CN105020353A - 阻尼增强的张紧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于环状驱动构件的张紧器，该张紧器包括能够安装成相对于发动机静止的轴和基部、能够相对于轴绕张紧器臂轴线枢转的张紧器臂、张紧器臂上的能够绕从张紧器臂轴线偏置的带轮轴线旋转并能够与环状驱动构件接合的带轮、径向地定位在带轮与张紧器臂之间以在带轮与张紧器臂之间进行相对旋转期间径向地支承带轮的衬套、定位成使张紧器臂朝向自由臂位置迫动的张紧器弹簧、以及接合张紧器臂并由张紧器弹簧的多个轴向隔开的部段接合的阻尼元件。

Description

阻尼增强的张紧器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年10月22日提交的PCT申请PCT/CA2013/000901的优先权的权益，该PCT申请又要求于2012年10月22日提交的美国临时专利申请No.61/716,894的优先权的权益，这两份申请的内容以全文形式合并到本文中。

技术领域

本公开涉及张紧器，并且具体地涉及操作成使发动机上的诸如正时带之类的同步环状驱动构件张紧的张紧器。

背景技术

张紧器为这样的已知装置：所述装置用于保持带(例如，正时带)或由发动机驱动并用来驱动诸如凸轮轴之类的特定部件的其他环状驱动构件中的张力。张紧器通常包括安装至发动机的基部、能够相对于基部绕枢轴轴线枢转的张紧器臂、安装在臂的自由端以用于与带接合的带轮、以及作用在基部与臂之间以将臂驱动进入带的弹簧。进入带的方向(即，弹簧驱动臂的方向)可以称为朝向自由臂位置的方向(即，朝向张紧器臂在不存在带以使张紧器臂停止的情况下将到达的位置)。该方向为减小弹性势能的方向。随着带张力减小，张紧器臂总体上沿该方向移动。离开带的方向(即，逆着弹簧的偏置力的方向)可以称为朝向载荷停止位置的方向，并且为增大弹性势能的方向。随着带张力增大，张紧器臂总体上沿该方向移动。已知的是，期望在张紧器上提供阻尼以辅助张紧器臂抵抗在带张力突然增大期间被从带甩掉，带张力的突然增大会使张紧器臂朝向载荷停止位置突然加速。然而，在至少某些要求比较严格的应用中，能够从典型的现有技术张紧器获得的阻尼不足以令人满意地阻止这样的事件发生。期望提供一种阻尼增强的张紧器。

发明内容

一方面，提供了一种用于环状驱动构件的张紧器，该张紧器包括轴和基部、张紧器臂、带轮、衬套、张紧器弹簧以及阻尼元件，其中，轴和基部能够安装成相对于发动机静止，张紧器臂能够相对于轴绕张紧器臂轴线枢转，带轮位于张紧器臂上并且能够绕从张紧器臂轴线偏置的带轮轴线旋转以及能够与环状驱动构件接合，衬套径向地定位在带轮与张紧器臂之间以在带轮与张紧器臂之间的相对旋转期间径向地支承带轮，张紧器弹簧定位成使张紧器臂朝向自由臂位置迫动，阻尼元件接合张紧器臂并由张紧器弹簧的多个轴向隔开的部段接合。

另一方面，提供了一种用于环状驱动构件的张紧器，该张紧器包括轴和基部、张紧器臂以及带轮，其中，轴和基部能够安装成相对于发动机静止，张紧器臂能够相对于轴绕张紧器臂轴线枢转，带轮位于张紧器臂上并且能够绕从张紧器臂轴线偏置的带轮轴线旋转以及能够与环状驱动构件接合。带轮的径向内表面与张紧器臂的径向外表面接合。油输送结构构造成从张紧器的外侧向带轮的径向内表面和张紧器臂的径向外表面输送油以促进带轮相对于张紧器臂旋转。张紧器弹簧定位成使张紧器臂朝向自由臂位置迫动。阻尼元件接合张紧器臂并由张紧器弹簧的多个轴向隔开的部段接合。

又一方面，提供了一种用于正时带的张紧器，该张紧器包括轴和基部、张紧器臂、承座、张紧器弹簧以及阻尼元件，其中，轴和基部能够安装成相对于发动机静止，张紧器臂能够相对于轴绕张紧器臂轴线枢转，承座位于张紧器臂上并且具有能够与环状驱动构件的接合表面滑动地接合的外表面，张紧器弹簧定位成使张紧器臂朝向自由臂位置迫动，阻尼元件接合张紧器臂并由张紧器弹簧的多个轴向隔开的部段接合。

