CN103154572B - 具有用于径向摩擦的非对称阻尼的扩张弹簧的张紧器 - Google Patents

Abstract

公开了一种张紧器，所述张紧器可以是动力系统的一部分，其中，所述张紧器向诸如皮带、链、或其它连续环状件的环状动力传输元件提供了张力。张紧器具有：臂，所述臂能够围绕第一轴线旋转并且包括臂心轴，所述臂心轴具有穿过其中的狭槽；衬套，所述衬套具有突出件并且定位成与臂心轴毗邻，其中，所述突出件接收在臂心轴的狭槽中；和弹簧，所述弹簧联接到臂，从而迫使臂围绕第一轴线旋转成与动力传输元件张紧接合。弹簧定位成当臂沿着与张紧接合方向相反的方向旋转时，所述弹簧能够径向扩张成与衬套的突出件接触，使得衬套相对于臂心轴被径向向外推动，以提供摩擦阻尼。

Description

具有用于径向摩擦的非对称阻尼的扩张弹簧的张紧器

技术领域

本发明整体上涉及张紧器，并且更加具体地涉及非对称阻尼的张紧器，所述非对称阻尼的张紧器使用扩张弹簧提供径向摩擦阻尼。

背景技术

对于诸如皮带张紧器的张紧器而言通常设有一种机构，用于阻尼由皮带张力波动导致的张紧器臂的运动。所述阻尼的所需大小取决于多种驱动因素，包括几何形状、附件负荷、附件惯性、发动机占空系数以及其它。例如，具有较高扭转输入或者某些瞬态动态状况的驱动系统可能需要更高的阻尼来充分控制张紧器运动。尽管更高的阻尼在控制臂运动方面卓有成效，但是所述更高的阻尼也会对其它关键张紧器功能造成不良影响（例如，对皮带松弛状态响应缓慢或者没有响应）。另外，由于制造变化、操作温度以及部件介入或者磨损而发生的阻尼变动或变化也能够导致张紧器无响应。

正时皮带系统受益于使用不对称阻尼来解决所述问题。当遇到额外皮带张紧时，不对称阻尼的张紧器提供了阻尼，但是自由响应皮带松弛状况。尽管可能不是所有其它前端附件驱动张紧器皆需要不对称功能性，但是延长使用寿命、解决其它瞬间动态系统问题（包括皮带打滑）或者简单地使得张紧器对阻尼变化不敏感的潜力使得所述不对称功能性成为理想的设计选择。

使用摩擦阻尼的多种皮带张紧器阻尼机构使用轴向力来使得张紧器的部件运动以产生摩擦力，所述摩擦力实施阻尼。这些设计趋于需要一种包含轴向力的装置，并且皮带张紧器的某些部件必须更加坚固，以在张紧器的使用寿命期间承受轴向力。

发明内容

公开的张紧器的一个方面是这样的张紧器实施例，其中，径向阻尼力能够包含在支撑壁内而非依赖于接头件。径向阻尼优选地是不对称的。

在一个实施例中，公开了一种张紧器，所述张紧器可以是动力系统的一部分，其中，张紧器向环状动力传输元件（诸如，皮带、链或其它连续环状件）提供张力。张紧器具有臂，所述臂能够围绕第一轴线旋转并且包括：具有穿过其中的狭槽的臂心轴；衬套，所述衬套具有突出件并且定位成毗邻臂心轴，其中，突出件接收在臂心轴的狭槽中；和弹簧，所述弹簧联接到臂，从而推动臂围绕第一轴线旋转成与动力传输元件张紧接合。弹簧被定位成当臂沿着与张紧接合方向相反的方向旋转时所述弹簧能够径向扩张成与衬套的突出件相接触，使得衬套相对于臂心轴被径向向外推动，以提供摩擦阻尼。

在另一个实施例中，张紧器包括支撑构件，所述支撑构件容纳弹簧、臂心轴和衬套，其中，衬套毗邻支撑构件并且臂心轴位于弹簧和衬套之间。因此，当弹簧径向扩张时，所述弹簧迫使衬套与支撑构件摩擦接合以提供摩擦阻尼。

