CN109322977A - 张紧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械张紧器。该张紧器包括：筒状的第一壳体，其轴向一端部具有第一开口；柱塞，其以能够沿着第一壳体的轴向移动的方式收纳于第一壳体；以及柱塞弹簧，其收纳于第一壳体且被构造成用于对柱塞施加沿着第一壳体的轴向的弹簧力，使得在张紧器处于工作状态时柱塞在柱塞弹簧的弹簧力作用下从第一开口伸出预定长度。张紧器还包括负刚度机构，负刚度机构包括负刚度弹簧，在张紧器处于工作状态时负刚度弹簧的弹簧力以沿着与第一壳体的轴向相交的方向作用于柱塞。根据本发明的张紧器通过设置负刚度机构，使得张紧器的固有频率降低，从而降低了从张紧器传输到发动机缸体的振动传输率，改善了链传动系统的NVH性能。

Description

张紧器

技术领域

本发明涉及用于例如链传动系统的张紧技术，更具体地涉及一种机械张紧器。

背景技术

在用于链传动系统的张紧器、特别是用于油泵链传动应用的张紧器中，通常采用扭转弹簧型张紧器或液压张紧器。

一方面，由于布局简单且从曲轴链轮传输到油泵轴链轮的动力传输低，因而采用扭力弹簧型张紧器，但是扭力弹簧型张紧器可能在发动机速度突然增大或减小的情况下由于动轨惯性力的影响而产生噪音。

另一方面，在采用液压张紧器的情况下，由于激励频率较高而会产生较高的链负荷，并且产生了结构自生噪音。

发明内容

基于上述现有技术的缺陷而做出了本发明。本发明的发明目的在于提供一种张紧器，其能够降低从张紧器传输到发动机缸体的振动传输率以改善链传动系统的NVH性能(噪声、振动与声振粗糙度性能)。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案。

本发明提供了一种如下的张紧器，所述张紧器包括：筒状的第一壳体，所述第一壳体的轴向一端部具有第一开口；柱塞，所述柱塞以能够沿着所述第一壳体的轴向移动的方式收纳于所述第一壳体；以及柱塞弹簧，所述柱塞弹簧收纳于所述第一壳体，且被构造成用于对所述柱塞施加沿着所述第一壳体的轴向的弹簧力，使得在所述张紧器处于工作状态时所述柱塞在所述柱塞弹簧的弹簧力作用下从所述第一开口伸出预定长度，所述张紧器还包括负刚度机构，所述负刚度机构包括负刚度弹簧，在所述张紧器处于所述工作状态时所述负刚度弹簧的弹簧力以沿着与所述第一壳体的轴向相交的方向作用于所述柱塞。

优选地，所述负刚度机构还包括：筒状的第二壳体，所述第二壳体设置于所述第一壳体且比所述第一壳体向径向外侧凸出，所述第二壳体在与所述第一壳体连接的部位处设置有第二开口，所述负刚度弹簧收纳于所述第二壳体；以及传递机构，所述传递机构的一端部抵接于所述柱塞，所述传递机构的另一端部与所述负刚度弹簧连接，在所述张紧器处于所述工作状态时所述负刚度弹簧的弹簧力通过所述传递机构以沿着与所述第一壳体的轴向正交的方向作用于所述柱塞。

更优选地，所述传递机构包括：活塞，所述活塞以能够沿着所述第二壳体的轴向移动的方式收纳于所述第二壳体，所述负刚度弹簧被构造成用于对所述活塞产生沿着所述第二壳体的轴向的弹簧力；以及连杆，所述连杆穿过所述第二开口且所述连杆的长度方向上的一端部抵接于所述柱塞，所述连杆的长度方向上的另一端部与所述活塞枢转连接，在所述张紧器处于所述工作状态时，所述连杆的长度方向与所述第一壳体的轴向正交。

更优选地，所述负刚度机构还包括安装弹簧，所述安装弹簧安装于所述连杆的长度方向上的另一端部与所述活塞枢转连接的部位处，所述安装弹簧被构造成用于使得所述连杆的长度方向上的一端部紧密抵接于所述柱塞的外周壁。

