CN103958933B - 带由两个部件以其间无旋转游隙的方式制成的阻尼结构的张紧器 - Google Patents

Abstract

在一方面，提供了一种张紧器，其包括基部、张紧器臂部、张紧器弹簧、轮状件以及阻尼结构。基部能够安装至发动机。张紧器臂部枢转地连接至基部以绕张紧器臂部轴线运动。张紧器弹簧连接在基部与张紧器臂部之间并且定位成朝向自由臂部位置迫压张紧器臂部。轮状件以可旋转的方式安装至张紧器臂部并且能够与环形传动构件接合。基部和张紧器臂部中的一者上设置有摩擦表面。阻尼结构设置在基部和张紧器臂部中的另一者上并且接合该摩擦表面以在张紧器臂部的旋转期间产生摩擦力。阻尼结构包括套筒和阻尼元件，套筒包括至少一个孔口，阻尼元件包括至少一个突出部，该至少一个突出部接合该至少一个孔口且两者之间无周向间隙。

Description

带由两个部件以其间无旋转游隙的方式制成的阻尼结构的张紧器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年10月26日提交的美国临时专利申请No.61/551,740的权益，其全部内容通过参引并入本文中。

技术领域

本公开涉及用于动力装置、并且更具体地用于内燃机的张紧器。

背景技术

张紧器是可以用来在诸如带之类的环形传动构件中保持张紧力的装置，该环形传动构件由发动机驱动并用来驱动诸如交流发电机、水泵、空调压缩机、动力转向泵和/或其他装置中的一者或更多者之类的附件。

因为发动机的扭转(torsionals)和其他事件，会产生带经受张紧力的快速增大和减小的情况。扭转是对于任何内燃发动机均会发生的扭转振动，特别是对于诸如那些具有少的缸数(即，四缸或小于四缸)的发动机、柴油发动机或其他固有地不完全平衡的发动机之类的某些发动机而言会发生。这种扭转因使张紧器臂部快速振动而会影响张紧器，这通常对于张紧器的寿命有负面影响，并且在一些情况下，能够导致张紧器带轮从带中的暂时脱离。通常期望的是，减少张紧器臂部的这些运动，特别抑制沿远离带的方向的运动。

提出的一些阻尼结构包括金属套筒和聚合阻尼元件，该聚合阻尼元件能够通过阻尼元件上的突出部和套筒上的孔口组装至套筒。在两个部件的制造中存在一定量的尺寸公差，并且如此以减小两个部件不能匹配在一起的可能性，突出部制成为与孔口之间具有间隙。遗憾的是，该间隙可能负面地影响阻尼结构的性能和张紧器的减少张紧器臂部的运动的能力。

对该问题和其他问题的部分或完整的解决方案会是有益的

发明内容

在一方面，提供了一种张紧器，其包括基部、张紧器臂部、张紧器弹簧、轮状件以及阻尼结构。基部能够安装至发动机。张紧器臂部枢转地连接至基部以绕张紧器臂部轴线运动。张紧器弹簧连接在基部与张紧器臂部之间，并且定位成朝向自由臂部位置迫压张紧器臂部。轮状件以可旋转的方式安装至张紧器臂部并且能够与环形传动构件接合。在基部和张紧器臂部中的一者上设置有摩擦表面。阻尼结构设置在基部和张紧器臂部中的另一者上并且接合摩擦表面以在张紧器臂部的旋转期间产生摩擦力。阻尼结构包括套筒和阻尼元件，套筒包括至少一个孔口，阻尼元件包括至少一个突出部，该至少一个突出部接合该至少一个孔口且该至少一个突出部与该至少一个套筒之间无周向间隙。