衬套可以包括穿过其中的纵向狭缝，所述狭缝允许衬套响应弹簧的径向扩张而径向扩张。在一个实施例中，衬套包括大体圆筒形套管，所述套管具有位于其中的纵向狭缝并且在其内表面上具有至少一个突出件。衬套还可以具有从其套管的一个端部向外延伸的凸缘。

臂的臂心轴优选地具有固定直径，使得臂心轴不会响应弹簧的径向扩张。替代地，仅仅衬套通过扩张弹簧而径向扩张。张紧器还可以包括将弹簧包封在张紧器内的罩盖。

在一个实施例中，臂包括围绕第二轴线可旋转地安装的带轮，第二轴线与第一轴线间隔开并且平行于第一轴线。

在另一个实施例中，公开了一种张紧器，所述张紧器可以是动力系统的一部分，其中，张紧器向环状动力传输元件提供张力。张紧器包括：支撑构件，所述支撑构件包括限定了第一轴线的轴；和臂，所述臂包括安装在轴上的臂心轴，用于使得臂能够围绕第一轴线旋转运动。臂心轴限定了凹腔，在所述凹腔中具有至少一个狭槽开口。张紧器还包括位于支撑构件和臂之间的衬套。衬套包括突出件，所述突出件接收在臂心轴的狭槽中。另外，张紧器具有接收在臂心轴的凹腔中并且联接到臂的弹簧。弹簧推动或者偏压臂围绕第一轴线旋转成与动力传输元件张紧接合。弹簧还定位成当臂沿着与张紧接合的方向相反的方向旋转时径向扩张成与衬套的突出件相接触，使得衬套相对于臂心轴被径向向外推动成与支撑构件摩擦接合，以提供摩擦阻尼。

附图说明

图1是使用张紧器的实施例的发动机的正视图；

图2是张紧器的实施例的分解透视图；

图3是图1的张紧器的沿着线3-3获得的侧剖视图；

图4是图3的张紧器的沿着线4-4获得的剖视图；

图5是张紧器的实施例的剖视图，其示出了连接到臂、枢轴和弹簧的罩盖的下侧；

图6是图5的罩盖的侧视底部透视图。

具体实施方式

以下详细描述将说明本发明的总的原理，在附图中附加示出了本发明的示例。在附图中，相同的附图标记表示相同或者功能相似的元件。

在此公开的阻尼机构和张紧器提供了一种不对称的摩擦阻尼器。张紧器通常为动力系统的一部分，其中，张紧器向环状动力传输元件（诸如，皮带、链或者其它连续环件）提供张力，所述环状动力传输元件在系统中由至少一个动力源驱动并且其还可以驱动附件。动力传输元件和张紧器协调地操作，其中张紧器根据需要并且响应环状动力传输元件的动态状态向环状动力传输元件提供张力。

现在参照图1，发动机整体上用附图标记20表示并且所述发动机利用环状动力传输元件21驱动在本领域中众所周知的多个从动附件。整体用附图标记100表示的本发明的皮带张紧器用于在环状动力传输元件21上提供张紧力。环状动力传输元件21可以是本领域中已知的任何适当的类型。张紧器100构造成通过多个紧固件25固定到发动机20的安装支架或者支撑结构24。紧固件可以是螺栓、螺钉、焊接点或本领域中已知的任何其它适当的紧固件，所述紧固件在发动机运转期间将张紧器保持在适当位置中。安装支架或者支撑结构24可以是任何构造并且包括用于接收紧固件25的任意数量的开口。

利用在此公开的张紧器来张紧松弛的环状动力传输元件的不寻常之处在于，被解卷的弹簧的卷起用于使得张紧器的臂旋转以提供张力，这在此将称作张紧方向T。沿着在此称作卷起方向W的相反方向，可以认为张紧器臂响应在张紧器驻留的跨距中被张紧的环状动力传输元件的主要力被卷起；然而，对于张紧器而言非典型地，张紧器臂的卷起对应于在公开的张紧器内的弹簧的解卷。

张紧器的卷起可能对驱动系统的预期功能造成某些潜在的不良影响。为了减轻这种不良影响，有所帮助的是设置包括在张紧器中的阻尼器或者阻尼机构（例如摩擦阻尼器）来抵抗动力传输元件的运动，而同时又不会对张紧器尤其是其臂的旋转用于张紧动力传输元件产生不利的影响。这种摩擦阻尼通常称为不对称阻尼，并且在在此公开的张紧器中弹簧的解卷提供了该种阻尼。弹簧的解卷使得所述弹簧的线圈向外扩张，从而增大其线圈直径，在此这被用于提供不对称摩擦阻尼，这是通过使得弹簧作用在张紧器的另一个部件上，因此弹簧推动成与另一个表面摩擦接合。

