CN115735070A - 用于机动车辆的附件驱动器的张紧器和包括这种张紧器的附件驱动器 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃发动机(2)的附件驱动器的张紧器，其包括带(8)，带(8)至少在连接到发动机(2)的驱动轴(4)的第一带轮(3)和连接到电机(7)的第二带轮(5)上，张紧器包括：配置为固定到电机的外壳(13)的底座(11)；相对于底座(11)绕第一轴线(A1)旋转的第一环(15)；相对于第一环(15)绕不同于第一轴线(A1)的第二轴线(A2)旋转的第二环(20)；第一张紧带轮(23)，其由第一环(15)承载并且相对于它绕其自身的轴线(PA1)旋转；第二张紧带轮(27)，其由第二环(20)承载并相对于它绕其自身的轴线(PA2)旋转；以及弹性装置(34)，其作用在第一环和第二环(15；20)上以推动第一带轮和第二带轮(23、27)与带的相应跨度(8a；8b)接触。

Description

用于机动车辆的附件驱动器的张紧器和包括这种张紧器的附 件驱动器

相关申请的交叉引用

本专利申请要求在2020年7月1日提交的意大利专利申请第102020000015877号的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的附件驱动器的张紧器和包括这种张紧器的附件驱动器。

背景技术

内燃发动机的附件驱动器通常包括连接到驱动轴的带轮、连接到电机的轴的带轮并且可以包括一个或多个带轮以用于驱动其他附件，例如，比方说调节系统压缩机。附件驱动器还包括用于在上述带轮之间传输运动的带和张紧器，该张紧器配置为确保带的正确的最小张力水平并防止带和带轮之间打滑。

在电机是由发动机驱动的交流发电机的传统附件驱动器中，张紧器作用于带的松弛跨度(slack span)，即相对于带运动方向位于发动机下游和交流发电机上游的跨度。

在机动车辆中，越来越频繁地使用可逆电机来代替传统的交流发电机；所述可逆电机不仅可以在传统的发电机模式下操作，也可以根据其他模式操作，例如作为再生制动器(恢复条件(recuperation condition))，或作为与内燃发动机结合操作的附加马达(升压条件)。

通过使用可逆电机，在电机由发动机驱动的操作条件下紧绷(taut)的带的跨度在电机递送扭矩时变为松弛跨度。

因此设计了各种解决方案，以确保张紧带的正确的两个跨度。

一种解决方案包括，例如，使用具有铰接在公共销上并承载相应带轮的两个臂的张紧器。臂受到弹簧的弹力，该弹力趋向于使它们彼此靠近以便保持带轮与带的相应跨度接触。EP 1581753-A中描述了该解决方案的示例。两个臂的公共轴线布置在带的路径内。

臂在其上枢转的底座和围绕臂的共同铰合轴线布置的弹簧的总体尺寸使得该解决方案不适用于在带的路径内存在空间限制的应用，例如，比方说，在驱动器只有两个带轮的情况下。此外，就作用在带轮上的合力而言，臂的布置不是最佳的。

另一种解决方案包括将张紧器安装在电机上。

根据已知的解决方案，张紧器包括：配置为固定到电机的底座、相对于底座围绕电机的轴线旋转并承载第一带轮的第一环形元件、以及相对于底座电机围绕电机的轴线旋转并承载第二带轮的第二环形元件。

