隔室中的用油润滑的链条或者干式运行的齿形皮带。近来已经生产了一种正时传动装置，其中，或者所述皮带至少部分地浸入静止的油中，或者例如通过借助于特殊的喷嘴而喷溅或通过由于皮带和滑轮的运动而冲击使所述油洒到皮带上。
油湿式皮带传动装置比链条传动装置轻和产生小的振动。此外，油湿式皮带传动装置的皮带比链条需要更低的运行张紧力，并且实验测试已经表明，相对于传统的链条传动装置，这种传动装置允许显著地降低燃油消耗和二氧化碳排放。
这种优点还可以通过对原本设计用于链条传动装置的发动机进行升级和改装而获得。然而，链条传动装置具有相比于皮带传动装置不同的尺寸。因此，为了将链条传动装置升级到皮带传动装置，皮带传动装置的所有构件都必须装配到原本设计用于链条传动装置的隔室内。或者，发动机的一些次要部件也可以以较少改动的方式而改变。
特别地，油湿式皮带传动装置可以借助于自动滑轮张紧器张紧，相对于在其中使用滑动瓦的链条传动装置，这允许进一步降低由摩擦引起的损耗。
然而，设计用于容纳链条传动装置的隔室的内部空间使自动滑轮张紧器沿轴向和沿径向的尺寸都受到很大的局限。
由本申请人提交的国际专利申请WO-A1-2006111988描述了一种用于油湿式传动装置的张紧器，其包括固定枢轴、以偏置的方式安装在所述枢轴上并由张紧弹簧驱动的碟片、以及借助于滚珠轴承以同心的方式安装在所述碟片上的滑轮。此外，所述张紧器包括摩擦减震(阻尼)装置以允许在也存在油的情况下适当地抑制皮带的振荡。
这种张紧器在轴向上紧凑，并且特别适用于安装在设计用于与这种传动装置一起运行的发动机上的油湿式传动装置。
然而，在升级链条传动装置的情况下，还重要的是尽量减小径向尺寸。
发明内容
本发明的目的是制造出一种满足前述要求的滑轮(皮带轮)张紧器。
前述目的通过根据权利要求1的滑轮张紧器实现。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在将仅通过非限制性的示例并参照附图描述优选实施方式，其中图1是沿根据本发明的滑轮张紧器的轴向平面的截面。
具体实施方式
参见附图，数字1总体地表示用于正时皮带传动装置的滑轮张紧器，所述张紧器包括限定出轴线A的枢轴2和垂直于轴线A并刚性地安装到枢轴2上从而形成刚性基部的盘体3，所述刚性基部适于可移除地与内燃发动机的壁连接。张紧器1还包括安装在枢轴2上的偏心臂4，以及同心地安装在偏心臂4上并且可绕轴线B旋转的环状滑轮5，所述轴线B与轴线A平行并间隔开。
特别地，枢轴2整体地限定出与盘体3刚性连接的端部6和用于引导偏心臂4的旋转且限定出轴线A的圆筒部7。
偏心臂4通过衬套8在径向上被支撑在圆筒部7上，并且在轴向上借助于摩擦环9置于盘体3上，所述摩擦环9由聚酰胺4.6构成并且具有用于与对应于偏心臂4的座联接的倒T形截面。
摩擦环9与偏心臂4整体结合并且具有多个优选的径向压痕，所述径向压痕与盘体3的滑动表面11协同作用。在使用中，存在于摩擦环9和盘体3之间的油借助于压痕10排出，阻尼扭矩的值因此增大。
为了施加适于在存在油的情况下使用的高轴向载荷，张紧器1包括垫片弹簧12和盖13，所述盖13与枢轴2的头部14刚性连接，以在轴向上加载垫片弹簧12并且因此将平行于轴线A的力施加到摩擦环9上。
优选地，偏心臂4限定出圆形凹部15，所述圆形凹部15布置在相对于盘体3的轴向相反侧以带有径向间隙地容纳垫片弹簧12和盖13。
此外，优选地，由聚酰胺4.6构成的摩擦碟片16夹置在偏心臂4和垫片弹簧12之间，以防止由于相对运动引起的偏心臂4的损坏并施加摩擦扭矩。