参照图2至图3，当弹簧106响应于在张紧器驻留的跨距中被张紧的环状动力传输元件的皮带负荷或者其它主要力而解卷时，张紧器100通过弹簧106的扩张提供了针对臂102的运动的不对称摩擦阻尼。弹簧106将向外指向的力、径向力从其扩张的线圈传递到衬套108以推动衬套108与支撑构件114的内表面146摩擦接合，所述支撑构件114容置衬套108和弹簧106的至少一部分，使得大量摩擦阻尼施加到在卷起方向W的皮带张紧器。如上文所解释的那样，当增加张力致使环状动力传输元件沿着远离环状动力传输元件方向提起张紧器臂时产生卷起方向。张紧器利用摩擦阻尼力抵抗沿着卷起方向W的旋转，但是基本没有利用相同的摩擦阻尼力来抵抗张紧器臂朝向皮带的运动。

在此公开的张紧器的构造的独特之处在于使用了径向扩张弹簧，其中，径向扩张提供了力来推动部件摩擦接合，以提供阻尼，径向扩张（即，解卷）的弹簧然后施加扭力以将扭矩施加到张紧器臂，以使张紧器臂沿着张紧方向T，即，朝向动力传输元件旋转。

张紧器应用径向力而非轴向力，使得部件中的一些由成本较低的材料制成，原因在于部件和接头件不需要如它们承受轴向力时那样坚固。不存在轴向力允许某些部件可以制成更为纤薄，这能够减轻张紧器的重量并且削减成本。任何存在于张紧器中的径向力均能够容易地包含在皮带张紧器的支撑构件内。

张紧器100包括：张紧器臂102，如图3所示，所述张紧器臂102能够沿着张紧方向T并且沿着与张紧方向相反的卷起方向W围绕第一轴线A旋转；弹簧106；衬套108；支撑构件114和罩盖118。臂102包括带轮120，所述带轮120能够旋转地安装到所述臂的第一端部130，用于围绕第二轴线B旋转，所述第二轴线B与第一轴线A间隔开并且平行于第一轴线A。带轮120可以利用带轮螺栓122或者其它紧固件联接到臂102并且可以包括防尘盖124。

臂102在其第二端部132处包括臂心轴（arbor）104，所述臂心轴104围绕第一轴线A从臂伸出。臂心轴104可以包括套管152，所述套管152具有开口第一端部154和局部底部117，所述局部底部117限定了开口第二端部156，所述开口第二端部156与第一端部154相比具有更小的开口度。在一个实施例中，套管152大体为圆筒形并且限定了可以接收弹簧106的壳体150。在套管152内设置有一条或多条狭槽116，所述狭槽116延伸穿过所述套管152，即，所述狭槽从臂心轴104的外表面通入所述臂心轴104的内部中。在组装时，罩盖118可以封闭套管152的第一端部154而支撑构件114可以封闭第二端部156。罩盖118和支撑构件114可以包封张紧器的其它部件，例如，弹簧106、臂心轴104和衬套108并且保护这些部件免受污染。

在一个实施例中，臂心轴104包括两条狭槽116，更加优选地如图2所示，包括三条狭槽116，但是并不局限于狭槽的任何特定数量。狭槽116可以定位成围绕臂心轴104等距间隔开，这有利于将由扩张弹簧106施加的力更为均匀地分配到衬套108上。在一个实施例中，狭槽116可以延伸通过套管152。狭槽116可以是任何形状和/或构造，所述形状和/或构造允许衬套的突出件110延伸到套管152限定的凹腔143中，用于当弹簧106扩张时与弹簧106相接触。

如在图3中充分所见，狭槽116可以延伸通过套管152并且进入到局部底部117中。狭槽116位于局部底部117中的部分仅仅部分径向向内延伸到局部底部117中，使得局部底部117在其外周边周向间断并且在其内周边周向连续。内周边是最靠近第一轴线A的边缘。周向连续的内周围有助于稳固套管152的开口第二端部156或者向所述开口第二端部156提供刚性，并且使得臂心轴104具有固定尺寸。在一个实施例中，套管152呈大体圆筒形并且具有固定直径。

