皮带张紧器的制作方法

专利名称：皮带张紧器的制作方法
技术领域：
本发明一般地说涉及张紧皮带传动系统的皮带的张紧器。具体地说涉及具有线性皮带轮位移的张紧器。本发明特别涉及具有机械阻尼机构的线性位移张紧器。
背景技术：
众所周知用于内燃机的辅助皮带传动系统的动力传动带张紧器既有弧形皮带轮位移又有直线皮带轮位移。在某些情况下，这得益于线性位移张紧器(即其与动力传动带接触的张紧皮带轮基本沿直线轨迹位移的张紧器)。在福斯特的4,634,408号美国专利中就可以找到这种直线位移张紧器。该号专利说明了一种在液体阻尼机构周围安装若干弹簧的比较复杂的张紧器结构。而且，安装张紧轮的支架与一个导轨接合，所述导轨用一个球和一个导轨支承结构限定所述支架使之有两度的自由活动度。其中使用液体，引起人们产生液流漏泄的忧虑。该专利说明的液体装置明显不是很紧凑的。因而，所述张紧器似乎比较大。相对大量的部件使得成本增加，结构复杂。而且，对通过支承张紧轮的支架的寄生力矩没有补偿，正是这种没有补偿而不是所述球和导向装置支承结构的效果，使所述支架有扭转的可能。
因此，一直需要有一种简单、紧凑、耐用和不用液体的线性位移张紧器。

发明内容
本发明的目的是提供一种简单、紧凑的线性位移张紧器。
本发明的另一目的是提供一种具有不平衡阻尼性能的机械阻尼机构的线性位移张紧器。
本发明的再一目的是提供一种能延长使用寿命改善运作具有不平衡阻尼性能的机械阻尼机构的线性位移张紧器。
为了达到本发明的上述目的以及其他目的，本发明提供一种改进了的张紧动力传送带的张紧器，包括导轨；安装得可在所述导轨上滑动并有两个运动自由度的支架；可旋转地安装于所述支架上用于与所述动力传送带接合的皮带轮；对所述支架在所述导轨的纵长方向施加偏力的弹簧；根据所述支架相对于所述导轨的移动改变所述弹簧施加的偏力的阻尼机构，这种改进包括所述阻尼机构有一个在配置上对所述支架和所述导轨有不对称阻尼关系的导向板；所述阻尼机构还有与所述导轨的第二摩擦承受面接合的第一摩擦承受面。


附图显示本发明的优选实施例并与说明书一起解释本发明的原理，这些附图附加于说明书并成为说明书的一部分，其中相同的标号表示同一零件，附图中图1是辅助皮带传动系统的张紧器优选实施例的示意图；图2是张紧器优选实施例的底视透视图；图3是张紧器优选实施例部分切开后的顶视透视图；图4是张紧器优选实施例一部分的透视图的放大图；图5也是张紧器优选实施例一部分的透视详图的放大图；图6是图3沿6-6线切开的部分断面图。
具体实施例方式
图1画的是汽车内燃机的一个典型的辅助传动系统10，本发明的皮带张紧器26可以使用于其中。然而，它并不限于用在汽车上。相反，它可以用于具有动力传送带传动装置传送动力的任何内燃机，这样做都会得益于安装了本发明的张紧器26。所示的发电机轮14安装于交流发电机12上。系统10包括发电机轮14、动力转向泵轮18、水泵轮20、曲轴轮22、动力传送带24和皮带张紧器26。皮带张紧器26包括用于封盖导轨28端部并作为直接或间接连接内燃机(未绘出)的安装点的第一端部支座30和第二端部支座32。
根据图示，皮带张紧器26通过皮带张紧器轮48与动力传送带24接触，皮带24沿“皮带运行”箭头所示正常方向运行时皮带张紧器轮48位于离皮带24从曲轴轮22出来不远的地方。在系统10正常运转时，这段距离的皮带张紧最少。这是最典型的位置。根据具体应用的要求也可以选择其他的地方。
张紧器轮48沿导轨28作线性运动，下面将作详细论述。上述线性运动的轨迹最好与有张紧器26时其两侧的轮(在这一情形下是发电机轮14和曲轴轮22之间)之间的皮带紧绷着相应的拉线的轨迹垂直。这一方向使得皮带有任何偏移时张紧器轮48移动量最小，从而，减少导轨28的必要长度，使得皮带张紧器26整体上更紧凑，并改善皮带张紧器26内的各种力的关系使皮带张紧器内部特点能有最佳耐久性。然而，在某些情况下不允许这种定向。但即使在这些情况下，仍然可以获得满意的结果。
现在参照图2-6说明张紧器26的内部特点。在本优选实施例里，第一端部支座30有为了把张紧器26固定到发动机而接纳连接零件(未绘出)的第一连接孔42。第二端部支座32有为了把张紧器26固定到发动机而接纳连接零件(未绘出)的第二连接孔44。可以看到第一端部支座30具有第一连接孔42的部分和第二端部支座32具有第二连接孔44的部分各自伸出皮带张紧器轮48之外并且其下表面大致与皮带张紧器轮48的下表面持平。然而，可用任何构形，其中第一和第二端部支座30和32固定到发动机而支承导轨28与动力传送带24之间的相对方向合适。