附图说明

现在将参照附图仅通过示例来描述实施方式，其中：

图1为张紧器的实施方式的俯视平面图；

图2为图1中所示的张紧器的分解立体图；

图3为图1中所示的张紧器的截面侧视图；

图4为图1中所示的张紧器的一部分的立体图；

图5为示出了由现有技术的张紧器提供的阻尼的曲线图；

图6为示出了由图1中所示的张紧器提供的阻尼的曲线图；

图7为图1中所示的为张紧器的一部分的阻尼结构的立体图；

图8为用于图1中所示的张紧器的替代性阻尼结构的立体图；

图9为用于图1中所示的张紧器的另一替代性阻尼结构的立体图；

图10为图9中所示的阻尼结构的截面立体图；

图11为在用于在将图7至图10中所示的阻尼结构的套筒定位在模具中以在其上模制阻尼元件时使用的定位特征的立体图；

图12为示出了与现有技术的阻尼结构相比，图7中所示的阻尼结构相对于时间的性能的一系列曲线图；

图13为在图1中所示的张紧器中使用的另一替代性阻尼结构的立体图；以及

图14至图19为示出了图13中所示的阻尼结构的组装的立体图。

具体实施方式

在该说明书和权利要求中，关于物件所使用的冠词“一”、“一种”或“该”并不意在排除一些实施方式中包括多个该物件的可能性。对本领域技术人员来说明显的是，在该说明书和所附权利要求中的至少一些情况中，能够在至少一些实施方式中包括多个物件。

参照图1，其示出了张紧器10。参照图2，张紧器10可以包括紧固件12(即，螺栓)、防尘罩14、轮状件16(其可以是例如带轮)、支承件18、张紧器臂部20、枢转衬套22、阻尼结构23(其可以包括图7中所示的套筒24和阻尼元件26)、弹簧28、基部30、止推垫圈32以及止推板34。张紧器10的除阻尼结构23之外的其它部件可以与在PCT申请WO2010037232和美国专利申请US20090181815中所示的张紧器10的类似部件相似。紧固件12、防尘罩14、支承件18以及止推垫圈32在其构型上可以是大致常规的构型。

基部30固定地安装至发动机机体(未示出)或其它一些固定的支承构件。张紧器臂部20经由衬套22枢转地安装至基部30以绕张紧器臂部轴线68进行枢转运动。张紧器臂部20对位于其上的支承件18进行支承，该支承件18又对位于其上的轮状件16进行支承以便轮状件16绕轮状件轴线66旋转。弹簧28在基部30与臂部20之间作用并且朝向限定臂部20的行程的一端的自由臂部位置迫压臂部20。

当张紧器10安装到发动机机体等上时，轮状件16接合带以由弹簧28在臂部20上的迫压来保持在带中的张紧力。该带例如可以是诸如单楔带(single V-belt)或多楔带之类的异步带或具有齿的同步带之类的任何适合类型的带。尽管术语“带”为便捷而使用，但要注意的是，可以使用任何环形的传动构件。

当带在其使用寿命上拉伸时，张紧器臂部20被弹簧28持续地迫压到带中。通过对比，在一些情况下，在诸如发动机的启动期间、发动机的猛加速期间、或在一个或更多个诸如交流发电机、空调压缩机、水泵、动力转向泵之类的带传动附件或任何其他适合的带传动附件的启动期间，带的张紧力瞬间地增加。在带的张紧力增大的情况下，该带将在远离自由臂部位置的方向上朝向“载荷停止”位置迫压张紧器臂部20。设置有阻尼结构23以在张紧器臂部20与基部30之间产生摩擦扭矩以抵抗在带的张紧力增大的瞬时期间由带(通过轮状件16)施加到张紧器臂部20的扭矩。

阻尼结构23包括套筒24和阻尼元件26。为了组装现有技术的套筒和阻尼元件，在阻尼元件上可以具有一个或更多个突起部，该一个或更多个突起部接合套筒中的一个或更多个突起部接纳孔口。为了便于它们的组装，在突起部与孔口之间通常具有一定量的尺寸间隙。然而，由于该间隙，套筒与阻尼元件之间允许绕轴线68沿旋转方向的一些相对运动。该间隙可以称为“游隙”或“旋转游隙”。这种旋转游隙导致了套筒24与阻尼元件26之间的无效运动。