如图4中充分所见，局部底部117包括抵接特征件180，所述抵接特征件180定位在套管152的内部内。抵接特征件180接收弹簧106的第一端部107。因此，当臂心轴104随着臂102一起旋转时，抵接特征件180促使弹簧106解卷并且径向扩张其直径。在一个实施例中，抵接特征件180是这样的隔开件或者突出件，所述隔开件或者突出件提供了用于弹簧106的大体平切端的大体平面表面，以便直接接触地抵接在弹簧106的大体平切端上。在另一个实施例中，抵接特征件180可以是套管、支架、凹槽或者其它接收件，弹簧端部107装配到所述抵接特征件180中，以将弹簧连接到臂心轴104，用于使得弹簧随着所述臂心轴104一起运动。

在一个实施例中，抵接特征件180可以是斜坡特征件，所述斜坡特征件根据斜坡面方向能够增加或者减小弹簧的向外扩张程度。本领域中的技术人员应当理解的是抵接特征件180的形状和/或轮廓可以使得张紧器能够具有不对称或者步进的阻尼。

臂102的第二端部132还可以包括围绕周边的凸缘158，在所述凸缘158处，臂心轴104连接到臂102。在组装张紧器100时，凸缘158可以安放在支撑构件114的凸缘115上。突片140从凸缘158延伸出并且向外伸出，所述突片140可以作为止挡件，以当突片140接触止挡件（例如支撑构件114上的止挡件142和/或罩盖118上的突片136）时限制臂102围绕第一轴线A的旋转运动。

臂心轴104接收在支撑构件114的凹腔143中。支撑构件114具有闭合端部160和开口端部162并且包括枢轴144，所述枢轴144从闭合端部160延伸到凹腔143中并且臂心轴104围绕所述枢轴144旋转。支撑构件114可以有利于将张紧器100相对于环状动力传输元件安装在适当位置中。在一个实施例中，枢轴144大体居中定位在凹腔143内并且具有轴向延伸的开口145或者孔，所述开口145或者孔可以接收螺栓、螺钉、销或其它紧固件25′（如图1所示），以便将组装好的皮带张紧器保持在一起和/或将张紧器相对于环状动力传输元件安装在表面上。支撑构件114还可以接收和/或容置弹簧106和衬套108的至少一部分。

在一个实施例中，支撑构件114可以包括围绕凹腔143的开口端部162的周边向外延伸的上边沿115或者凸缘，和止挡件142，所述止挡件142从所述支撑构件114的位于开口端部162近侧的外壁或者作为凸缘115的延伸部向外伸出。在一个实施例中，支撑构件114也可以包括定位销147，所述定位销147位于所述凹腔143的闭合端部160的外表面上，所述定位销147能够接收在这样的接收件中，所述接收件可以设置在发动机20的安装支架或者支撑结构24上。

如图2至图3所示，衬套108定位或者能够定位在臂心轴104和支撑构件114的内表面146之间并且毗邻臂心轴104的外表面。衬套108包括套管119，所述套管119具有第一开口端部170和第二开口端部172和一个或多个突出件110，所述突出件110从套管的内表面168向第一轴线A延伸。在一个实施例中，套管119大体呈圆筒形。突出件110的数量优选地匹配臂心轴104中的狭槽116的数量，使得衬套108能够与臂心轴104配合，其中，所述衬套108的突出件110接收在狭槽116中。因此，突出件110成形与臂心轴104的狭槽116配合。突出件110还成适当的尺寸，使得所述突出件110延伸穿过臂心轴104进入到所述臂心轴104的内凹腔143中，并且随着弹簧106在解卷时的扩张能够接近所述弹簧106或者弹簧106能够接近所述突出件110。

衬套108还可以包括凸缘113，所述凸缘113从套管119的一个端部例如从第一开口端部170向外延伸。在图2-3的实施例中，衬套108包括穿过其中的狭缝112，所述狭缝112从第一开口端部170延伸至第二开口端部172。狭缝112使得衬套108能够响应当弹簧106解卷时所述弹簧106的扩张而径向扩张。在替代实施例中，衬套108可以基本具有弹性。