导轨28有支架支承槽58和阻尼槽60。支架46(详见图4和图5)包括支架支承座56，而支架支承座56又置于支架支承槽58内。张紧器轮48以螺栓50可转动地连接于支架46，并通过包括座圈52和滚珠54的滚珠轴承组件装轴颈在螺栓50上。支架46还包括角座62，该角座可以整体铸造也可以用零件组装。导向板66置于支架46之上并骑跨角座62，从而使导向板66能在角接头64处滑过角座62。导向板66包括导向板支座68，该支座置于阻尼槽60内。导向板66有可以移动的弹簧挂环70，弹簧第一钩80挂于其上。弹簧第二钩82位于弹簧72的另一端并挂于固定的弹簧挂环74上。弹簧挂环74是第二端部支座的一部分。
一旦张紧器轮与包括座圈52和滚珠54的轴承一起被螺栓连接于支架46，即把支架支承座56固定到位，附有导向板支座68的导向板66也就位于支架46(支架组件71)上，弹簧72与可移动的弹簧挂环70连接，支架组件71插入导轨28。支架支承座56与支架支承槽58配合，形成低摩擦接合，实际上只允许组件在导轨28内纵向移动。支架支承座56与支架支承槽58之间的关系限定支架组件71只有两个运动自由度。
把第一、第二端部支座30、32和第一、第二端盖34、36放于导轨28的端部上。然后使紧固零件(未绘出)分别穿过第一、第二端盖的接合孔38、40，拧入第一、第二端部支座30、32和导轨28的螺纹孔，把所有5个部件连接在一起。再把弹簧第二钩挂到固定的弹簧挂环74上，完成张紧器26的组装。导轨28的长度的选择一般要能满足系统10的变化状态对支架组件71移动的全范围的需要。然而，第一端部支座30可以有制动功能，限制支架组件71源于张紧器有限移动的纵向运动。在这种情况下，可以在第一端部支座30和支架组件71上增加制动器。另外，导轨28的尺寸相应地确定。
随后把张紧器26固定到发动机上。支架组件71被限制在或接近其运动的极限，使弹簧72伸长，并如图1所示的那样使皮带24能围绕包括发电机轮14、动力转向泵轮16、空气调节压缩器轮18、水泵轮20和曲轴轮22在内的各工作轮以及张紧器轮48。
参看图6，一当皮带24这样绕好后，对支架组件71的限制解除，允许弹簧72的弹力A能通过张紧器轮48传到皮带24。应该注意，与所述各力相关的箭头表示的是其大致的方向和地点而不是大小。而且，为了简化说明并易于理解张紧器26内的重要操作，诸如调平力D、E之类实际上可能分布于一个区域或若干部件的各种力都表示为在某一个点上。因此，动力传送带24就有了静张力。这样动力传送带24就在轮48上产生皮带力B。力A和力B之间的差C引起能使支架组件71扭转的附加力矩。这个附加力矩又在支架支承座56和支架支承槽58之间的接触点引发调平力D、E，这种调平力会阻止支架组件71的连续扭转超出支架支承座56和支架支承槽58之间的间隙。
在系统10运行期间，静张力由于弹簧72的作用得以保持。静张力是张紧器26借助于张紧器轮48在皮带张紧方向上偏压而而对动力传送带24施加力的结果，其效果是强制动力传送带24绕轮14、16、18、20、22、24和48等所有皮带轮运行的距离拉长。如果假定让皮带轮14、16、18、20、22、24和48各自自由转动，各跨度之间的张力会一样，和是静张力。然而，14、16、18、20和22等各工作轮的可变力矩使得与张紧器轮48接触的那段皮带上的张力摆动变化。支架组件71会作出相应的反应。在大量使用中，这会导致由静张力而来的动张力达到不可接受的程度，因而系统10性能较低。动张力是加在各皮带轮14、16、18、20、22和24的转矩和各种不平衡的影响以及张紧器26对这些影响作出的反应而改变静张力的结果而加在整个带24上的张力。
(系统10)性能低的问题是通过对张紧器26阻尼解决的。不对称阻尼对于补偿张力摆动特别有效。总的说来，不对称阻尼就是支架组件71在一个运动方向的阻尼水平与其相反运动方向的阻尼水平有很大差异。对于本优选实施例，支架组件71沿皮带松弛方向运动时的阻尼大于支架组件71沿张紧方向运动时的阻尼。