偏心臂4具有与滑轮5的高度大致相等的高度并且还限定出环状空腔17(图2)，所述环状空腔17朝向盘体3开口并且容纳与枢轴2同心地布置的螺旋扭簧18。特别地，扭簧18具有比摩擦元件9的直径小的直径，并且包括相对于枢轴2固定的第一端部和相对于偏心臂4固定的第二端部。
此外，扭簧18的簧圈具有正方形或矩形的横截面，以用于将高扭矩施加到偏心臂4上和保持径向尺寸小。
环状空腔17容纳轴向凸起21，所述轴向凸起21优选地通过将盘体3的在径向上布置在扭簧18和摩擦环9之间的部分弯折而获得。
特别地，环状空腔17被设定形状从而限定出两个止动件(未示出)，以借助于轴向凸起21限制偏心臂4相对于盘体3的最大角度行程。
为了允许滑轮5相对于偏心臂4的相对旋转，张紧器还包括如下所述的轴颈支承结构(轴颈轴承)。
特别地，偏心臂4限定出由滑轮5包围的周边圆柱表面22、相对于圆柱表面22以轴向浮凸(axial relief)凸出并具有连续环状轮廓的肩部23、以及被构造用于弹性环25的组装的座。弹性环25布置在肩部23相对于圆柱表面22的轴向相反部分上，并且在轴向上锁定环26，所述环26布置为与滑轮5直接接触并限定滑轮5的轴向位置。例如，环26由利用锰磷化表面处理以降低摩擦系数的钢构成。
优选地，圆柱表面22具有0.3到0.9微米的粗糙度Ra，并且限定出中心本体27的相应的圆柱表面具有0.2到0.8微米的粗糙度Ra。这样的值允许减小偏心臂4和滑轮5之间的磨损。
滑轮5具有中心本体27，所述中心本体27在环境温度下带有预定径向间隙地安装在圆柱表面22上并且在肩部23和环26之间带有轴向间隙地安装，两个翼部28从中心本体27的相反侧对称地凸出并且包围肩部23和环26。
特别地，在环境温度(24℃)下偏心臂4和滑轮5之间的间隙包含在6到8微米之间，以降低张紧器1所需的油的流速。
此外，枢轴2限定出油供给管道29，所述油供给管道29具有限定在端部6的支撑面上的入口30和布置在径向上的出口31。
偏心臂4还限定出径向管道32，所述径向管道32具有面向枢轴2的入口和与相对圆柱表面22凹入的油槽33连通的出口。
特别地，径向管道32在轴向上布置在凹部15和空腔17之间并且与管道29的出口31同轴。因为螺旋弹簧18的轴向尺寸，因此径向管道32的轴线并不位于圆柱表面22的中线和滑轮5的中线上，而油槽33相对于圆柱表面22的中线对称，以允许滑轮5上的对称作用力。
此外，方便地，衬套8具有通道34，所述通道34具有圆周尺寸以允许在偏心臂4相对于枢轴2的任何相对角度位置下油的流动，而不会在油从出口31流向径向管道32时产生任何约束和阻塞。
此外，用于制造偏心臂4和滑轮5的材料的选择使得偏心臂4的材料具有比用于滑轮5的材料更高的热膨胀系数。
优选地，偏心臂4由铝构成而滑轮5由钢构成。
此外，张紧器1包括密封件，以防止流入径向管道32的油在到达油槽33之前沿着衬套8朝向盘体3漏出。
特别地，密封件由偏心臂4的管状部35支撑，所述管状部35在空腔17内朝向盘体3凸出并且容纳部分衬套8和部分枢轴2。
优选地，密封件包括衬垫，所述衬垫例如为容纳在由管状部35承载的环状座37中并且与枢轴2的圆筒部7协同作用的O型环36。
有利地，张紧器1包括布置在O型环36的相对于径向管道32的轴向相反侧的第二密封件38，以用于防止油从盖13漏出。
特别地，密封件38包括夹置在盖13和摩擦碟片16之间的O型环，所述O型环具有比垫片弹簧12的外径大的内径。
优选地，摩擦碟片16限定出多个同心槽39，所述同心槽39朝向圆形凹部15的平坦面开口以进一步减慢油朝向盖13的泄漏并限定出迷宫式密封件。
根据一个优选实施方式，密封件38和迷宫式密封件39相对于限定在摩擦碟片16和枢轴2的头部14之间的径向缝隙40平行地布置。