附图说明

图1为现有技术张紧器的截面侧视图；

图2A为另一现有技术张紧器的截面侧视图；

图2B为图2中示出的张紧器的一部分的放大截面侧视图；

图3为具有根据本发明的实施方式的张紧器的发动机的侧视图；

图4为图3中示出的张紧器的截面侧视图；

图4A和图4B为图4中示出的张紧器的变体的分解立体图；

图5为图4中示出的张紧器的一部分的放大截面侧视图；

图6为图4中示出的张紧器的接触发动机的“底部”部分或“近端”部分的截面图；

图7为图4中示出的张紧器的“上部”部分或“远端”部分的截面图；

图8为来自图4中示出的张紧器的弹簧和阻尼元件的平面图；

图8A为来自图4中示出的张紧器的弹簧的立体图；

图9为图8中示出的弹簧和阻尼元件的截面侧视图；

图10为根据本发明的另一实施方式的张紧器的截面侧视图；

图11为图10中示出的张紧器的一部分的放大截面侧视图；

图12为示出了在来自图1、图2和图4中示出的张紧器的带轮上的轮毂载荷的曲线图；

图13和图14为另一现有技术张紧器的截面侧视图和平面图；

图15A至图15G为示出了几种不同的张紧器构型的臂位置与带张力之间的关系的曲线图；

图16为示出了关于所测试的张紧器的布置的示意图，通过该布置产生图15A至图15G中的曲线；

图17至图19为在弹簧的两端之间具有不同的相对角度的情况下的弹簧和阻尼元件的平面图；

图20为示出了作用在图18和图19中的任一者中的弹簧的端部上的力的矢量和的示意图；

图21为根据本发明的另一实施方式的张紧器的俯视平面图；

图22为沿着图21中的截面22-22的截面图；

图23为根据本发明的又一实施方式的张紧器的俯视平面图；

图24为沿着图23中的截面24-24的截面图；

图25为根据本发明的又一实施方式的张紧器的俯视平面图；

图26为沿着图25中的截面26-26的截面图；

图27为根据本发明的又一实施方式的张紧器的俯视平面图；以及

图28为沿着图27中的截面28-28的截面图。

具体实施方式

图1中以10示出现有技术的张紧器，并且现有技术的张紧器包括阻尼结构12，阻尼结构12吸收来自正时驱动器的动能并通过阻尼结构12的部件之间的摩擦力将动能转换成热量。张紧器10包括轴14、基部15、衬套16、张紧器臂18、经由轴承21(例如，滚珠轴承)在臂18上旋转的带轮20、以及张紧器弹簧22。衬套16与张紧器臂一起在张紧器10响应于带轮20所抵靠接合的环状驱动构件的张紧力的改变而操作期间绕轴14枢转。环状驱动构件未在图1中示出，但将理解到，环状驱动构件可以为正时带或类似构件。

摩擦力的一个来源在轴14和振荡衬套16之间(该摩擦力可以称为“轴-衬套摩擦力”)。在一些应用中，轴-衬套摩擦力足以控制正时驱动器动力。然而，有时，特别是在其中气门可能于气门正时不正确的情况下与活塞碰撞的干涉发动机设计中，需要更大的摩擦力，因为不足的阻尼会导致带的严重故障并因此导致发动机的严重故障。参照图2A，设置了弹簧支架24。弹簧支架24在某些情况下可以通过锁定特征旋转地锁定至基部15。并且，弹簧22对弹簧支架24的轴向力能够至少稍微阻止弹簧支架24相对于基部15的旋转(即，弹簧支架24与基部15之间可能存在大的摩擦扭矩，这意味着弹簧支架24并没有“固定”至基部15，但在大多数操作状态下不被期望旋转)。弹簧22的第一线圈接合弹簧支架24并在弹簧支架24上径向向内地朝向张紧器臂枢轴轴线Aa施加力F。弹簧支架的示例在图13和图14中示出，图13和图14为来自美国专利4,473,362的图，该申请的内容在此通过参引并入。将注意到，图13和图14为来自上述美国专利的包括上述专利中使用的附图标记的附图的再现。因此，这两个图中的附图标记与本说明书中的部件无关。例如，本发明书中使用的部件112与在图13和图14中出现的附图标记112无关。

弹簧支架24可以由尼龙或任何其他合适的材料制成。弹簧22在弹簧支架24上的压缩力F使弹簧支架24抵靠张紧器臂18，这随着张紧器臂18在张紧器10的操作期间靠着弹簧支架24枢转和滑动而产生摩擦力。

弹簧22(弹簧22可以为如图所示的扭矩弹簧)产生扭矩T。弹簧22具有第一端部23和第二端部25，第一端部23和第二端部25的末端为没有在图2A和图2B中的截面图中示出但分别接合基部15和臂18的柄脚。第一端部23钩至基部15以相对于发动机静止，并且定位在距弹簧中心距离r_c处。第二端部25随着张紧器臂18移动。因此，沿着弹簧22的螺旋长度，从静止的第一端部23开始沿着弹簧22的长度直到振荡的第二端部25逐渐有越来越多的旋转振荡运动。力F作用在弹簧22的第一端部23上。该力传递至弹簧支架24。弹簧支架24和臂18的接合表面之间的摩擦系数由μ_a表示。臂18在臂18接触弹簧支架24的区域处的半径由如图2B中所示的r_a表示。由弹簧支架24产生的摩擦扭矩为：Ma＝r_a*μ_a*F。另外，弹簧支架24的压缩又使臂18压缩一定量，这又产生额外的轴-衬套摩擦力。出于说明的目的，将忽略这种额外的摩擦扭矩。轴-衬套摩擦扭矩(忽略来自弹簧支架24的压缩作用)可以如下计算：M_b＝r_b*μ_b*H₁，其中，r_b为衬套半径，μ_b为轴14和衬套16的接合表面之间的摩擦系数，并且H₁为轮毂载荷矢量。在示例中，张紧器10具有3mm的臂(即，以A_p示出的带轮轴线与张紧器臂轴线A_a之间的偏置为3mm)，并且假设张紧器臂18与轮毂载荷矢量之间的角度为90°，则由弹簧支架24产生的摩擦扭矩近似为100％*M_a/M_b＝由衬套产生的摩擦扭矩的54％(其中，r_a＝12.5mm，R＝3mm，μ_a＝0.2，r_c＝20mm，r_b＝10mm，μ_b＝0.07)。因此，与由轴14与衬套16之间的接合提供的摩擦扭矩相比，由弹簧支架24提供的摩擦扭矩可能是相当大的。