在附图所绘优选实施例里，张紧器26的阻尼是由包括阻尼槽60、弯板62、角接头64、导向板66和导向板支座68在内的阻尼元件提供的。参看图6，支架组件71向左移动，是向动力传送带松弛方向移动。向右移动是向其张紧方向移动。
系统10装配完但尚未运行时，支架组件71是静止的，弹簧72是部分伸展的。弹簧力A和皮带力B处于平衡状态。弹簧力A变为弹簧力A’以及其纵向分力A”和横向分力A传到角接头64并引起反弹簧力AA’以及其纵向分力AA”和横向分力AA。反横向分力AA迫使导向板摩擦支承面76与导轨摩擦支承面78接合。这又引起向下的力F。
一旦系统10开始工作，动张力就会改变皮带力B并使支架组件71移动。在此期间当皮带力B增加并使支架组件71在皮带松弛方向移动，就会在导向板摩擦承受面76与导轨摩擦承受面78之间的界面产生摩擦。这种摩擦产生松弛阻尼力G。此力传到角接头64并与弹簧力A汇合增大纵向分力A”。这又间接增大反横向分力AA和向下的力F，这是说说明导向板摩擦承受面76与导轨摩擦承受面之间界面的接合力增加了的另一种方式。这一增加又建立起增加松弛阻尼力G的反馈环。总之，阻尼摩擦力增加，这时支架组件71被迫向皮带松弛方向移动。反之则向皮带张紧方向移动。
在所示优选实施例里，角接头64的角X约为45°。可以调整角X改变阻尼不对称的程度以适应各种用途。角X接近90°时，不对称接近零。不对称随着角X的减小而上升。然而，由于机构咬住或结构完整性的变差，角X的角度有小到张紧器不起作用的值。
弯板62相对于支架46的纵向移动对支架支承座56的磨损模式及寿命很重要。如上所述，绕力矩C作用的弹簧力A和皮带力B在支架组件71上产生附加力矩，在图6内为顺时针方向。这一力矩为第一和第二调平力D和E抵消。支架组件71在动张力或动张力与调平力D、E一起作用下的移动成为支架支承座56磨损的预告。忽略向下的力F和横向分力A的作用，可以看到支架支承座56的最大磨损发生于调平力D和E落到支架支承座56上的那些点。支架支承座56磨损最大的是右下边和左上边。这种磨损随着时间的推移趋向于可以让支架组件71在导轨28内扭转。这种扭转趋向于汇聚各种磨损模式，进一步加剧磨损的不均匀，并加快发生不均匀磨损的速度。
弯板62配置的位置决定向下的力F和横向分力A所在的地点。如果把弯板62置于支架支承座56上，从而横向分力A的位置与支架支承座56的最右边缘一致，那么前面关于忽略向下的力F和横向分力A作用的讨论就可以用于张紧器26。然而弯板62越是向支架支承座的左边配置它就越取代第二调平力E的作用。这种效果在两方面具有重要意义。其一，第二调平力E完全为横向分力A所取代时，支架支承座56左上部磨损增加的趋向基本消除。其二，只是在支架支承座56与支架支承槽58接触时第二调平力才存在。因此，因为磨损的发生，支架46扭转增加的问题早在第二调平力E参与在支架支承槽58内调平支架46之前就存在。横向分力A不依赖于这种方式，只要弹簧力A存在它就存在。因而，只要横向分力A位于支架支承座56右下边沿之左，弹簧力A又存在，横向分力A就会起调平支架46的作用，趋向于使支架46与导轨28持平，趋向于消除不均匀磨损而延长支架支承座56的使用寿命。横向分力A越向左移，效果越明显。
可以设想，弯板62可以置于支架46的左右两端之间的任何地方，甚或超出其所示纵向范围之外，和达到张紧器。然而，优选地是把弯板62配置于通常与支架支承槽58接触的支架支承座56的下部磨损均匀的某个地点。这要随下列因素而变化弹簧力与皮带力的力矩C的大小、阻尼力G和H的位置和大小、支架支承座56的长短、支架支承座56与支架支承槽58之间的摩擦系数、角X的大小、角接头64上的摩擦系数、角接头64表面积的大小以及其他因素。
导向板摩擦承受面76和导轨摩擦承受面78的形状影响阻尼力G和H的大小和配置。在所示优选实施例，这两个面是截头嵌套V形，不仅控制摩擦以影响力G和H而且起导轨28与导向板66之间的纵向对准的作用。可以设想有其他各种形状，包括嵌套V形、复式嵌套V形和截头嵌套V形。也可以设想基本为长方形。