此外，已经发现，考虑到滑轮5和偏心臂4之间的间隙小的事实，滑轮5抵抗由皮带的载荷而引起的成为椭圆形的形变的刚度是张紧器1的正确运行需要考虑的参数。特别地，已经发现，刚度并不非常高的滑轮倾向于在皮带的载荷下变形，从而减小油膜并导致滑轮4和圆柱表面22之间可能的直接接触。
已经证实了，滑轮5具有中心本体27的径向厚度S与外径D之间的10.7％的关系允许获得在径向上刚度足够高的滑轮5，以避免以上提及的可靠性的问题。
张紧器1的运行如下。
张紧器1安装在内燃发动机隔室的内壁上，所述隔室具有与油泵输送装置连接的端口。此外，在传动装置的静止状态下，穿过轴线A和径向管道32的平面布置在相对于皮带在滑轮5上的作用力的合力的预定位置。
特别地，在运行过程中，这个平面相对于滑轮5的旋转以包含在60°到130°之间的角度提前于皮带在滑轮5上的作用力的合力。
例如，关于附图，如果滑轮5沿着从部分14朝端部6看去的顺时针方向转动，那么由皮带施加的作用力的合力进入纸面并且相对于径向管道32的轴线成90°角。
为了可靠地限定这样的位置，枢轴2的端部6限定出具有与轴线A和管道29的轴线共面的轴线的座41。
皮带在滑轮5上的作用力不对称并且倾向于使滑轮5接近圆柱表面22，以使得滑轮5和圆柱表面22之间的最小径向距离介于皮带施加在滑轮5上的作用力的合力本身和径向管道32的轴线之间。
这样，当滑轮5相对于偏心臂4转动时，在夹置有油腔处产生使滑轮5保持相对于圆柱表面22悬浮的流体动力。
油借助于管道29连续供给，并且随后借助于发动机润滑回路从限定在中心本体27、肩部23和弹性环25之间的通道排出以到达油泵进口。
如已知的那样，根据雷诺方程，所述流体动力与流体的粘度直接成正比，而与油腔的高度成反比。
此外，油的粘度倾向于随着温度的升高而减小，但是因为偏心臂4由铝构成而滑轮5由钢构成，因此由于偏心臂4比滑轮5膨胀更多的事实，使得油腔高度的相应减小导致相反的效果。
这样，可以利用油腔高度的相应减小而补偿粘度减小的影响。结果是张紧器1将滑轮5上的流体动力相对于温度变化大致保持恒定。
此外，张紧器1由回路供给，所述回路在超出预定的发动机速率(enginerate)的情况下借助于与定量泵的输送串联安装的限压阀将其输送压力保持恒定。
张紧器1相对于其它负载平行布置，并且依据油在穿过张紧器1时经受的总负载损耗而接收一定流速的油。
借助于材料的选择，径向油膜倾向于减小以使得总流体阻力增大并且因此补偿由于油的粘度减小引起的流动的增大。
在油路处于恒定压力的状态下，结果是张紧器1将所需流动相对于温度变化保持大致恒定。
当发动机速率超出预定值时，限压阀控制油路。当发动机低于所述预定速率运行时，例如以低速运行时，油的流速相对低，并且重要的是减小油的泄漏以允许最小流速的油进入油槽33。
为此，O型环36避免油通过圆筒部7、衬套8和管状部35之间的间隙泄漏到盘体3。
油到头部14的泄漏通过第二密封件阻止。根据优选实施方式，所述密封件通过摩擦碟片16限定，所述摩擦碟片16由垫片弹簧12加载以使得载荷封闭轴向间隙并防止油的泄漏。所述密封件的效力借助于迷宫式密封件39提高。
此外，因为与径向缝隙40连通以及在摩擦碟片16和盖13之间限定的路径被封闭，因此O型环38阻挡可能通过径向缝隙40漏出的油的泄漏。
根据本发明的张紧器1可获得的优点如下。
滑轮5和偏心臂4之间的轴颈支承结构允许省去通常在滑轮张紧器中支撑滑轮的滚珠轴承。此外，扭簧18的簧圈具有正方形或矩形的截面，从而以较小的径向空间施加与圆形截面簧圈弹簧相同的扭矩。