除了在至少某些情况下的上述摩擦力来源之外，提供其他的摩擦力来源将是有利的。例如，在带处于油中的应用中，在轴14与衬套16之间产生的摩擦力由于油的存在引起的润滑而减小。因此，期望有摩擦力的额外来源或替代性来源。并且，在很多应用中，能够使用相对较长的张紧器臂(即，其中R>3mm)将是有利的。更长的张紧器臂会比更短的臂具有更好/更大的收紧率，其中，“收紧率”为张紧器臂每旋转一度张紧器能够补偿的带长度量。此外，更长的臂允许更稳定的张紧力控制。与下述某些张紧器相比，更长的臂可以允许张紧器的相对容易的拉销安装，所述某些张紧器由于其使用安装偏心而使得安装复杂，该安装偏心为轴14的中心与在张紧器的安装期间用来调整轴14的位置的轴14的枢轴轴线之间的偏置。一旦轴14被正确地定位，就使用螺栓等将轴14固定地置于轴14的当前位置中使得轴14不枢转。然而，如上所述，这种张紧器的安装会是复杂的。

然而，现有技术的长臂张紧器有时会在轴-衬套界面产生过小的摩擦扭矩，从而妨碍了长臂张紧器在某些情况下的使用。为了使张紧器中的轴承保持较小(以保持成本较低)，臂长的增大会导致轴直径减小，这又导致轴-衬套界面处的更小的摩擦扭矩。在一个示例中，对于具有30mm内径的滚珠轴承的张紧器而言，摩擦扭矩与产生的扭矩的比率可以如下确定：3mm的臂可以与直径为20mm的轴一起配套使用。其可以具有15mm的轴承半径-3mm(臂偏心)-1mm(铝臂壁)-1mm(衬套厚度)＝10mm(轴半径)。使用如上的类似计算可以将5mm的臂仅与直径为16mm的轴配套使用在相同轴承内。对于3mm的臂而言，阻尼比率将是10mm(轴半径)*0.1(摩擦系数)*F(载荷)/3mm(臂偏心)*F＝0.33。对于5mm的臂而言，阻尼比率将是8*0.1/5＝0.16。在这种低阻尼比率的情况下，具有5mm臂的张紧器在某些情况下将不能够控制正时驱动器动力。处于大约0.3至大约0.4的范围内的阻尼比率在某些应用中会是适当的。

在图3中，张紧器100如图所示安装至发动机101，张紧器100与图2A和图2B中示出的张紧器相比提供了额外的阻尼。张紧器100作用在将旋转动力从曲轴104传递至一对凸轮轴105a和105b的正时带103上。由张紧器100提供的额外阻尼经由以图4中的124示出的弹簧支架被提供。因此，张紧器100在某些情况下可以具有大于3mm(例如，5mm)的张紧器臂长度。张紧器100具有可以类似于轴14的轴114、桩接至轴114的一端的基部115、可以类似于衬套16的衬套116、可以类似于张紧器臂18的张紧器臂118、可以类似于带轮20的带轮120、可以类似于轴承21的轴承121以及可以类似于弹簧22的张紧器弹簧122。

张紧器臂118能够绕图4中示出的张紧器臂枢轴轴线Aa枢转。带轮120能够绕带轮轴线Ap旋转，带轮轴线Ap从张紧器臂枢轴轴线Aa偏置，其中，偏置量为张紧器臂的长度。

保持垫圈135桩接至轴114的另一端以将选定部件保持在一起。聚合物衬套盖137设置在保持垫圈135与张紧器臂118之间以防止它们之间的金属对金属的接触。衬套116和阻尼元件124可以一起总称为阻尼系统112。

在图4中示出的实施方式中，安装偏心件139设置在轴114中的孔口141中，该安装偏心件139于张紧器100在发动机上的安装期间允许张紧器臂118的位置调整。在图3中以119示出的紧固件穿过孔口141(图4)但通过安装偏心件139从孔口141的中心偏置以将张紧器100安装至发动机。然而，在图4A和图4B示出的优选变体中，没有安装偏心件并且能够提供更长的张紧器臂118长度(例如，与3mm对照，为5mm)。在该变体中，紧固件(未示出)穿过孔口141(并且在孔口141中居中)以将张紧器100安装至发动机。图4A和图4B中示出的变体可以在其他方面类似于图4中示出的实施方式。

图6为张紧器100的接触发动机的“底部”部分或“近端”部分的截面图。图7为张紧器100的“上部”部分或“远端”部分的截面图。图8为弹簧122和阻尼元件124的平面图。图8A为只有弹簧122的立体图。图9为弹簧122和阻尼元件124的截面侧视图。

如图8和图8A所示，张紧器弹簧122具有第一端部123和第二端部125，第一端部123和第二端部125中的每一者的末端为柄脚。如图4A和图6所示，第一端部123处的柄脚接合基部115(更具体地，第一端部123处的柄脚接合基部115中的槽111)以锚定弹簧122的第一端部123。此外，如图7所示，第一端部123处的柄脚穿过阻尼元件124中的槽117，在仍然允许阻尼元件124根据需要滑动以接合张紧器臂118的同时，该柄脚将阻尼元件124旋转地固定至基部115。如图4B和图7所示，第二端部125处的柄脚接合张紧器臂118(更具体地，第二端部125处的柄脚接合张紧器臂118中的槽113)以施加迫使张紧器臂118进入带103的偏置力。参照图8A，弹簧122可以为包括多于一个线圈的螺旋扭矩弹簧，其中，线圈定义为弹簧122的延伸过360度的部段。在该实施方式中，弹簧122具有2.5个线圈，该2.5个线圈包括第一端部线圈129a、第二端部线圈129b以及第一端部线圈129a与第二端部线圈129b之间的以129c示出的180度部段。线圈129a、线圈129b与部段129c之间的分界符以131示出。