弹簧作用在两个环形元件之间，配置为在所述元件之间施加弹力，以保持第一带轮和第二带轮与带的相应跨度接触。

与上述解决方案相关的缺点是需要在相对高的带张力下操作，以允许在恢复条件和升压条件下发挥最佳功能。

根据另一个已知的解决方案，张紧器包括：配置为固定到电机的底座、相对于底座围绕电机的轴线并承载第一带轮的环形元件、以及铰接到环形元件并承载第二带轮的臂。

与这种解决方案相关的问题是难以在电机的正扭矩条件和负扭矩条件下获得对称特性。

发明内容

本发明的目的是生产一种用于附件驱动器的张紧器，其没有与上述已知张紧器相关的缺点。

上述目的通过根据权利要求1的用于附件驱动器的张紧器来实现。

附图说明

为了更好地理解本发明，通过非限制性示例并参考附图描述了优选实施例，其中：

图1是设有根据本发明的带有张紧器的附件驱动器的发动机的示意性俯视图；

图2是图1的附件驱动器的示意性前视图；

图3是图1的张紧器的第一实施例的前视图；

图4是沿图3的线IV-IV截取的局部立体图；

图5是根据图3的线V-V的截面；

图6和图7是图3的张紧器在轴向相反方向上的分解立体图；

图8至图13是比较性地图示与本发明的各种实施例相关的量的曲线图；

图14至图18是图示图5细节的实施例变型的示意性局部截面图；

图19和图20分别是根据本发明的张紧器的前视图和第二实施例。

具体实施方式

参考图1和图2，附图标记1表示内燃发动机2的附件驱动器。

附件驱动器1包括：连接到发动机E的驱动轴4的第一带轮3，其具有轴线EA；连接到电机7的轴6的第二带轮5，其具有轴线MA；以及使第一带轮3和第二带轮5彼此连接的带8。附件驱动器可以包括未示出的其他带轮，用于驱动发动机1的其他附件，例如，比方说调节系统压缩机。

附件驱动器1还包括张紧器10，该张紧器10安装在电机7上并且包括(图3-图7)：

底座11，成一体地包括配置为固定到电机7的外壳13(图1和图5)的平坦法兰12和环形轴环14，其轴线A1在使用中与轴线MA重合，从法兰12以悬臂方式轴向延伸；

第一环15，借助于第一衬套16围绕轴环14可旋转地支撑在底座11上，该第一衬套16具有轴向插置于第一环15和法兰12之间的平坦环形部分17和具有轴线A1的圆柱形部分18，该圆柱形部分18轴向插置于第一环15和轴环14之间(图5)；以及

第二环20，借助于衬套21围绕第一环15可旋转地支撑在底座11上，该衬套21包围其内边缘并且为此目的在其圆周的至少主要部分具有C形截面；衬套21得当地压在第二环20的内边缘上。

底座11和环15、20具有大于第二带轮5的直径的内径，以便允许在第二带轮5存在的情况下将张紧器10组装在电机7上(参见图5，在其中带轮5的整体尺寸由点划线示意性地示出)。

第一环15包括径向外附件22，其借助于销24和轴承25以旋转方式支撑张紧器10的具有轴线PA1的第一带轮23。第二环20包括管状轴向附件26，管状轴向附件26以悬臂方式从底座11的法兰12的相反侧延伸，张紧器12的具有轴线PA2的第二带轮27借助于销28和轴承29可旋转地安装在管状轴向附件26上。

第一带轮23和第二带轮27配置为根据带的进给方向(顺时针，参考图2)与分别布置在第二带轮5的上游和下游的带的相应部分8a、8b协作。

根据本发明，第二环20相对于第一环15绕轴线A2旋转，该轴线A2与轴线A1平行且与其不同。轴线A2布置在第一环15内，当第一环15旋转时，轴线A2绕轴线A1转动(orbit)。为此目的，第一环15具有围绕衬套16的圆柱形部分18旋转的具有轴线A1的圆柱形内表面30，以及径向地支撑衬套21的具有轴线A2的偏心圆柱形外表面31。

第一环15和第二环20限定用于弹簧34的相应壳体32、33，弹簧34的目的是产生弹力，以保持带轮23、27与带8接触，因此在使用中保持所述带8中的预限定的张力水平。

弹簧34(图3-图5)是相对于环15、20圆周布置的弧形螺旋压缩弹簧。壳体32、33由相应环15、20的径向附件组成，并容纳弹簧34的相应端部34a、34b。壳体32、33限定相应的圆周通道35，该圆周通道35具有U形截面，并且在彼此的圆周地相反侧上由相应的径向壁36封闭，该径向壁36限定用于弹簧34的相反端的相应的肩部。用于使弹簧34居中的相应突出部37从壁36延伸。在通道34内，容纳由塑料制成的半壳38；所述半壳容纳弹簧34，以便防止弹簧与壳体32、33直接接触。