为了在角接头64控制摩擦，角接头64的各表面可以选择不同的形状和外表。在所示优选实施例里，各表面是平的，基本上是长方形。使各表面类似于带V形肋的皮带和相关的皮带轮的工作面而呈嵌套V形或复式嵌套V形，可结合使用，控制角接头处的摩擦性能。单式或复式嵌套V形还可以提供支架46与导向板66之间纵向对准的功能。角接头64上可以插放各种轴承结构，包括减磨材料、润滑剂、滚珠轴承组件或滚柱轴承组件(未示出)。即使那些横过角接头64把弯板62和导向板66分隔开从而减少摩擦和磨损的平行摇臂组件也可以安装于弯板62和导向板66侧边的适当地点。虽然这些办法都可以控制摩擦和磨损，但也增加复杂性和开支，是否适当视具体情况而定。
如果选择更为复杂更为昂贵的轴承组件，例如球轨式轴承，代替简单而又便宜的支架支承座56，弯板62纵向配置的效果就不明显了。然而，可以影响所选轴承的总的寿命和工作的平滑。
总之，附图所示优选实施例可使张紧器紧凑，线性移动。包含机械阻尼装置而不是液压阻尼装置，使之体积又小又避免了含有液体的缺点。其机械阻尼机构先进到了能在很大的不对称范围内不对称阻尼，并能在导轨28和支架46的界面没有复杂而又昂贵的轴承的情况下，延长张紧器26总的使用寿命的程度。
张紧器26显示于一个优选实施例里，包含位于阻尼槽60内直接在第二端部支座32和导向板66之间在张力下工作的弹簧72。然而，对于那些要求减少张紧器26总长度的情况，弹簧72可以位于阻尼槽60的外面，用索缆和轮或其他机构把拉伸弹簧力从阻尼槽60的外面传到阻尼槽60的里面达到弹簧挂环70。这样做最能使弹簧72的长度与支架组件71的整个纵向尺寸重合，从而缩短导轨28的必要长度，也就缩短了张紧器26。
可以在阻尼槽60内也可以在阻尼槽60外安装扭转弹簧，取代所示张力弹簧72。只需通过索缆连接或其他已知机构把扭转弹簧的转动变为线性运动即可。另外，也可以在第一端部支座30的右边和导向板66的左边建立邻接关系以支撑压力弹簧而不妨碍有关阻尼不对称和磨损方式改进的重要的力的关系。所述压力弹簧既可以用于增强也可以用于取代张力弹簧72。
本发明的上述说明和所述各实施例已经示于附图上并已经在各种变形和可采用实施例中详细论述。可是，应该理解，对本发明的上述说明只是举例而已，本发明的范围只是相对现有技术而说明的本发明的权利要求的限制。而且，这里说明的本发明也可以没有在这里没有专门说明的元件的情形下予以实施。
权利要求
1.一种改进了的张紧动力传送带的张紧器，包括导轨；安装得可在所述导轨上滑动并有两个运动自由度的支架；可旋转地安装于所述支架上用于与所述动力传送带接合的皮带轮；对所述支架在所述导轨的纵长方向施加偏力的弹簧；根据所述支架相对于所述导轨的移动改变所述弹簧施加的偏力的阻尼机构，这种改进包括所述阻尼机构有一个在配置上对所述支架和所述导轨有不对称阻尼关系的导向板；所述阻尼机构还有与所述导轨的第二摩擦承受面接合的第一摩擦承受面。
2.按照权利要求1的张紧器，其特征在于所述不对称阻尼关系是所述导向板与所述支架在机械上相联并在所述支架在一度的活动范围内移动时被推向所述导轨。
3.按照权利要求2的张紧器，其特征在于所述机械上的相联包括所述支架与所述导向板之间的角接头。
4.按照权利要求2的张紧器，其特征在于所述机械上的相联包括所述支架与所述导向板之间的至少一个摇臂。
5.按照权利要求2的张紧器，其特征在于所述机械上的相联包括所述支架与所述导向板之间的枢轴。
6.按照权利要求1的张紧器，其特征在于所述导向板在机械上直接与所述弹簧相联。
7.按照权利要求1的张紧器，其特征在于所述阻尼机构包括扭矩补偿。
全文摘要
本发明是一种改进的张紧动力传送带的张紧器。张紧器包括导轨；安装得可在所述导轨上滑动并有两个运动自由度的支架；可旋转地安装于所述支架上用于与所述动力传送带接合的皮带轮；对所述支架在所述导轨的纵长方向施加偏力的弹簧；根据所述支架相对于所述导轨的移动改变所述弹簧施加的偏力的阻尼机构。改进是以具有一个在配置上对所述支架和所述导轨有不对称阻尼关系的导向板的阻尼机构实现的。而且，所述导向板有与所述导轨的第二摩擦承受面接合的第一摩擦承受面。
文档编号F16H7/08GK1537205SQ01816750
公开日2004年10月13日 申请日期2001年10月1日 优先权日2000年10月3日
发明者亚历山大·塞基, 亚历山大 塞基 申请人:盖茨公司