参照图8、图8A和图9，弹簧支架124可以类似于弹簧支架24，然而，在张紧器100中，弹簧支架124构造成使得第一端部线圈129a中的第一部段127a和第二端部线圈129b中的第二部段127b均接合弹簧支架124。部段127a和127b在图8A中以立体图示出。在图6中，示出了弹簧122的仅一部分，使得不遮挡部段127a。在图7中，示出了弹簧122的不同部分，使得能够无遮挡地看到部段127b。如能够在图6、图7和图8A中看到的，以133示出的分界符示出了部段127a和127b的范围(即，分界符示出了弹簧122的接触弹簧支架124的部分的端部)。如能够看到的，第一部段127a和第二部段127b相对于彼此轴向地偏置或隔开，并且分别处于第一端部线圈129a和第二端部129b中。并且，如能够在图8A中看到的，第一部段127a和第二部段127b大致轴向对准。

如图8所示，由弹簧122施加在弹簧支架124上的全部力为第一端部123处的F和第二端部125处的F。因此，由弹簧支架124和臂118产生的全部摩擦扭矩(以及因此产生的阻尼)大于(即，近似两倍于)图2A和图2B中示出的实施方式(以及图1中示出的实施方式)中产生的全部摩擦扭矩。这基于施加在弹簧122的两个端部123和125处的力F近似地处于相同方向上的假设，在弹簧端部123和125绕以As(图8)示出的弹簧轴线在角度上分开近似180度时也是这样的。弹簧端部123和125的相对位置在图8中的示例中示出。弹簧端部123和125的在使用期间在带张紧力的范围上的相对位置范围在图17至图19中示出。当弹簧端部123和125分开180度时，力对准且完全叠加。当弹簧端部123和125相对于彼此处于某个其他角度时，两个力没有完全叠加，并且必须考虑力的矢量分量以确定施加在弹簧支架124上的全部力。

如上所述，第二弹簧端部125与张紧器臂118一起振荡。因此，在弹簧122的相邻于第二弹簧端部125的线圈与静止的弹簧支架124之间产生摩擦力，并且因此，在弹簧支架124上有磨损的可能。在带处于油中的应用中，这种磨损是可以接受的。在用于弹簧122的线材具有方形横截面形状的应用中，弹簧122在弹簧支架124上的压力低于由圆形横截面弹簧122施加的压力(原因在于在方形横截面弹簧上存在更大的接触面积)。因此，在使用方形(或矩形)横截面弹簧122的实施方式中，如图4所示，磨损是可以接受的。甚至在包括圆形横截面弹簧122的实施方式中，磨损也是可以接受的。

基于上文，可以看出，与图2A和图2B示出的实施方式相比，利用图4中示出的实施方式产生的摩擦扭矩如下：近似两倍于由弹簧支架24产生的摩擦扭矩、轴14与衬套16之间产生的有限地更高的摩擦扭矩、以及弹簧122的第二端部125与弹簧支架124之间产生的附加摩擦力，图4中示出的实施方式没有图2A和图2B中的实施方式中的类似布置。与在图2A和图2B中示出的实施方式中可能使用的臂张紧器相比，由图4中示出的实施方式提供的附加阻尼可以允许使用更长的臂张紧器。或者在短臂构型中或者在长臂构型中，附加阻尼还可以允许张紧器100在带处于油中的应用中使用。由于弹簧支架124在阻尼方面增大的作用，因此弹簧支架124可以被称为阻尼元件或阻尼器。

将注意到，在弹簧122于操作期间收缩并在阻尼元件124上施加压缩力的同时，弹簧122可以(沿螺旋方向-沿着弹簧线圈的长度)将油推离弹簧122与阻尼元件124之间的接触区域。因此，油的存在可能不会使弹簧122与阻尼元件124之间的摩擦力发生较大的减小。还将注意到，尽管弹簧122可以由具有方形横截面或矩形横截面的弹簧线材制成，但是线材在操作期间可能扭转一定角度并因此可能在沿着横截面形状的拐角且不沿着横截面形状的平坦面的某些点处接合阻尼元件。这将使存在的会减小弹簧122与阻尼元件124之间的摩擦力的任何油的润滑作用有所降低。

如图10和图11所示，替代如图4和图5中所示仅将阻尼元件124与弹簧122的第一端部线圈129a中的部段127a和第二端部线圈129b中的部段127b接合，选择性地可以提供其中至少一个附加弹簧部段接合阻尼元件124的实施方式。例如，在图10和图11示出的实施方式中，轴向地位于部段127a与部段127b之间的以127c示出的部段也接合阻尼元件124。如图10和图11所示，由弹簧122施加的全部力保持为2F，(基于如图8和图9中示出的在端部123和125两处施加至弹簧122的力F)，但是由于存在接触阻尼元件124的三个弹簧部段，因此由所述三个弹簧部段127a、127b和127c中的每个弹簧部段施加在阻尼元件124上的力为2F/3。因此，与图4和图5中示出的实施方式相比，由每个线圈施加在阻尼元件124上的压力减小。因此，在阻尼元件124上会有更少的磨损。如果多于三个轴向隔开的部段与阻尼元件124接触，则由每个线圈施加的力会进一步减小，从而在保持全部力(即，2F)的同时减小了阻尼元件上的压力。