第一环15通过盘式弹簧43(图5-图7)轴向锁定在底座11的法兰12上，该盘式弹簧43轴向地压缩于底座11的轴环14的环形端边缘44和第一环15之间。为了避免盘式弹簧43与第一环15直接接触，弹簧43设有覆盖其外边缘的由塑料材料制成的涂层45。

第二环20的管状附件26布置在第一环15的周边上获得的凹部45(图6)内，以限制环15、20之间的相对旋转，该环15、20位于对应于弹簧34的最大纵向膨胀的自由臂位置和对应于弹簧34的最大压缩位置的载荷停止位置之间。

第一环15在底部具有突起47(图7)，该突起47配置为滑动地接合底座11的法兰12的弧形凹槽48，以限制第一环15相对于底座11的旋转角度。

不存在来自带8的反作用力的情况下，弹簧34倾向于将环15、20保持在自由臂位置。为了允许带8的容易组装，在安装之前，环15、20通过锁定销49(图3-5)彼此锁定在相对角度安装位置，该锁定销49接合其相应孔50、51。安装位置得当地靠近载荷停止位置。

一旦带安装好，销49就被移除，在弹簧34的作用下，张紧器到达图2示意性所示的标称位置，在该标称位置，两个带轮23、27处于相对于带8在带轮5上的缠绕角θ的等分线H(bisector line H)的对称位置，与在标称条件下带8在带轮5上的拉力合力的方向重合。

张紧器10的操作如下。

在正常操作条件下，发动机2递送扭矩并且电机7作为交流发电机被驱动和操作。在这种条件下，带的跨度8b是紧绷跨度，跨度8a是松弛跨度。

相对于图2所示的标称位置，由于紧绷跨度8b将轮毂载荷传递到带轮27，因此张紧器10绕轴线A1顺时针旋转。在趋于移动带轮23和24使彼此靠近的弹簧34的推力下，带轮23作用在松弛跨度8a上，随着扭矩的变化保持在相同的预设最小张力值。

在升压模式中，电机7递送添加到发动机2动力的动力(正扭矩)。这趋向于减小带的跨度8b中的张力并增加带的跨度8a中的张力。另一方面，在恢复模式中，电机7吸收机械能(负扭矩)，并因此带8的跨度8a中的张力趋于减小。

使用不同于第一环的轴线A1的第二环20的旋转轴线A2(如所述，在使用中与电机7的轴线MA重合)允许减小带8的安装张力，以及松弛跨度内的扭矩传输能力(根据操作情况理解为每次松弛的跨度)。

图8是示出轴线A2相对于轴线A1的不同位置的曲线图(其中X和Y轴表示从驱动轴的轴线测量的以mm为单位的坐标)，表示为N1-N10。A1表示比较示例，其中轴线A2与电机7的轴线A1重合(相对于驱动轴的轴线的坐标210；155)。

图9是表示，针对图8的曲线图中的点，当电机7的扭矩变化时带8的松弛跨度中的张力趋势的曲线图(负扭矩值标识恢复模式，并且正值标识升压模式)。

扭矩值0对应于带安装张力，所有示例均相同(315N)。在这种情况下，线A1也代表轴线A1和轴线A2重合的比较示例。

在安装张力相同的情况下，示例N1和N5-N10相对于比较示例A1确定越来越高的松弛跨度张力，而在示例N2、N3和N4中，至少在恢复条件和升压条件之一下松弛跨度张力低于比较示例。在正值的示例中，N10是最好的，因为它在恢复条件和升压条件下呈现出对称的张力曲线(从图9的曲线图中可以看出，曲线扭矩值的极端处的张力值等于+/-55Nm，基本相同)。

可以利用松弛跨度中张力的增加来降低带的安装张力。

图10针对图9的示例N10示出了安装张力相对于比较示例降低了50N的情况(265N，而不是315N)。检视该图，可以很容易地看出，在正常操作范围内，从大约-25Nm到+25Nm，不存在打滑的风险，张力仍然低于参考示例；这意味着减少摩擦造成的损失，从而减少消耗。