布置在与杯形弹簧垫片12相同的一侧的密封件38允许在不影响轴向尺寸的情况下避免由于摩擦碟片的环状形状引起的泄漏。
此外，密封件38的座可以通过摩擦碟片16简单地且低成本地限定出，所述摩擦碟片16模制成型，并且不需要在例如为枢轴2或偏心臂4的金属构件上的高成本的切割加工。垫片弹簧12加载摩擦元件16抵靠偏心臂4的事实固有地限定出第二密封件，所述第二密封件防止沿摩擦元件16和偏心臂4之间的接触表面的油的泄漏。
当发动机速度低并且供给流动减小时，由此获得的降低的油的消耗同样保证张紧器1的正确运行。此外，降低的油的消耗是优选的，因为它在一些应用中可以允许将所述张紧器安装在发动机上，而不需要提高油泵排量和功率。当希望对原本设计用于链条驱动器的发动机升级时，这样的结果表现出显著的成本优势。
滑轮5的几何结构必须设定为避免在张紧器1由皮带加载时不利地影响油膜尺寸的变形。
偏心臂4和滑轮5的材料还被选择为使得流体动力和所需流速在油路压力由泄压阀控制时大致恒定。
滑轮5借助于弹性环25在偏心臂4上的组装特别简单且成本低，并且允许获得所需的精度以正确地限定滑轮5的轴向间隙。
垫片弹簧12允许获得高轴向负载和被容纳的尺寸，并且因此允许获得解决方案，以解决针对在同样有润滑油存在的情况下高摩擦扭矩的问题、以及针对容纳允许被安装在之前设计用于链条正时传动装置的发动机上的尺寸的问题。
摩擦扭矩的增大还借助于径向压痕10的使用而获得，所述径向压痕10防止环9和盘体3之间的润滑油膜的形成。
油槽33允许使得油沿圆柱表面22的高度的分布对称，从而避免滑轮5的不平衡。
最后，清楚的是，在不脱离所附权利要求书的保护范围的情况下，可以对在此描述和示出的张紧器1进行改变和变化。
特别地，摩擦环9可以以固定的方式与盘体3连接并且与相对于偏心臂4固定的特定表面接触地协同作用。
此外，还可以设想有轴向抵靠肩部23的环以引导中心本体27。优选地，这种环具有面向中心本体27的抗摩擦或抗磨损层以避免由于相对运动和对滑轮5的摩擦引起的损害。还更优选地，这种环由钢构成并且所述层通过表面锰磷化形成。
摩擦环9和摩擦碟片16还可以由聚酰胺6.6构成。
枢轴2和盘体3可以借助于通过感应回火或镀铬或镀镍执行的处理而具有相应的硬化表面层，以获得更高的耐磨损性。特别地，所述表面层被制成为限定出滑动表面11以及限定出衬套8安装于其上的圆柱表面。
优选地，所述表面处理允许获得维氏硬度等级为600的表面硬度。
Claims (19)
1.一种用于皮带传动装置的张紧器(1)，所述张紧器(1)包括限定出轴线(A)的基部(2、3)、与所述轴线(A)铰接的限定出引导表面(22)的活动元件(4)、用于致动所述活动元件(4)的弹性元件(18)、以及绕所述引导表面(22)安装在所述活动元件(4)上并且可以绕偏离所述轴线(A)的第二轴线(B)旋转的滑轮(5)、用于将所述活动元件(4)在轴向上紧固到所述基部(2、3)上的锁定元件(13)、夹置在所述活动元件(4)和所述锁定元件(14)之间并且由弹簧(12)在轴向上加载的环状摩擦元件(16)，所述弹簧(12)夹置在所述摩擦元件(16)与所述活动元件(4)和所述锁定元件(14)两者中的任一个之间，其特征在于，所述张紧器(1)包括适于通过油供给以将所述滑轮(5)支撑在所述引导表面(22)上的轴颈支承结构(4、29、32、33)，并且所述弹性元件(18)呈螺旋形并且具有正方形或矩形的横截面。
2.根据权利要求1所述的张紧器，其特征在于，限定有用于供给到所述轴颈支承结构(4、29、32、33)的油、并布置在与所述弹簧(12)相对于所述摩擦元件(16)相同的一侧的第一流体密封件(38)。