如上所述，沿着弹簧122的整个螺旋长度，振荡运动的幅度沿着弹簧122的螺旋长度从静止的第一端部123向随着臂118振荡的第二端部125逐渐增大。因此，各部段127a、127c、127b具有逐渐更多的与阻尼元件124一起进行的滑动运动。虽然第一部段127a具有一些非零量的与阻尼元件124一起进行的滑动运动，但是该滑动运动相对较小并可以忽略其对由张紧器100提供的全部阻尼的影响。在示例中，如果存在三个部段127a、127b和127c并且张紧器臂118(并因此第二端部125)以±6度的振幅振荡，则第三部段127c将以大约±3度的振幅振荡，并且第一部段127a将基本不振荡。在图10和图11示出的实施方式中，由阻尼元件124提供的摩擦扭矩会是由图2A和图2B示出的张紧器10的弹簧支架24提供的摩擦扭矩的大约2.5倍。摩擦扭矩(并因此阻尼)的这种增大基本上不增加额外的成本或复杂性且不增加新的部件。张紧器100的相对于张紧器10的性能在图12中示出，图12以180示出了张紧器100的滞后曲线(hysteresis curve)，以182示出了具有弹簧支架的张紧器10的滞后曲线，并且以184示出了不具有阻尼元件的张紧器10(如图1所示)的滞后曲线。

在摩擦表面将暴露于油的应用中，可以设置特征以辅助将油从其移除以降低由于油的存在而会出现的摩擦力和阻尼突然降低的风险。阻尼元件124中的在图9中以186示出的狭缝(该狭缝可以称为通道或凹槽)设计成提供储油部或输送通道以帮助将油从阻尼元件124与臂118(图9中未示出)之间的接触表面运出。通道186可以设置有能够从臂118的表面刮油以降低臂118与阻尼元件124的接触表面之间形成油膜的风险的尖锐边缘。通道186的存在减小了阻尼元件124与臂118之间的总接触面积，这增大了阻尼元件124与臂118之间的表面压力。通道186的尺寸和/或数目可以选择成提供足够高以使得将油从接触表面之间挤出的选定表面压力。

可以设置在阻尼元件124上的另一特征可以为壁厚缩减部188，壁厚缩减部188可以被称为挠性接头188。挠性接头188增大阻尼元件壁(在图9中以190示出)的挠性，这增大了臂190与张紧器臂118之间的接触面积，这样又导致臂190与张紧器臂118之间的更小的磨损和更加稳定的摩擦。这些挠性接头188能够以任何合适的方式设置。例如，挠性接头188可以沿着阻尼元件壁190的轴向长度轴向地延伸。在一些实施方式中，挠性接头188可以设置在壁190的面向臂118的面上。在图8和图9中示出的实施方式中，可以看出，挠性接头188由下述槽形成，所述槽穿过整个壁厚度、大致沿着阻尼元件124的整个轴向长度延伸、在第一端部188a处封闭并在第二端部188b处敞开。特别地，如在图8中能够看到的，这些槽将阻尼元件124的一部分分成以191示出的部段。

在其他实施方式中，这些挠性接头188处的壁厚度可以为其他地方壁厚度的大约一半，或者这些挠性接头188处的壁厚度可以为远离挠性接头188的壁厚度的不同的非零分数。

图15A至图15G中的曲线图出了由张紧器100提供的张力控制。每个曲线图中示出了三条曲线。上部曲线代表大张力(即，张紧器100由在图16中以192示出的带推出)，下部曲线为小张力(即，张紧器100跟随松弛带192)，并且中间曲线为关于每个张紧器臂位置的两个极值力的数学平均值。这些曲线图出了不同张紧器构型的性能(例如，不同的张紧器臂长度、使用弹簧支架24、使用阻尼元件124、没有阻尼元件)。图15A至图15C中的曲线图分别代表具有3mm臂长度但没有弹簧支架的张紧器、具有3mm臂长度并具有与弹簧支架24类似的弹簧支架的张紧器以及具有3mm臂长度并具有与阻尼器124类似的阻尼器的张紧器。图15D至图15F中示出的曲线图分别代表具有5mm臂长度但没有弹簧支架的张紧器、具有5mm臂长度并具有与弹簧支架24类似的弹簧支架的张紧器以及具有5mm臂长度并具有与阻尼器124类似的阻尼器的张紧器。图15G中的曲线图示出了具有与阻尼器124类似的阻尼器以及允许拉销进行安装的额外行程(100度行程对应关于标准安装方法的62度行程)的5mm臂张紧器。增大的行程产生了对以稳定的方式控制张紧力的挑战。来自图15A至图15G中的曲线图的张力曲线在张紧器臂的每个角度位置处与张紧器滞后曲线成比例。每个曲线图上的上部曲线与下部曲线之间的距离与张紧器阻尼成比例，使得越宽的距离意味着提供有越大的阻尼。为了简单起见，曲线图在假设阻尼/弹簧接触点总是竖向对准的情况下制得。阻尼元件124在力不对准时(在图18和图19中示出)减小阻尼元件124的影响，这帮助在极限位置处(即，在其行程范围的端部处)稳定张紧力控制。在阻尼减小的情况下，代表最大张力的曲线并不如曲线图上示出的接近张紧器行程的端部时的那么陡峭，并且最大张力与最小张力之间的距离并不如曲线图上示出的接近张紧器行程的端部时的增长得那么多。行程的极限位置处的最大张力与最小张力之间的距离的这种减小对具有在安装后被移除的拉销的张紧器是有利的，所述张紧器需要额外的行程来补偿发动机和带的构造公差。在某些应用中，张紧器100可以构造成在张紧器100接近如图17所示的张紧器100的行程的中心时使阻尼元件力基本对准。可以使力的对准适应成满足特定的应用需要。例如，张紧器100可以构造成在张紧器100接近其载荷停止位置时具有增强的阻力以减小与张紧器上的限定载荷停止位置的极限表面实际接触的可能性。