更优选地，在所述柱塞的外周壁的被构造成用于与所述连杆抵接的部位处，所述柱塞设置有与所述连杆的长度方向上的一端部配合的凹部。

优选地，多个所述负刚度机构设置于所述第一壳体。

更优选地，所述多个负刚度机构位于所述第一壳体的在所述第一壳体的轴向上的相同的位置，所述多个负刚度机构在所述第一壳体的周向上等间隔地设置。

优选地，所述负刚度弹簧为压缩弹簧，和/或所述安装弹簧为扭转弹簧。

优选地，所述第一壳体的与所述第一开口相反的轴向另一端部设置有与所述第一壳体可拆卸连接的第一帽，和/或所述第二壳体的与所述第二开口相反的轴向另一端部设置有与所述第二壳体可拆卸连接的第二帽。

优选地，所述柱塞的外周壁设置有沿着所述第一壳体的轴向延伸的凹槽，所述第一壳体的内周壁设置有沿着所述第一壳体的轴向延伸且被构造成用于与所述凹槽配合的凸部。

通过采用上述技术方案，本发明提供了一种张紧器，其通过设置负刚度机构，使得张紧器的固有频率降低，从而降低了从张紧器传输到发动机缸体的振动传输率，改善了链传动系统的NVH性能。

附图说明

图1a是处于初始组装状态的根据本发明的一实施方式的张紧器的剖视示意图；图1b是处于工作状态的图1a中的张紧器的剖视示意图。

图2a是沿着图1a中A-A线截取的张紧器的第一壳体的截面图；图2b是沿着图1a中A-A线截取的张紧器的柱塞的截面图；图2c是沿着图1a中A-A线截取的张紧器的第一壳体与柱塞的组装体的截面图。

图3是用于说明本发明的负刚度机构的作用原理的示意图。

图4是图1a中的张紧器与现有技术的张紧器的频率响应函数的曲线图。

附图标记说明

1第一壳体 11大径部 12小径部 13凸部 14第一开口 2柱塞 21凹部 22凹槽 3柱塞弹簧 4第一帽 5负刚度机构 51第二壳体 511第二开口 52第二帽 53负刚度弹簧 54活塞 55连杆 56安装弹簧

具体实施方式

以下将结合说明书附图对本发明的具体实施方式进行详细地说明。为了在图中更清楚地示出根据本发明的一实施方式的张紧器的结构，仅绘制了该张紧器中的部分组件的剖面线。在本发明中，图1a所示的状态为张紧器的初始的组装状态，该组装状态为非工作状态；图1b所示的状态为张紧器正在起到张紧作用的工作状态。在以下的具体实施方式中，第一壳体与柱塞两者的轴向、径向分别相同，第二壳体的轴向与第一壳体的轴向彼此正交。

如图1a和图1b所示，根据本发明的一实施方式的张紧器包括第一壳体1、柱塞2、柱塞弹簧3、第一帽4以及负刚度机构5。

在本实施方式中，第一壳体1具有圆筒形状并且第一壳体1的轴向两端部均具有开口。其中，第一壳体1的轴向一端部(图1a和图1b中右侧端部)具有第一开口14，该第一开口14用于供收纳于该第一壳体1的柱塞2从第一壳体1伸出；第一壳体1的轴向另一端部(图1a和图1b中的左侧端部)的开口通过第一帽4封闭，第一帽4可以通过螺纹连接等方式可拆卸地安装于第一壳体1。

第一壳体1的内部从轴向另一端部侧朝向轴向一端部侧包括彼此连通的大径部11和小径部12，大径部11的内径大于小径部12的内径。

在本实施方式中，柱塞2同样具有圆筒形状并且以能够沿着第一壳体1的轴向移动的方式收纳于第一壳体1。

柱塞2的轴向一端部(图1a和图1b中右侧端部)是封闭的；柱塞2的轴向另一端部(图1a和图1b中左侧端部)具有柱塞开口，该柱塞开口面向第一帽4。在根据本发明的一实施方式的张紧器处于图1a所示的初始组装状态时，柱塞2的轴向一端与第一壳体1的轴向一端大致平齐；在根据本发明的一实施方式的张紧器处于图1b所示的工作状态时，柱塞2的轴向一端部从第一壳体1的第一开口14伸出预定长度。