3.根据权利要求2所述的张紧器，其特征在于，所述流体密封件(38)包括O型环。
4.根据权利要求2或3所述的张紧器，其特征在于，在所述摩擦元件(16)与所述活动元件(4)和所述锁定元件(14)两者中的另一个之间限定有迷宫式密封件(39)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的张紧器，其特征在于，所述滑轮(5)由钢构成，并且所述滑轮(5)的一个最大厚度(S)与最大直径(D)之间的比例大于7.5％。
6.根据权利要求5所述的张紧器，其特征在于，所述滑轮(5)的最大厚度(S)与最大直径(D)之间的所述比例大于10％。
7.根据前述权利要求中任一项所述的张紧器，其特征在于，所述活动元件(4)由具有第一热膨胀系数的材料制成，并且所述滑轮(5)由具有比所述第一热膨胀系数低的第二热膨胀系数的材料制成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的张紧器，其特征在于，所述轴颈支承结构包括横过所述轴线(A)并且限定出用于供给油到所述引导表面(22)上的出口的第一管道(32)。
9.根据权利要求8所述的张紧器，其特征在于，所述第一管道(32)由所述活动元件(4)限定。
10.根据权利要求8或9所述的张紧器，其特征在于，所述基部(2、3)包括与所述轴线(A)同轴并且限定出适于由一定流速的加压流体供给且与所述第一管道(32)流体连接的第二管道(29)的枢轴(2)。
11.根据权利要求10所述的张紧器，其特征在于，所述活动元件(4)借助于衬套(8)在径向上支撑在所述枢轴(2)上，所述衬套(8)限定出通道(34)以允许油在所述第一管道(32)和所述二管道(29)之间通过。
12.根据权利要求2或8所述的张紧器，其特征在于，所述张紧器包括夹置在所述第二活动元件(4)和所述基部(2、3)之间的第二流体密封件(36)，所述第一管道(32)在轴向上夹置在所述第一和第二流体密封件(38、36)之间。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的张紧器，其特征在于，所述引导表面(22)在轴向上通过第一和第二肩部(23、25)限界，并且限定出与所述第一管路(29)流体连接的轴向对称的凹部(33)以将对称作用力施加到所述滑轮(5)上。
14.根据权利要求13所述的张紧器，其特征在于，所述张紧器包括在轴向上夹置在所述第一和第二肩部(23、25)中的一个与所述滑轮(5)之间的环(26)。
15.根据权利要求14所述的张紧器，其特征在于，所述第一和第二肩部(23、25)中的至少一个由弹性环限定。
16.根据前述权利要求中任一项所述的张紧器，其特征在于，所述张紧器包括与相对于所述轴线(A)横向地布置的接触表面(11)以相对运动协同作用的第二摩擦元件(9)，所述弹簧(12)保持所述摩擦元件(9)与所述接触表面(11)接触。
17.根据权利要求16所述的张紧器，其特征在于，所述第二摩擦元件(9)具有至少一个面向所述接触表面(11)的压痕(10)。
18.根据前述权利要求中任一项所述的张紧器，其特征在于，所述基部(2、3)包括具有借助于表面处理而硬化的表面的构件(2、3)。
19.一种包括油湿式皮带和根据前述权利要求中从属于权利要求3的任一项所述的张紧器(1)的皮带传动装置，其中，所述第一管道(32)以包含在60°到130°之间的角度提前于所述皮带在所述滑轮(5)上的作用力的合力。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100623 |