另一方面，在高扭矩区域(模块中，>25Nm)，可能会出现打滑问题，与轴线A1、A2重合时相比，驱动器变得更加刚性，扭矩传输能力得到提高。

为了阐明A2相对于A1的位置对恢复条件和升压条件下松弛跨度张力平衡的影响因素，图11显示了对应于与轴线A1等距的轴线A2的位置的另外的各种示例N11-N16。即，点N11-N16位于以A1为圆心的圆周上(轴线A2与A1重合)。给定相同的A1-A2距离(图12)，不同的行为对应于这些点，由此推导出关键因素不是A1和A2之间的距离。

已实验验证，在正扭矩条件和负扭矩条件下获得张紧器10的对称行为的决定因素是在标称条件下，由轴线A1-A2标识的平面与包含轴线A1以及电机7(图2)的带轮5上的带8的缠绕角θ的等分线H的平面之间形成的角度。应当注意，在图2所示的仅具有两个带轮的驱动器1的对称布局中，等分线H与驱动轴EA的轴线相交，但这种情况通常不会发生。

最佳角度α随着缠绕角θ的变化而变化，并由实验确定的关系表示为：

α＝-0.2166θ+97.267+c,

其中α和θ以度(°)表示，c是从+10°到-10°范围内的变量。

值c＝0对应于图9或图10的曲线(作为扭矩的函数的张力)在正扭矩条件和负扭矩条件下的完美对称。对于值c＝0的上述线性关系如图13所示。

c的可变区间的极值是基于上述曲线中等于5％的安装张力的可接受不对称值计算的。特别是，对于示例N10，在315N的安装张力的情况下，对于c＝+10°，不平衡度为15.21N，并且对于c＝-10°，不平衡度为14.98N，两个值均低于15.75(安装张力的5％)。

令人惊讶的是，所述最佳角度与带轮5的直径和驱动器的布局都无关。

由于带轮系统相对于缠绕角θ的等分线H对称，并且由于所产生的力系统是对称的，因此平面P可以无差别地定位于线H的一侧或另一侧(即朝向带轮23或朝向带轮27)，在每种情况下与其形成角度α。换言之，两个张紧器具有相应轴线A2，该相应轴线A2在平面P上定位，平面P布置在线H的相反侧但与其形成具有相同的行为的相同角度α。

以上限定的平面P的最佳位置是指张紧器的标称位置。

图14至图18是示意性局部截面图，示出了用于将环15、20轴向和径向支撑在底座11上的替代解决方案。通过使用相同的附图标记来表示与已经参考图3-7描述的部件相同或对应的部件，并参考图5中突出显示的细节来说明所述解决方案。为了简洁起见，省略了对支撑衬套的描述，但是无论何时只要环15、20之间以及相对于底座11和弹簧43存在相对滑动，支撑衬套就必须在任何情况下被轴向和/或径向插置，以避免过早磨损并且控制振荡的阻尼。

在图14的解决方案中，盘式弹簧43作用在与第一环15和第二环20成一体的肩部50之间，将相反方向的轴向载荷施加给它们。以这种方式，第一环15被轴向推动抵靠与底座11成一体的肩部44并且第二环20被推动抵靠底座11。

在图15的解决方案中，有两个盘式弹簧43a、43b，它们作用在与底座11成一体的肩部44和相应的环15、20之间。这样可以独立地控制第一环15的旋转的阻尼和第二环20的旋转的阻尼。

在图16中，第一环15由第二环20轴向支撑，并且盘式弹簧43作用在与底座11成一体的固定肩部44和第一环15之间。因此，在这种情况下，第一环15和第二环20相对于弹簧43的轴向载荷串联布置。

在图17的解决方案中，有两个盘式弹簧43a、43b，其中一个作用在与底座11成一体的肩部44和第一环15之间，另一个作用在与第一环15成一体的肩部50和第二环20之间。