在本实施方式中，柱塞弹簧3收纳于第一壳体1、更具体地收纳于柱塞2。柱塞弹簧3的轴向一端部(图1a和图1b中右侧端部)伸入柱塞2的内部且与柱塞2的轴向一端部连接；柱塞弹簧3的轴向另一端部(图1a和图1b中左侧端部)与第一帽4连接。该柱塞弹簧3为压缩弹簧，在张紧器处于图1a所示的组装状态时，该柱塞弹簧3处于预压缩状态而产生沿着使柱塞2朝向第一开口14伸出的方向的弹簧力；在张紧器处于图1b所示的工作状态时，柱塞弹簧3伸长预定长度使得柱塞2的轴向一端部从第一壳体1的第一开口14伸出预定长度。

在本实施方式中，两个负刚度机构5设置于第一壳体1，这两个负刚度机构5在第一壳体1的轴向上设置于相同的位置且在第一壳体1的周向上间隔180度。

各负刚度机构5均包括第二壳体51、第二帽52、负刚度弹簧53和传递机构。

在本实施方式中，第二壳体51具有圆筒形状。第二壳体51比第一壳体1向径向外侧凸出，并且第二壳体51的轴向与第一壳体1的轴向彼此正交。第二壳体51在与第一壳体1连接的轴向一端部(图1a和图1b中的相对于第一壳体1的径向的径向内侧端部)处设置有第二开口511，第二壳体51的与设置有第二开口511的轴向一端部相反的轴向另一端部(图1a和图1b中的相对于第一壳体1的径向的径向外侧端部)通过第二帽52封闭，该第二帽52可以通过螺纹连接等方式可拆卸地安装于第二壳体51。

在本实施方式中，负刚度弹簧53为压缩弹簧。负刚度弹簧53收纳于第二壳体51，并且负刚度弹簧53的轴向一端部(图1a和图1b中的相对于第一壳体1的径向的径向内侧端部)与传递机构连接，负刚度弹簧53的轴向另一端部(图中图1a和图1b中的相对于第一壳体1的径向的径向外侧端部)与第二帽52连接。在负刚度机构5处于如图1a所示的初始组装状态时，负刚度弹簧5对传递机构施加预压力。

在本实施方式中，传递机构包括活塞54、连杆55和安装弹簧56。

活塞54以能够沿着第二壳体51的轴向移动的方式收纳于第二壳体51，负刚度弹簧53的轴向一端部与活塞54连接。

连杆55穿过第二开口511且连杆55的长度方向上的一端部(图1a和图1b中的相对于第一壳体1的径向的径向内侧端部)抵接于柱塞2，连杆55的长度方向上的另一端部(图1a和图1b中的相对于第一壳体1的径向的径向外侧端部)与活塞54枢转连接。在张紧器处于图1a所示的组装状态时，连杆55的长度方向相对于第二壳体51的轴向倾斜，具体地，连杆55在朝向第一壳体1的径向内侧延伸的同时朝向第一壳体1的轴向另一端部延伸。在张紧器处于图1b所示的工作状态时，连杆55的长度方向与第一壳体1(柱塞2)的径向一致，使得来自负刚度弹簧53的弹簧力沿着与第一壳体1(柱塞2)的轴向正交的方向作用于柱塞2。

安装弹簧56安装于连杆55与活塞54枢转连接的部位处。连杆55始终受到安装弹簧56的作用力，以使连杆55的用于与柱塞2抵接的一端部紧密抵接于柱塞2的外周壁，尤其是紧密抵接于柱塞2的外周壁的下述凹部21。在本实施方式中，安装弹簧56为扭转弹簧。

为了确保连杆55与柱塞2彼此配合地抵接，在柱塞2的外周壁的用于与连杆55抵接的部位处，柱塞2设置有与连杆55的一端部配合的凹部21。这样，连杆55的长度方向上的一端部抵接于该凹部21，而不会在柱塞2的外周壁上产生错位。

在本实施方式中，为了防止柱塞2与第一壳体1发生相对转动，如图2a和图2b所示，柱塞2的外周壁设置有沿着第一壳体1的轴向延伸的凹槽22，第一壳体1的内周壁设置有沿着第一壳体1的轴向延伸的用于与凹槽22配合的凸部13。凹槽22与凸部13的形状和大小均彼此匹配，使得在柱塞2安装于第一壳体1之后，凹槽22与凸部13彼此接合在一起(如图2c所示)。

