张紧器的制作方法

专利名称：张紧器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种张紧器，尤其涉及一种具有再锁定停止机构的张 紧器，当释放时所述停止机构允许枢转臂从安装位置移动到最佳工作 位置，在皮带传动系统中的负载反向期间，所述停止机构也防止枢转 臂沿反向方向移动超出预定范围，所述再锁定停止机构可以被再锁定 到安装位置用于皮带更换。
背景技术：
偏心张紧器用于将负载施加到包括同步皮带或带齿皮带的动力传 输皮带。例如，带齿皮带在发动机凸轮传动上用于动力传输和定时目 的。张紧器用于施加适当的皮带负载，所述皮带负载又保证了皮带传 动系统的正确操作，张紧器和皮带是皮带传动系统的一部分。
这样的张紧器通常包括扭簧和偏心枢转臂，所述偏心枢转臂形成 杠杆臂以将弹簧负载施加到皮带。
在发动机的使用寿命期间，带齿皮带由于磨损和其他因素将稍稍 改变长度。该情况必须由张紧器调节。
另外，在负载反向期间，例如在发动机减速期间，张紧器必须能 够防止皮带变得过度松弛，这会导致被称为"渐进，，的情况，在该情况 下皮带会在系统中的链轮的齿上"跳跃"。这可以导致发动机定时的灾 难性变化和皮带的过早损坏。
棘轮和掣爪系统用于防止张紧器的枢转臂在负载反向期间过度反沖。
一旦被释放，棘轮和掣爪系统可以被再锁定。
本领域的典型是Holtz的美国专利No.4，808，148 ( 1989),其公开
了 一种皮带张紧装置，所述装置包括连接惰轮轮毂和固定安装元件的 弹性联接器。棘轮和掣爪机构连接该轮毂和固定安装元件以防止在高 皮带负载期间皮带克服张紧装置的偏压力。弹性偏压元件例如弹性体 元件位于棘轮和掣爪机构与固定安装元件之间以允许惰轮轮毂有限地 移动离开皮带，以便緩解例如在发动机机体的热膨胀期间导致的皮带 张力。

发明内容
需要的是一种具有再锁定停止机构的张紧器，当释放时所述停止 机构允许枢转臂从安装位置移动到最佳工作位置，在皮带传动系统中 的负载反向期间，所述停止机构也防止枢转臂沿反向方向移动超出预 定范围，所述再锁定停止机构可以被再锁定到安装位置用于皮带更换。 本发明满足该需要。
本发明的主要方面是提供一种具有停止机构的张紧器，当释放时 所述停止机构允许枢转臂从安装位置移动到最佳工作位置，在皮带传 动系统中的负载反向期间，所述停止机构也防止枢转臂沿相反方向移 动超出预定范围，所述再锁定停止机构可以被再锁定到安装位置用于 皮带更换。
本发明的其他方面将通过本发明的以下描述和附图被指出或变得 显而易见。
本发明包括一种张紧器，所述张紧器包括具有带齿部分的底座、 与所述底座可枢转地接合的枢转臂、轴颈安装到所述枢转臂的滑轮、 布置在所述底座与所述枢转臂之间用于沿第一方向偏压所述枢转臂的 弹簧、布置在所述枢转臂上并且与所述底座接合的机构，所述机构包 括可旋转的带齿轮的元件和接合在所述带齿轮的元件与所述枢转臂之 间的第二弹簧，第二弹簧沿第一方向偏压所述枢转臂，并且所述带齿 轮的元件具有无齿部分，当所述无齿部分与所述带齿部分接合时，它
4防止所述枢转臂沿着与第一方向相反的方向大幅旋转。