最后，图18示出了一种解决方案，其中弹簧43作用在同时依靠在底座11和第二环20上的第一环15上。

所采用的解决方案对控制第一环15和第二环20的旋转的阻尼的可能性有影响，但不改变先前描述的张紧器的一般操作。

图19和图20示出了张紧器52，其在下文仅在其与所描述的张紧器10不同的范围内进行描述，使用相同的附图标记来区分与已经描述的部件相同或对应的部件。

由于弹簧34是螺旋牵引弹簧，其相对于第一环15和第二环20相切地布置并且具有钩到相应的栓钉53、54的相应的钩形端部34a、34b，该栓钉53、54分别与第一环15和第二环20成一体并从其相应的外部径向附件55、56轴向延伸。

相对于张紧器10，第一环15承载的带轮23的位置和第二环承载的带轮27的位置是相反的，因为牵引弹簧34(而不是张紧器10中的压缩弹簧)确定了两个环15、20之间沿相反方向的相对旋转。弹簧34的作用在任何情况下总是产生弹力，该弹力趋向于保持带轮23、27与带8接触，从而在使用中保持带8中的预限定的张力水平。

通过对根据本发明生产的张紧器10、52的审视，其提供的优点是显而易见的。

特别地，由于使用分别由绕第一轴线旋转的第一环和由相对于第一环绕相对于第一轴线偏心的第二轴线旋转的第二环承载的张紧器滑轮，对于给定相同的扭矩传输能力，可以降低带的安装张力，而不会显著增加张紧器的总体尺寸和成本。

此外，当张紧器处于标称位置时，通过将第二轴布置在与缠绕角的等分线形成预限定角度的平面上，可以优化驱动器在电机的正扭矩条件和负扭矩条件下的操作。

Claims (20)

1.一种用于内燃发动机(2)的附件驱动器的张紧器，所述驱动器(1)包括连接到所述发动机(2)的驱动轴(4)的至少第一带轮(3)、连接到电机(7)的至少第二带轮(5)以及至少缠绕在所述第一带轮和所述第二带轮(3、5)上的带(8)，所述张紧器(10)包括：

-底座(11)，所述底座(11)配置为固定到所述电机的外壳(13)；

-第一环(15)，所述第一环(15)相对于所述底座(11)绕第一轴线(A1)旋转；

-第二环(20)，所述第二环(20)相对于所述第一环(15)绕不同于所述第一轴线(A1)的第二轴线(A2)旋转；

-第一张紧带轮(23)，所述第一张紧带轮(23)由所述第一环(15)承载并相对于所述第一环(15)绕其自身的轴线(PA1)旋转；

-第二张紧带轮(27)，所述第二张紧带轮(27)由所述第二环(20)承载并相对于所述第二环(20)绕其自身轴线(PA2)旋转；以及

-弹性装置(34)，所述弹性装置(34)作用在所述第一环和所述第二环(15；20)上以推动所述第一带轮和所述第二带轮(23、27)与所述带的相应跨度(8a；8b)接触。

2.如权利要求1所述的张紧器，其中，所述第二轴线(A2)位于所述第一环(15)内，并且当所述第一环(15)绕所述第一轴线(A1)旋转时，所述第二轴线(A2)绕所述第一轴线(A1)转动。

3.如权利要求1或2所述的张紧器，其中，所述底座(11)具有环形配置，并且其中所述底座(11)以及所述第一环和所述第二环(15；20)的内径大于所述第二带轮(5)的直径，使得所述张紧器(10)能安装在所述电机(7)上，而不会干扰所述第二带轮(5)。

4.如前述权利要求之一所述的张紧器，其中，所述底座(11)包括具有与所述第一轴线(A1)重合的轴线的环形轴环(14)，所述第一环(15)借助于第一衬套(16)能旋转地绕所述轴环(14)安装。