图15A至图15G中的曲线图具有相同的竖向比例以有利于在视觉上比较张紧器曲线之间的距离，从而得出张紧器具有更大阻尼并将在发动机上的使用方面更稳定的结论。将注意到：

5mm臂张紧器具有更稳定的张力控制(即，曲线相对较平)，但具有更小的阻尼(即，最大曲线与最小曲线之间的距离更小)；

具有阻尼器的5mm臂张紧器有比不具有阻尼器的3mm张紧器更大的阻尼(并将因此发动机上的振荡更小)；以及

5mm臂拉销安装张紧器的张力特性与具有安装偏心件及和其关联的复杂安装过程的3mm臂张紧器的张力特性类似(即，抛物线类似)。假定拉销安装特征需要更大的臂行程以补偿发动机和带的尺寸公差。由于臂“越过中心”条件，因此设计具有3mm臂长度的拉销类型的张紧器会是困难的，由此张紧器臂由于作用在张紧器臂上的力的几何形式而锁定。

即使在有油的情况下，张紧器100也能够提供良好的阻尼，这有利于张紧器100在带处于油中的布置中用作对发动机上的正时链设计的替换。然而，将注意到，为了更大的确定性，张紧器100在不存在油的应用中会是有益的。

尽管阻尼元件124已被描述为由尼龙制成，但可以使用诸如具有涂覆在内表面(即，接触臂118的表面)上或外表面(即，接触弹簧122的表面)上或内表面和外表面两者上的Teflon^TM的尼龙之类的其他材料。如果需要，弹簧122可以涂覆有低摩擦材料以减少阻尼元件124上可能发生的磨损。材料和涂层可以选择成使得阻尼特性和磨损特性可以是特定应用所需的。

假定弹簧122的多个轴向隔开的部段与阻尼元件124接触的张紧器100允许阻尼的改善，这会有利于张紧器100在带处于油中的应用中的使用、以及或者比使用了现有技术的某些阻尼结构的臂张紧器更长的臂张紧器的使用。

尽管在图中示出具有2.5个线圈的螺旋长度的弹簧122，但将理解到，弹簧122可以具有少于或多于2.5个线圈。例如，弹簧122可以具有1.5个线圈并仍然具有在角度上分开180度的端部，并且将仍然具有接合阻尼元件124的两个部段。在另一示例中，弹簧122可以具有1.25个线圈的螺旋长度并将具有在角度上分开90度的端部，同时仍然具有接合阻尼元件的两个部段，尽管施加在弹簧端部处的力在这样的示例中将增加大约1.4F的矢量和。其他弹簧长度是可能的，使得弹簧122的三个、四个或任何合适数目的部段将接合适当加长形式的阻尼元件124。

参照图21和图22，其示出了根据本发明的另一实施方式的张紧器200。张紧器200可以类似于图10和图11中示出的实施方式，但是具有以下不同之处。代替如图10和图11所示的将轴承121设置在带轮120与张紧器臂118之间，张紧器200包括带轮支承衬套221，带轮支承衬套221在带轮220与张紧器臂218之间进行相对转动期间轴向地和径向地支承以220示出的带轮。为提供该支承，衬套221包括轴向部分221a和径向部分221b。轴向部分221a为大致圆柱形的并且定位在带轮220上的内部支承表面220a与以218示出的张紧器臂上的外部支承表面218a之间。衬套221可以由例如诸如涂覆尼龙之类的低摩擦材料的任何合适材料制成。径向部分221b为大致环状的并且接合带轮220上的轴向支承表面220b。带轮220因此轴向地置于衬套构件221的径向部分221b与以237示出的聚合物衬套构件之间。

张紧器200包括张紧器弹簧222、轴214、桩接至轴214的端部的基部215、摩擦衬套216以及阻尼元件224，所有这些可以类似于图10和图11中示出的张紧器100的相似元件。将注意到，轴214具有用于接纳保持紧固件(未示出)的同心孔口241，保持紧固件用于将张紧器200安装至诸如发动机的缸体之类的静止构件。然而，替代性地，轴214能够替代地包括类似于轴114的安装偏心件。阻尼元件224可以如上所述类似于图10和图11中示出的阻尼元件124，或者替代性地，可以类似于图9中示出的阻尼元件124。

保持垫圈235桩接至轴214的另一端以将选定部件相对于彼此轴向地保持就位，选定部件包括衬套构件237、带轮220、带轮支承衬套221。

在一些实施方式中，为减小带轮支承衬套221与张紧器臂218之间存在的摩擦的量，可以设置衬套润滑油输送结构以润滑以221c和218a示出的配合表面。油输送结构构造成从张紧器200的外侧向衬套221输送油以促进带轮220相对于张紧器臂218的旋转。可以由从张紧器的外侧穿过轴214和基部215中的至少一者的贯穿孔口290以及穿过臂218到达衬套221的油通道292提供油输送结构，油通道292与贯穿孔口290流体连通。在示出的实施方式中，环形油室291(该环形油室291与张紧器臂218的枢轴轴线大致同轴)流体地设置在贯穿孔口290与穿过张紧器臂的油通道292之间。不管贯穿孔口290与油通道292之间的相对角位置如何，环形油室291都允许贯穿孔口290与油通道292之间的流体连通。这允许张紧器臂218在张紧器200的操作期间根据需要(基于来自弹簧222的弹簧力以及带中的张力)移动，同时仍然保持油通道292与贯穿孔口290之间的流体连通。