以上详细地说明了根据本发明的一实施方式的张紧器的具体结构，以下将结合图3和图4说明根据本发明的一实施方式的张紧器的作用原理以及效果。

图3是对应于根据本发明的一实施方式的张紧器处于图1b所示的工作状态的示意图。下式1为根据本发明的一实施方式的张紧器的固有频率的计算公式，其中通过张紧器的等效刚度K_eq和张紧器的质量M计算张紧器的固有频率f_n。

在图1a和图1b所示的根据本发明的一实施方式的张紧器中，k₁是柱塞弹簧3的劲度系数(倔强系数)，k₂是两个负刚度机构5中的每个负刚度弹簧53的劲度系数(倔强系数)，L是连杆55的长度，x是柱塞2在张紧器从图1a所示的组装状态转换到图1b所示的工作状态的过程中沿着第一壳体1的轴向移动的位移量。整个张紧器的势能U通过以下的式2、式3和式4进行计算。

U＝U₁+U₂ (式2)

其中为负刚度弹簧53的初始长度。

这样，整个张紧器的势能函数相对于变量x的一阶导数和二阶导数可以通过以下的式5和式6进行计算。

另外，整个张紧器的势能函数相对于变量x的二阶导数即为等效刚度K_eq，所以可以得到如下的式7。

综上，通过以上式1和式7计算可知，根据本发明的张紧器的固有频率小于现有技术的张紧器的固有频率。具体地，根据式1可知，张紧器的固有频率与张紧器的等效刚度与张紧器的质量的算术平方根成正比，由于根据本发明的张紧器的等效刚度K_eq小于现有技术的张紧器的等效刚度k₁，且根据本发明的张紧器的质量大于现有技术的张紧器的质量，因此根据本发明的张紧器的固有频率小于现有技术的张紧器的固有频率。

图4中示出了现有技术的张紧器和根据本发明的张紧器的频率响应函数的曲线。其中横轴为张紧器的频率，纵轴为张紧器传输到发动机缸体的振动传输率，并且由虚线表示的曲线为现有技术的张紧器的频率响应函数的曲线，而由实线表示的曲线为根据本发明的张紧器的频率响应函数的曲线。根据本发明的负刚度机构5能够减小张紧器的固有频率、即从现有技术的张紧器的固有频率f₂降低到f₁。这样，通过使固有频率降低能够降低从张紧器到发动机缸体的振动传输率。另外，通过使固有频率降低有助于降低链传动系统的自生噪音。因此，能够改善链传动系统的NVH性能。进一步地，由于用于张紧器的必要的支撑力也相应地减小，这使得张紧器的壳体采用塑料材料制成变为可能。

虽然以上的具体实施方式对本发明的技术方案进行了详细地阐述，但是还需要说明的是：

1.虽然在以上的具体实施方式中说明了来自负刚度弹簧53的弹簧力沿着与第一壳体1(柱塞2)的轴向正交的方向作用于柱塞2，但是本发明不限于此。实际上，只要使来自负刚度弹簧53的弹簧力沿着与第一壳体1(柱塞2)的轴向相交的方向作用于柱塞2、即负刚度弹簧53的弹簧力在与第一壳体1(柱塞2)的轴向正交的方向上具有分量，就能够实现降低张紧器的固有频率，从而实现本发明的发明目的。

当然，在以上的具体实施方式中说明的使得来自负刚度弹簧53的弹簧力沿着与第一壳体1(柱塞2)的轴向正交的方向作用于柱塞2的技术方案是不会对张紧器的工作状态产生任何不利影响的优选的实施方式。

2.虽然在以上的具体实施方式中说明了设置有两个负刚度机构5，但是本发明不限于此。可以设置一个或三个以上的负刚度机构。

当设置有三个以上的负刚度机构的情况下，三个以上的负刚度机构优选地在第一壳体的轴向上设置于同一位置且在第一壳体的周向上等间隔地设置。

3.虽然在以上的具体实施方式中没有具体说明，但是本发明的负刚度弹簧也可以采用拉伸弹簧，只要满足该拉伸弹簧的弹簧力在张紧器处于工作状态时与柱塞的轴向相交并且通过适当的传递机构传递到柱塞。