弹簧106位于支撑构件114的凹腔143内，其中，所述弹簧106的线圈与衬套108的突出件110并置。因此，当臂102响应在张紧器驻留的跨距上张紧的环状动力传输元件的皮带负荷或其它主要力而旋转时，弹簧106将解卷，增加线圈直径并且将其线圈径向扩张到衬套108的突出件110中，由此相对于保持静止的臂心轴104径向向外引导衬套108并且使得衬套108与支撑构件114的内表面摩擦接合。当动力传输元件的皮带负荷或者其它主要力消散时，因弹簧106解卷状态而积累在弹簧106中的扭矩推动张紧器臂102沿着张紧方向T旋转，同时弹簧恢复到其卷起状态。因此，弹簧106联接到张紧器臂102，使得弹簧提供了扭矩，以沿着张紧方向T推动张紧器臂。

弹簧106是任何形状和/或构造的扭力弹簧。在一个实施例中，扭力弹簧是圆丝弹簧。在另一个实施例中，扭力弹簧可以是方弹簧或者矩形弹簧或者方形线圈或者矩形线圈弹簧。在另一个实施例中，扭力弹簧是扁丝弹簧。本领域中的技术人员应当理解的是，对于这些多种扭力弹簧，可以要求位于张紧器内的替代弹簧端部接合点，以提供固定的附接件，使得弹簧适当地卷起并且解卷，以偏压臂。

弹簧106优选地具有：第一端部107，所述第一端部107将弹簧106联接到张紧器臂102，具体是联接到臂心轴104；和第二端部109，所述第二端部109将弹簧106联接到罩盖118。如以上讨论的那样，弹簧106的第一端部107抵接在或者接收在张紧器臂102的第一抵接特征件180（在图4中充分所见）中，以便将张紧器臂102联接到弹簧106，使得张紧器臂102沿着卷起方向W的旋转解卷弹簧，并且由此径向扩张弹簧线圈的直径。此后，解卷扩张的弹簧106的扭矩能够使得张紧器臂102沿着张紧方向T旋转，以当沿着卷起方向W提升张紧器臂的力减小时张紧动力传输元件。当弹簧106使用其扭矩旋转臂102时，弹簧106卷起回向其初始位置，由此从衬套108的突出件110上减小和/或者移除径向力，使得减小或者基本不存在抵抗张紧器臂朝向皮带旋转的摩擦阻尼。张紧器100的阻尼是不对称的。

弹簧106的第二端部109同样抵接在或者接收在位于罩盖118中的第二抵接特征件中（见图5中的附图标记182）。罩盖118中的第二抵接特征件可以与第一抵接特征件180相同或者不同。优选的是弹簧的第二端部109是静止的，即，由罩盖118保持静止，所述罩盖118相对于臂102是静止的。因此，罩盖118中的第二抵接特征件应当构造成保持弹簧106的第二端部109静止。

图1-3的罩盖118包括大体居中定位的孔134，用于接收紧固件25′，诸如螺栓、螺钉、铆钉或者用于将罩盖固定到张紧器的其它紧固件。孔134可以是罩盖的上表面135中的埋头孔，以接收紧固件的头部。罩盖118还可以包括突片136，所述突片136从所述罩盖118向外延伸。突片136可以是L状并且包括：臂138，所述臂138从罩盖118的外周边大体水平向外延伸；和凸缘139，所述凸缘139从臂138的与罩盖的外周边相对的端部大体竖直向下延伸。在罩盖的下侧部137上，用于接收弹簧106的一个端部的第二抵接特征件形成在所述下侧部137上或者所述下侧部137中。轨道192可以凹嵌进罩盖的下侧部137中，用于接收弹簧106，并且所述轨道192可以限定抵接特征件的至少一部分并且延伸离开所述抵接特征件。轨道192优选地匹配弹簧106的曲率或形状。在一个实施例中，罩盖118可以包括多于一个的突片136并且突片136可以将罩盖118固定到臂102和/或支撑构件114。