油输送结构示出为终止于衬套221与张紧器臂218之间的界面处。替代性地，油输送结构可以穿过衬套221并终止于衬套221与带轮220之间的界面处。在任一情况下，输油系统(并且更具体地，油通道292)可以说是向衬套221输送油，以润滑衬套221与同衬套221紧相邻的元件(即，带轮220或者张紧器臂218)之间的界面。

供油导管(未示出)能够连接至贯穿孔口290以将油从油源引到张紧器200中的油输送结构。油的压力需足够高以确保油进入配合表面221c与218a之间。

参照图23和图24，其示出了张紧器300，张紧器300可以类似于张紧器200并包括环状支承衬套321b，环状支承衬套321b类似于图22中的支承衬套221的环形部分221b。然而，张紧器300缺少带轮支承衬套221的轴向部分，但却包括轴颈轴承，该轴颈轴承通过以320示出的带轮上的径向向内的突起381上的径向内表面380与以318示出的张紧器臂上的径向外表面318a之间的接合提供。油输送结构设置用于向接合表面318a和380供油并且类似于图22中示出的油输送结构，并且因此可以包括贯穿孔口390、环形油室391和油通道392，其中，贯穿孔口390穿过轴314和基部315中的至少一者，油通道392穿过张紧器臂318到达表面318a和380。可以在表面318a与表面380之间设置以395示出的小空间以促进油进入表面318a与表面380之间。

参照图25和图26，其示出了张紧器400，除了张紧器400包括带接合承座420以代替带轮之外，张紧器400可以类似于张紧器300。以482示出的带具有滑动地接合承座420的外表面420a的承座接合表面482a(即，带482的后侧)，其并不绕以418示出的张紧器臂的外表面(以418a示出)旋转。在一些实施方式中，承座420和张紧器臂418可以由单块坯件材料形成在一起。这与其他图中示出的实施方式不同，在其他图中示出的实施方式中，带轮与带摩擦接合并且带轮引起张紧器臂上的旋转。如图25和图26所示，承座420的外表面420a可以具有选择成避免带482上的过度的动态弯曲应力的曲率。外表面420a上还可以具有涂层(例如)以保持与带482的较小摩擦。可选地，为帮助提供与带482的较小摩擦，可以设置带润滑油输送结构，该带润滑油输送结构构造成从张紧器400的外侧输送油并先于(即，之前于)带482的接合表面482a的部分483与承座420的接合将油引向带482的接合表面482a的该部分483，以促进带482与承座420之间的滑动接合。(带482的行进方向由箭头D示出)。输油系统例如可以包括具有出口端484a的半刚性的油流动导管484，出口端484a指向带482的承座接合面482a。用于将导管484连接至张紧器400的以415示出的基部的安装元件486在导管484的入口端处。安装元件486具有用于连接至供油导管(未示出)以将油从油源引到张紧器400中的油输送结构的入口488。导管484的出口端484a可以定向成以合适的量将油引到带482的接合面482a上以在接合面482a与承座420的外表面420a之间提供油层，从而在带482与承座420之间提供流体动力的润滑层。

然而，在某些实施方式中，带482可以通过带处于油中的正时带系统内的环境被适当润滑，以使得不需要带润滑油输送结构。

如上所述，在张紧器400中不需要承座420与张紧器臂418之间的相对运动。然而，在某些实施方式中，承座420与臂418之间可能存在一些相对运动(例如以允许承座自适应于带482)。

参照图27和图28，其示出了张紧器500，除了用于张紧器500的油输送结构穿过以520示出的承座本身并且该油输送结构在承座520的以520a示出的带接合表面处具有出口之外，张紧器500可以类似于张紧器400。在示出的实施方式中，油输送结构包括贯穿孔口590和与贯穿孔口590流体连通的油通道592，其中，贯穿孔口590从张紧器500的外侧穿过轴514和基部515中的至少一者，油通道592穿过以518示出的张紧器臂和承座520并在承座520的带接合表面520a处具有出口592a，以在带582的接合表面582a与承座520的带接合表面520a之间提供油层(例如流体动力层)。在示出的实施方式中，环形油室591(该环形油室591与张紧器臂518的枢轴轴线大致同轴)流体地设置在贯穿孔口590与穿过张紧器臂518和承座520的油通道592之间。

油通道592的出口592a的位置可以在向带582的与承座520接合的整个部分提供润滑的任何合适的位置处。在一个实施方式中(如图27中所示)，出口592a可以定位成接近带582接合承座520的地方的上游端。在一个实施方式中，使用计算流体动力学分析，可以确定最高支承载荷在带582与承座520之间存在的位置，并且出口592可以定位在该位置处。这样人们就可以例如为油确定合适的分散机构(例如具有人字形图形或任何其他合适图形的一个或更多个狭缝、凹槽)，以便修改移动的带582与承座520的静止表面520a之间的压力分布和流体动力流量。在一些实施方式中，如果确定表面520a不开槽有利于降低带582与承座520之间的摩擦力，则表面520a可以不开槽。在一些实施方式中，可以在表面520a上的不同地方处设置多个出口592a。