在图5中以300示出了如下曲线：其图示了由其中存在有这样的旋转游隙的这种现有技术的张紧器施加的力。可以看出，当张紧器臂部到达其路径中的第一端或第二端(分别用区域301和区域302表示)并且反转方向时，在返回朝向路径的另一端300或302的运动的某些初始部分(分别用曲线300的区域304和区域306表示)期间，套筒与阻尼元件之间存在有相对运动，并且因此，施加到张紧器臂部上的阻力为一定值。一旦该游隙已经被收紧(如区域308和区域310中所示)，套筒和阻尼元件一起运动，并且因此，阻力相对于区域304和区域306中的阻力增大。

在张紧器臂部在发动机操作期间反转方向的许多循环中，套筒与阻尼元件之间的游隙可能由于这些部件中的一者或两者的零件的疲劳而增大。因此，曲线300的区域304和区域306将会增大，并且张紧器臂部将在其越来越少的行程上经历更大的阻尼力。此外，由于阻尼元件上的突出部与套筒上的孔口之间的游隙量的增大，套筒和阻尼元件相对于彼此的速度在它们彼此接合时将增大，并且因此，在接合期间它们之间的冲击力将增大，这又加速了突出部和/或孔口的变形，从而使问题更严重。

甚至在游隙的量较小的情况下，相对于大的臂部运动的小量的无效运动在观察输出回形曲线或能量耗散时作为百分比是可以忽略不计的，但是相对于小的或非常小的臂部运动、或高频率小振幅的振荡(即，“抖动”)，同样小量的无效运动可能表示在回形曲线中的显著的劣化或改变，以及其对应的能量耗散值的减小。

在一方面，图7至图19中所示的阻尼结构23构造成大体上消除了套筒24与阻尼元件26之间的、允许它们之间的绕轴线68的沿旋转方向的相对运动的游隙。套筒24可以由诸如钢之类的适合的材料形成，并且可以构造成接合弹簧28，并且将由弹簧28施加的力分配到阻尼元件26上。在提供的示例中，套筒24包括窗口90，张紧器臂部20上的传动构件54(图4)穿过该窗口90以接合弹簧28的第一端部76。此外，窗口90可以与传动构件54足够紧密地配合，使得传动构件54和窗口90联接套筒24和张紧器臂部20。可以设置有第二窗口90以使得套筒24能够与张紧器装置一起使用，该张紧器装置具有与图2中所示的弹簧28成反手(opposite hand)的弹簧。

阻尼元件26可以由诸如未填充(未加强的)的尼龙之类的弹性材料形成，以便挠性地适应于在可以联接至基部30的转筒101中形成的圆筒状摩擦表面102的内表面。阻尼元件26在其上具有阻尼表面27，该阻尼表面27摩擦地接合制动鼓孔口100的周向表面102以减少绕第二轴线68传输的扭矩。从本公开中可以理解，阻尼元件26的与制动鼓孔口100的周向表面102接触的表面104能够以所需的方式构造以将力控制成在沿着阻尼元件26的表面104的给定点处分布。

通过参照图2，弹簧28的曲率能够根据通过弹簧28传输的扭矩来变化。随着张紧器载荷的增大或减小，弹簧28与阻尼结构23之间的接触弧能够变化(即，分别增大或减小)，使得载荷在阻尼结构23与基部30之间传输的区域能够分别相应地增大或减小。因此，可以维持阻尼元件26上的所需的范围的压力。

返回到图2和图3，弹簧28能够被接纳到在基部30中形成的弹簧凹陷部(pocket)110中，弹簧凹陷部110与基部30上的杆部60同中心。弹簧28的第二端112(图4)可以以所需的方式接合基部30。例如，弹簧凹陷部110能够包括凹槽114，在该凹槽114中能够接纳弹簧28的最后的簧圈116，并且该凹槽114能够终止在与传动构件54的与弹簧28的第一端76抵接的表面相类似的传动表面(未示出)处。