在另一个实施例中，在图5-6中示出，整体用118′表示的罩盖具有附接到枢轴144的带花键的附接件。枢轴144具有带花键的端部186和孔145，所述端部186与枢轴的接合到凹腔143的闭合端部160的接头相对。带花键的端部186提供了支撑构件114和罩盖118′之间的配合连接。为了与带花键的端部186配合，罩盖118′具有突起188，所述突起188包括交替的脊状件194和凹槽196的内构造。通过将突起188连接到枢轴144的带花键的端部186保持罩盖118′静止。

罩盖118′可以包括大体居中定位的孔134′，所述孔134′定位成穿过突起188的中心。罩盖118′还可以包括轨道192′，所述轨道192′凹嵌到罩盖118′的下侧部137′中。轨道192′成形为与扭力弹簧106的形状匹配，尤其是与弹簧的包括弹簧106的第二端部109的部分和从其延伸的第一线圈的至少部分相匹配。轨道192′还可以限定抵接特征件182的一部分，抵接在所述抵接特征件182上的弹簧的第二端部109的切割端部与其直接接触。轨道192′可以具有在轨道192′中的突出件190，在所述弹簧106的第二端部109附近，以便有助于将第二端部109保持在罩盖中的合适位置中。

第二抵接特征件182可以与以上描述的抵接特征件类似。

在附图中示出并且在上文中描述的本发明的实施例是多种实施例的示例，在随附权利的范围内实施所述多种实施例。能够想到可以利用公开的方法产生张紧器的多种其它构造。总之，本申请人的意图是从此产生的专利范围将仅仅由随附权利要求的范围所限定。

Claims (11)

1.一种张紧器，所述张紧器包括：

臂，所述臂能够围绕第一轴线旋转，所述臂包括限定内部凹腔的臂心轴，所述臂心轴具有穿过其一部分的狭槽，所述臂心轴具有固定直径；

衬套，所述衬套具有突出件，所述突出件的尺寸适于延伸穿过所述狭槽并进入所述臂心轴的内部凹腔，所述衬套定位成毗邻所述臂心轴，其中，所述突出件延伸穿过所述臂心轴的所述狭槽并进入所述臂心轴的内部凹腔；

位于所述臂心轴的内部凹腔中的弹簧，其中弹簧的一线圈与所述突出件并置并可操作地联接到所述臂，

其中所述弹簧推动所述臂围绕所述第一轴线旋转成与环状动力传输元件张紧接合，并且其中所述衬套的突出件相对于所述弹簧定位成使得当所述臂沿着与张紧接合的方向相反的方向旋转时所述弹簧的所述线圈径向扩张以与所述衬套的所述突出件相接触并推动所述突出件，并且其中所述弹簧的径向扩张相对于所述臂心轴径向向外推动所述衬套，以提供摩擦阻尼。

2.根据权利要求1所述的张紧器，其中，所述衬套包括穿过其中的纵向狭缝，所述纵向狭缝允许所述衬套径向扩张。

3.根据权利要求2所述的张紧器，其中，所述衬套包括套管，所述套管包括所述狭缝和所述突出件，并且所述衬套还包括凸缘，所述凸缘从所述套管的一个端部向外延伸。

4.根据权利要求3所述的张紧器，其中，所述衬套的套管大体上为圆筒形。

5.根据权利要求1所述的张紧器，其中，所述臂包括带轮，所述带轮围绕第二轴线能够旋转地安装，所述第二轴线与所述第一轴线间隔开并且平行于所述第一轴线。

6.根据权利要求1所述的张紧器，所述张紧器还包括支撑构件，所述支撑构件容纳所述弹簧、所述臂心轴和所述衬套，其中所述衬套毗邻所述支撑构件并且所述臂心轴位于所述弹簧和所述衬套之间。

7.根据权利要求6所述的张紧器，其中，所述弹簧的径向扩张推动所述衬套与所述支撑构件摩擦接合，以提供摩擦阻尼。

8.根据权利要求6所述的张紧器，其中，所述支撑构件是静止的并且包括轴，所述轴限定了所述第一轴线，其中，所述臂能够旋转地安装到所述轴。

9.根据权利要求1所述的张紧器，所述张紧器还包括罩盖，所述罩盖将所述弹簧包封在所述张紧器内。

10.根据权利要求9所述的张紧器，其中，所述弹簧具有联接到所述臂的第一端部和联接到所述罩盖的第二端部。

11.根据权利要求1所述的张紧器，其中，所述张紧器提供了不对称的阻尼。