4.虽然在以上的具体实施方式中没有具体说明，但是本发明的张紧器优选地用于功率较小的链传动系统。由于功率较小的链传动系统中的链条磨耗较小，因此负刚度机构能够始终发挥作用，而不会出现由于链条的磨耗导致负刚度机构的弹簧力的作用方向相对于与柱塞的轴向正交的方向严重偏斜的情况。

本发明的保护范围不限于上述具体实施方式，而是只要满足本发明的权利要求的技术特征的组合就落入了本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种张紧器，所述张紧器包括：

筒状的第一壳体，所述第一壳体的轴向一端部具有第一开口；

柱塞，所述柱塞以能够沿着所述第一壳体的轴向移动的方式收纳于所述第一壳体；以及

柱塞弹簧，所述柱塞弹簧收纳于所述第一壳体，且被构造成用于对所述柱塞施加沿着所述第一壳体的轴向的弹簧力，使得在所述张紧器处于工作状态时所述柱塞在所述柱塞弹簧的弹簧力作用下从所述第一开口伸出预定长度，

其特征在于，

所述张紧器还包括负刚度机构，所述负刚度机构包括负刚度弹簧，在所述张紧器处于所述工作状态时所述负刚度弹簧的弹簧力以沿着与所述第一壳体的轴向相交的方向作用于所述柱塞。

2.根据权利要求1所述的张紧器，其特征在于，所述负刚度机构还包括：

筒状的第二壳体，所述第二壳体设置于所述第一壳体且比所述第一壳体向径向外侧凸出，所述第二壳体在与所述第一壳体连接的部位处设置有第二开口，所述负刚度弹簧收纳于所述第二壳体；以及

传递机构，所述传递机构的一端部抵接于所述柱塞，所述传递机构的另一端部与所述负刚度弹簧连接，

在所述张紧器处于所述工作状态时所述负刚度弹簧的弹簧力通过所述传递机构以沿着与所述第一壳体的轴向正交的方向作用于所述柱塞。

3.根据权利要求2所述的张紧器，其特征在于，所述传递机构包括：

活塞，所述活塞以能够沿着所述第二壳体的轴向移动的方式收纳于所述第二壳体，所述负刚度弹簧被构造成用于对所述活塞产生沿着所述第二壳体的轴向的弹簧力；以及

连杆，所述连杆穿过所述第二开口且所述连杆的长度方向上的一端部抵接于所述柱塞，所述连杆的长度方向上的另一端部与所述活塞枢转连接，

在所述张紧器处于所述工作状态时，所述连杆的长度方向与所述第一壳体的轴向正交。

4.根据权利要求3所述的张紧器，其特征在于，所述负刚度机构还包括安装弹簧，所述安装弹簧安装于所述连杆的长度方向上的另一端部与所述活塞枢转连接的部位处，所述安装弹簧被构造成用于使得所述连杆的长度方向上的一端部紧密抵接于所述柱塞的外周壁。

5.根据权利要求3或4所述的张紧器，其特征在于，在所述柱塞的外周壁的被构造成用于与所述连杆抵接的部位处，所述柱塞设置有与所述连杆的长度方向上的一端部配合的凹部。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的张紧器，其特征在于，多个所述负刚度机构设置于所述第一壳体。

7.根据权利要求6所述的张紧器，其特征在于，所述多个负刚度机构位于所述第一壳体的在所述第一壳体的轴向上的相同的位置，所述多个负刚度机构在所述第一壳体的周向上等间隔地设置。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的张紧器，其特征在于，所述负刚度弹簧为压缩弹簧，和/或所述安装弹簧为扭转弹簧。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的张紧器，其特征在于，

所述第一壳体的与所述第一开口相反的轴向另一端部设置有与所述第一壳体可拆卸连接的第一帽，和/或

所述第二壳体的与所述第二开口相反的轴向另一端部设置有与所述第二壳体可拆卸连接的第二帽。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的张紧器，其特征在于，所述柱塞的外周壁设置有沿着所述第一壳体的轴向延伸的凹槽，所述第一壳体的内周壁设置有沿着所述第一壳体的轴向延伸且被构造成用于与所述凹槽配合的凸部。