在一个实施方式中，阻尼元件26在套筒24上直接模制(即，阻尼元件在套筒上包覆模制)。模制步骤可以是注入模制步骤或可以是任何其他适合的类型的模制步骤。在模制步骤期间，熔化的材料填充在套筒24中的以312示出的突出部接纳孔口，并且硬化以形成突出部314。因此，在突出部314与孔口312之间不存在间隙，并且因此在它们之间不存在无效运动。由此，关于具有图7至图19中所示的阻尼结构的张紧器10的阻尼曲线可以在图6中以320示出。如可观察到的，阻尼曲线320包括表示张紧器臂部20的行程的端部的区域322和324，以及表示在其路径的两端之间运动期间施加到张紧器臂部上的阻尼力的臂部运动区域326和328。如可观察到的，由于套筒24与阻尼元件26之间不存在无效运动，因此在张紧器臂部20自始至终的运动中、甚至在张紧器臂部20反转方向后的初始阶段运动期间，阻尼力保持相对恒定。

在示出的实施方式中，阻尼元件26还包括将阻尼元件26相对于套筒24轴向地支承的多个轴向支承构件330，所述多个轴向支承构件330可以额外地支承张紧器弹簧28，并且可以抵着张紧器臂部20上的对应的支承表面332支承阻尼元件26。在张紧器10操作期间，轴向支承构件330可以额外地协助将阻尼力从阻尼结构23上的阻尼表面27传输到张紧器臂部20。

套筒24可以通常呈C形。也就是说，其具有周向空隙334，并且因此没有在周向上完全地封闭。在空隙334中，阻尼构件26可以包括挠曲部336，该挠曲部336包括多个交替的通常轴向部段338。通过设置空隙334和挠曲部336，阻尼结构能够被容易地径向压缩以允许其被容易地插入到基部30的径向内表面102内，并且随后再次扩张成与表面102抵接。

挠曲部336可以相对于阻尼表面27略微径向向内凹进以抑制挠曲部336与基部30上的表面102接合。这抑制了挠曲部336产生应力，其会伴随摩擦接合，其可能引起阻尼结构23的那个部分的过早磨损。

阻尼元件26包括收集凹槽340，该收集凹槽340用于收集可能在与基部30的摩擦接合期间积聚的灰尘和/或从张紧器10的外部或从张紧器10的别处无意地进入到表面27与102之间的杂物。通过设置这些凹槽340，能够防止灰尘和杂物直接留在相匹配的表面27与102之间的会引起表面27和102中的一者或两者机械损坏之处。

图7中所示的阻尼元件的突出部314和套筒孔口312分别从阻尼元件26和套筒24的轴向边缘342和344轴向向内延伸。然而，可以使用对于突出部314和孔口312的其他形状。例如，如图8中所示，通常圆形突出部314的周向行可以与套筒24中的孔口312的对应行相匹配。如图9中所示，两行的突出部314接合孔口312，其中一行中的孔口312相对于另一行中的孔口312轴向偏移。如果孔口312轴向对齐，会存在套筒26的如下区域：其具有在轴向-径向平面中的横截面面积上的潜在的大的减小，这能够减小套筒26的相对于沿周向方向的力的强度。通过将两行中的孔口312保持为未轴向对准，抑制了套筒26中的这些周向变弱区域的存在。

如图10中示出的截面图所示，在一些实施方式中，凹槽340可以定位在阻尼元件26上以与突出部314周向对准。因此，由于凹槽340的存在而造成的阻尼元件26在厚度(以T示出)方面的径向减小由于突出部314的存在而得到至少部分地缓解，从而至少部分地缓解了由于凹槽340的存在而引起的强度方面的任何减小。