5.如权利要求4所述的张紧器，其中，所述第一环(15)具有圆柱形内表面(30)和偏心圆柱形外表面(31)，所述圆柱形内表面(30)与所述第一轴线(A1)同轴且围绕所述第一衬套(16)旋转，所述偏心圆柱形外表面(31)与所述第二轴线(A2)同轴，所述第二环(20)借助于第二衬套(21)能围绕所述第一环(15)的所述圆柱形外表面(31)旋转。

6.如前述权利要求之一所述的张紧器，其中，在标称条件下，穿过所述第一轴线和所述第二轴线(A1；A2)的平面相对于所述第二带轮(5)上的所述带(8)的缠绕角的等分线以度量的角度(α)倾斜，以便在所述电机(7)的正扭矩条件和负扭矩条件下平衡所述带(8)的紧绷跨度中的张力。

7.如权利要求6所述的张紧器，其中，所述角度是在所述第二带轮(5)上的所述带(8)的所述缠绕角(θ)的函数，其关系为：

α＝-0.2166θ+97.267+c,

其中α和θ以度(°)表示，并且c是包含在+10°和-10°之间的范围内的变量。

8.如前述权利要求之一所述的张紧器，其中，所述弹性装置包括至少一个弹簧(34)，所述弹簧(34)作用在所述所述第一环和所述第二环(15；20)之间。

9.如权利要求8所述的张紧器，其中，所述弹簧(34)为压缩弹簧，所述压缩弹簧具有相应的端部(34a、34b)，所述端部(34a、34b)容纳在分别与所述第一环和所述第二环(15；20)成一体的相应壳体(32、33)中。

10.如权利要求9所述的张紧器，其中，所述壳体(32、33)由相应的所述第一环和所述第二环(15、20)的径向附件组成并且限定相应的圆周通道(35)，所述圆周通道(35)在圆周地相反的端部处通过相应径向壁(36)来封闭，所述径向壁(36)限定用于所述弹簧(34)的相反端的相应肩部。

11.如权利要求8所述的张紧器，其中，所述弹簧(34)为压缩弹簧，所述压缩弹簧的端部(34a、34b)钩到相应的所述第一环和所述第二环(15、20)的附件并相对于所述环(15、20)相切地布置。

12.如权利要求5至11之一所述的张紧器，包括至少一个弹簧(43)，所述至少一个弹簧(43)在所述衬套(16、21)的至少一个上施加轴向载荷以阻尼所述环(15、20)的旋转。

13.如权利要求12所述的张紧器，其中所述轴向载荷作用在所述两个环(15、20)之一上，另一个环轴向插置于所述环的至少一部分和所述底座(11)之间。

14.如权利要求12所述的张紧器，其中，所述弹簧轴向插置于所述第一环和所述第二环之间并在所述环上施加相反方向的轴向载荷，所述环中的一个环(20)被推动抵靠在所述底座(11)并且另一个环(15)被轴向推动抵靠在与所述底座(11)成一体的肩部(44)。

15.如权利要求12所述的张紧器，包括两个弹簧(43a、43b)，所述两个弹簧(43a、43b)在相应的所述环(15、20)上施加相应的轴向载荷。

16.如前述权利要求之一所述的张紧器，其中，所述环(15、20)包括相应的第一接合装置(26、45)，用于限制所述环(15、20)之间的相对旋转。

17.如前述权利要求之一所述的张紧器，其中，所述环(15)和所述底座(11)包括相应的接合装置(47、48)，用于限制所述环(15)和所述底座(11)之间的相对旋转。

18.如前述权利要求之一所述的张紧器，包括锁定装置(49)，用于在相对安装位置中将所述第一环和所述第二环(15、20)成角度地彼此锁定，所述锁定装置(49)在安装之后是能释放的。

19.如权利要求17所述的张紧器，其中所述锁定装置(49)包括能插入所述第一环和所述第二环(15、20)的相应孔(50、51)中的销。

20.一种用于内燃发动机(2)的附件驱动器，包括连接到所述发动机(2)的驱动轴(4)的至少第一带轮(3)、连接到电机(7)的至少第二带轮(5)、至少缠绕在所述第一带轮和所述第二带轮(3、5)上的带(8)、以及如前述权利要求中任一项所述的张紧器(10)。

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