为了更大的确定性，在图21至图28示出的实施方式中，张紧器弹簧和由张紧器弹簧接合的阻尼构件可以具有图9中或图10中或图11中示出的构型中的任一构型或者任何其他合适的构型。

尽管术语“油”已被与图21至图26中示出的实施方式中的油输送结构相关联地使用，但是可以替代性地使用其他合适的润滑剂。

通常，在本文中特别是在图21至图28中示出的实施方式中，来自张紧器的油泄漏并不像张紧器在带处于油中的环境中一样是个问题。因此，至少在某些情况下不需要密封件来密封张紧器内的油。

上述实施方式意在仅为示例，并且可以由本领域的技术人员对这些实施方式做出变型和改型。

Claims (11)

1.一种用于环状驱动构件的张紧器，所述张紧器包括：

轴和基部，所述轴和所述基部能够安装成相对于发动机静止；

张紧器臂，所述张紧器臂能够相对于所述轴绕张紧器臂轴线枢转；

位于所述张紧器臂上的带轮，所述带轮能够绕从所述张紧器臂轴线偏置的带轮轴线旋转，其中，所述带轮能够与环状驱动构件接合；

衬套，所述衬套径向地定位在所述带轮与所述张紧器臂之间，以在所述带轮与所述张紧器臂之间进行相对旋转期间径向地支承所述带轮；

张紧器弹簧，所述张紧器弹簧定位成使所述张紧器臂朝向自由臂位置迫动；

阻尼元件，所述阻尼元件接合所述张紧器臂并由所述张紧器弹簧的多个轴向隔开的部段接合；以及

油输送结构，所述油输送结构构造成从所述张紧器的外侧向所述衬套输送油以促进所述带轮相对于所述张紧器臂旋转。

2.根据权利要求1所述的张紧器，其中，所述油输送结构包括：从所述张紧器的外侧穿过所述基部的贯穿孔口；以及穿过所述张紧器臂的油通道，所述油通道与所述贯穿孔口流体连通。

3.根据权利要求2所述的张紧器，其中，所述油输送结构还包括流体地处于所述贯穿孔口与穿过所述张紧器臂的所述油通道之间的环形油室，其中，不管所述贯穿孔口与所述油通道之间的相对角位置如何，所述环形油室都允许所述贯穿孔口与所述油通道之间的流体连通。

4.根据权利要求1所述的张紧器，其中，所述衬套包括环状部分，所述环状部分轴向地定位在所述带轮与所述张紧器臂之间，以在所述带轮与所述张紧器臂之间进行相对旋转期间轴向地支承所述带轮。

5.一种用于环状驱动构件的张紧器，所述张紧器包括：

轴和基部，所述轴和所述基部能够安装成相对于发动机静止；

张紧器臂，所述张紧器臂能够相对于所述轴绕张紧器臂轴线枢转；

位于所述张紧器臂上的带轮，所述带轮能够绕从所述张紧器臂轴线偏置的带轮轴线旋转，其中，所述带轮能够与环状驱动构件接合，其中，所述带轮的径向内表面与所述张紧器臂的径向外表面接合；

张紧器弹簧，所述张紧器弹簧定位成使所述张紧器臂朝向自由臂位置迫动；以及

阻尼元件，所述阻尼元件接合所述张紧器臂并由所述张紧器弹簧的多个轴向隔开的部段接合。

6.根据权利要求5所述的张紧器，还包括油输送结构，所述油输送结构构造成从所述张紧器的外侧向所述带轮的所述径向内表面和所述张紧器臂的径向外表面输送油以促进所述带轮相对于所述张紧器臂旋转。

7.根据权利要求5所述的张紧器，其中，所述油输送结构包括：从所述张紧器的外侧穿过所述基部的贯穿孔口；以及穿过所述张紧器臂的油通道，所述油通道与所述贯穿孔口流体连通。

8.根据权利要求7所述的张紧器，其中，所述油输送结构还包括流体地处于所述贯穿孔口与穿过所述张紧器臂的所述油通道之间的环形油室，其中，不管所述贯穿孔口与所述油通道之间的相对角位置如何，所述环形油室都允许所述贯穿孔口与所述油通道之间的流体连通。

9.一种用于正时带的张紧器，所述张紧器包括：

轴和基部，所述轴和所述基部能够安装成相对于发动机静止；

张紧器臂，所述张紧器臂能够相对于所述轴绕张紧器臂轴线枢转；

位于所述张紧器臂上的承座，所述承座具有外表面，所述外表面能够与环状驱动构件的接合表面滑动地接合；

张紧器弹簧，所述张紧器弹簧定位成使所述张紧器臂朝向自由臂位置迫动；以及

阻尼元件，所述阻尼元件接合所述张紧器臂并由所述张紧器弹簧的多个轴向隔开的部段接合。

10.根据权利要求9所述的张紧器，还包括带润滑油输送结构，所述带润滑油输送结构构造成从所述张紧器的外侧输送油并先于所述带的所述接合表面的一部分与所述承座的接合而将所述油引向所述带的所述接合表面的所述一部分，以促进所述带与所述承座之间的滑动接合。

11.根据权利要求9所述的张紧器，还包括带润滑油输送结构，所述带润滑油输送结构构造成从所述张紧器的外侧通过至少所述张紧器臂和所述承座向所述承座的所述外表面的出口输送油。