参照图11，在阻尼元件26中可以设置露出套筒的开口352。这些开口352允许用于在套筒24上包覆模制阻尼元件26的模制机在注入阻尼元件24的材料之前将套筒26定位在模制机的模制板上的选定位置中。在一些实施方式中，开口352可以设置在彼此周向间隔开并且沿着套筒24的轴向边缘344和353中的至少一者以及可选的两者的多个位置处。

尽管相对于仅单独模制阻尼元件26，将阻尼元件26包覆模制至套筒24可能增加成本，但阻尼结构23的制造不需要将阻尼元件26组装至套筒24的最后步骤。制造步骤(即，上述组装步骤)的这种消除可以至少部分地减少与包覆模制阻尼元件26相关的增加的成本。

图12示出了多个曲线图，其图示相对于根据现有技术组装的两个阻尼结构，两个包覆模制的阻尼结构23的性能。如可观察到的，在从名义张紧器臂部位置在30Hz处以+/-3.3度振动的情况下在历经几百小时的操作中，包覆模制的阻尼结构23的性能与非包覆模制的阻尼结构变型的性能类似。

参照图13，代替将阻尼元件26包覆模制到套筒24上，可以制造(例如，通过模制)阻尼元件26并且可以通过机械压配合到一起而以如下方式与套筒24组装：消除突出部314与孔口312之间的任何旋转游隙。例如，套筒24可以包括第一孔口和第二孔口312，第一孔口和第二孔口312可以可选地呈狭缝形式。第一孔口和第二孔口312彼此在周向上间隔开。阻尼元件26可以包括彼此在周向上间隔开的第一突出部和第二突出部314。

突出部314可以定尺寸成与套筒24中的孔口312具有压配合关系。在周向上定位在突出部314之间的轴向延伸的尺寸调整孔口360为阻尼元件26提供了挠性，使得其可以挠曲成使将突出部314根据需要周向更靠近或更远离地分隔开，使得它们与套筒24中的孔口312对准。通过向阻尼元件26提供这种挠曲能力，能够适应一定的尺寸公差，并且不是必须通过使突出部314比孔口312小来补偿。尺寸调整孔口360可以是端部敞开的狭槽，如图13中所示，或替代性地，其可以是两端处均封闭但仍允许阻尼元件26的周向压缩的狭槽。

为了组装阻尼结构23，突出部314能够被压入到在套筒24中的孔口312中。图14至图19图示了组装阻尼结构23的示例性方式。如图14中所示，设置有基部工具370。在图15中，阻尼元件26插入到基部工具370中，使得轴向支承构件330接纳在基部工具370中的接纳孔口372中，从而将阻尼元件26相对于基部工具370在周向上(即，有角度地)定位。在图16中，套筒24被径向压缩，并且被插入到阻尼元件26中。推动工具374(图17至图18)可以用于将套筒向下(即轴向地)推动到阻尼元件26内的位置中。引入表面376可以设置在突出部314上以允许套筒24经过其滑动。图19示出了完全组装好的阻尼元件23。

替代性地，套筒24可以被径向压缩并且被轴向引入到阻尼元件24所包含的容积中，并且随后可以被允许扩张直到其接合突出部314为止。由于在孔口312与突出部314之间缺少间隙，突出部314可能没有完全插入到孔口312中。诸如气球或其他可充胀装置之类的装置可以被插入到套筒24的所包含的容积中并且扩张以迫使套筒24径向向外，从而迫使突出部314全部插入到孔口312中。因此，突出部314和孔口312可以以它们之间无间隙的方式相匹配，并且因此它们之间没有无效运动。

在上述的任何实施方式中，能够将套筒24的径向外表面373(见图13)用诸如Wacker EKaGrip摩擦箔或Wacker EKaGrip摩擦涂层之类的粗糙表面精加工或处理来处理，从而特别是在两个部件组装在一起的实施方式中抑制套筒24与阻尼元件26之间任何相对运动。替代性地，径向外表面373可以通过喷砂、机械压花来处理或将轴向定向的条纹(尖锐凸起的肋状部或凹槽)附加到金属表面中，以增强聚合阻尼元件26与金属套筒24之间的摩擦性能和机械锁定。附加地或替代性地，两个部件26和24可以通过使用时间活性胶、粘合剂、结合剂或紫外线光活性粘合剂或热活性粘合剂而粘合或粘附而结合在一起。在这种情况下，阻尼元件26可以由至少半透明材料制成。

尽管弹簧28示出为扭转弹簧，但替代性地，其能够是诸如螺旋簧圈压缩弹簧之类的任何其他类型的弹簧，并且能够是多个这种弹簧中的一者。

尽管摩擦表面102示出为定位在基部30上，以及阻尼结构23设置在张紧器臂部20上，但可以理解，在其他实施方式中，摩擦表面102可以设置在张紧器臂部20上，并且阻尼结构23可以设置在基部30上。

尽管以上描述构成个多个实施方式，但可以理解，这些实施方式仅是示例，并且它们可以在未背离所附的权利要求的合理意义的情况下，受到进一步的改型。

Claims (10)

1.一种张紧器，包括：

基部，所述基部能够安装至发动机；

张紧器臂部，所述张紧器臂部枢转地连接至所述基部以绕张紧器臂部轴线运动；

轮状件，所述轮状件以可旋转的方式安装至所述张紧器臂部，以绕轮状件轴线旋转，其中，所述轮状件能够与由所述发动机驱动的环形传动构件接合；

张紧器弹簧，所述张紧器弹簧连接在所述基部与所述张紧器臂部之间，并且定位成朝向自由臂部位置迫压所述张紧器臂部；

摩擦表面，所述摩擦表面在所述基部和所述张紧器臂部中的一者上；以及

阻尼结构，所述阻尼结构在所述基部和所述张紧器臂部中的另一者上，并且定位成接合所述摩擦表面以在所述张紧器臂部相对于所述基部旋转期间产生摩擦力，其中，所述阻尼结构包括套筒和阻尼元件，所述套筒包括至少一个孔口，所述阻尼元件包括至少一个突出部，所述至少一个突出部接合所述至少一个孔口且所述至少一个突出部与所述至少一个孔口之间无周向间隙。

2.根据权利要求1所述的张紧器，其中，所述套筒为金属的，并且所述阻尼元件由聚合材料制成。

3.根据权利要求1所述的张紧器，其中，所述阻尼元件包覆模制在所述套筒上。

4.根据权利要求1所述的张紧器，其中，所述至少一个突出部包括第一突出部和第二突出部，并且其中，所述阻尼元件包括尺寸调整孔口，所述尺寸调整孔口在周向上定位在所述第一突出部与所述第二突出部之间，并且允许调整所述第一突出部与所述第二突出部之间的周向距离。

5.根据权利要求4所述的张紧器，其中，所述尺寸调整孔口是所述阻尼元件中的端部敞开的、轴向延伸的狭槽。

6.根据权利要求1所述的张紧器，其中，所述套筒为C形的并且包括周向空隙，并且其中，所述阻尼元件包括位于所述空隙中的挠曲部，从而允许所述阻尼结构在所述张紧器的组装期间的径向压缩和径向再扩张。

7.根据权利要求1所述的张紧器，其中，所述套筒中的所述至少一个孔口为至少一个端部敞开的轴向延伸的狭槽。

8.根据权利要求1所述的张紧器，其中，所述阻尼元件包括至少一个收集凹槽，所述至少一个收集凹槽沿着所述阻尼元件的径向外表面延伸，并且构造成在所述张紧器的操作期间收集灰尘和杂物。

9.根据权利要求8所述的张紧器，其中，所述至少一个收集凹槽与所述至少一个突出部在周向上对准。

10.根据权利要求1所述的张紧器，其中，所述至少一个孔口为以多行的方式布置的多个孔口，其中，第一行中的所述孔口相对于第二行中的所述孔口在周向上偏移，所述第二行与所述第一行在轴向上间隔开。