包含在说明书中并且形成说明书的一部分的附图示出了本发明的 优选实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。 图l是张紧器的横截面图。
图2是张紧器的分解图。 图3是停止机构的平面详图。 图4是停止机构的顶透视图。 图5是张紧器的顶透视图。
图6是显示在不包括扭簧31的影响的情况下扭矩与枢转臂角之间 的滞后关系的图表。
图7是显示仅仅在没有弹簧30的影响的情况下对于扭簧31而言 的扭矩与枢转臂角之间的滞后关系的图表。
图8是显示对于弹簧30和弹簧31的组合而言的扭矩与枢转臂角 之间的滞后关系的图表。
图9是备选实施例的分解图。
图IO是图9中.的备选实施例的横截面图。
图ll(a)、 ll(b)和ll(c)均是枢转臂200的透视图。
图12是带有部件的底座的透视图。
图13(a)是枢转臂的右透视图。
图13(b)是枢转臂的左透视图。
图14是弹簧的透视图。
图15是备选实施例的横截面图。
图16是备选实施例的横截面图。
图17是备选实施例的横截面图。
具体实施例方式
图l是张紧器的横截面图。张紧器包括连接到套管60的底座10。
5紧固件可以布置在套管60中的孔65内并且通过其突出。紧固件用于 将张紧器100连接到安装表面，例如发动机机体表面。在该实施例中， 紧固件70包括螺栓。
枢转臂20围绕轴承63的外表面61可枢转地接合。轴承63设在 套管60和枢转臂20之间。轴承63包括低摩擦材料例如尼龙或PTFE。 位于套管60的顶端64上的密封圆盘62防止碎屑进入套管60、轴承 63和枢转臂20之间。法兰21围绕枢转臂20的底部延伸以重叠在底 座10上，由此防止碎屑进入张紧器。
扭簧30接合在底座10与枢转臂20之间。扭簧30沿预定方向偏 压枢转臂20以便向例如可以用在皮带传动系统中的皮带(未显示)适 当地施加弹簧负载。
滑轮50通过轴承40可旋转地接合到枢转臂20。轴承40在该实 施例中包括球轴承。轴承40包括内圈41和外圏42。内圈41与枢转 臂20的表面21结合。外圏42与滑轮50接合。
皮带支承表面51是用于接合皮带(未显示)的平面。滑轮50的 旋转轴线C2从枢转臂20的旋转轴线Cl偏心地偏移距离D。
柱杆80穿过枢转臂20插入。柱杆80与枢转臂的旋转轴线C2平 行对准。柱杆80可以被允许旋转。进一步地，当枢转臂20围绕套管 60枢转时，枢转臂20沿弧线移动。带齿轮的元件90连接到柱杆80 的末端，使得当柱杆80被转动时，带齿轮的元件卯也转动。柱杆80 可以通过使用插入接收部分22中的六角套筒被转动。
带齿轮的元件90包括带齿部分91。带齿部分91包括沿着带齿轮 的元件90的外边缘具有齿轮图案的齿。
底座IO包括沿着部分13的内表面布置的带齿部分11。带齿部分 11在部分13上延伸预定距离。
扭簧31接合在枢转臂20与带齿轮的元件90之间。扭簧31沿预 定方向偏压带齿轮的元件90以促进带齿部分91与带齿部分11接合。 弹簧31也有助于通过张紧器施加到皮带的张紧器弹簧负载。
图2是张紧器的分解图。柱杆80与枢转臂20接合。带齿轮的元
6件90可旋转地接合到柱杆80的末端。部分13连接到底座10。
销14与枢转臂20接合。销14通过枢转臂20突出以接合带齿轮 的元件90。销14包括可拆卸元件，该可拆卸元件用于相对于底座暂 时固定枢转臂的安装位置。在张紧器被安装之后，通过拉动末端15 从枢转臂卸除销14。销14的卸除允许枢转臂移动到工作位置。枢转 臂20的移动也导致带齿轮的元件90与枢转臂20 —起沿弧线移动。
图3是停止机构的平面详图。部分13包括带齿部分11。带齿部 分11具有弓形形状并且沿着部分13的内表面布置。
带齿轮的元件90包括带齿部分91和无齿部分92。带齿部分91 具有弓形形状并且沿着带齿轮的元件卯的外圓周部分延伸。带齿轮的 元件90的其余部分不具有任何齿。带齿部分91延伸通过大约90°的 弧形。
位置"a"显示了处于安装位置的带齿轮的元件卯。在"a"位置中， 销14与如图2所述的枢转臂20和带齿轮的元件90接合。无齿部分 92朝着带齿部分11定向。即，销14相对于带齿部分11暂时固定带 齿元件90的位置。
当销14被卸除时发生两个事件。首先，这允许带齿元件90通过 扭簧31的操作沿方向"R，，旋转。然而，带齿元件90仅仅旋转到允许 带齿部分91与带齿部分ll接触的程度。其次，枢转臂20沿方向R2 自由枢转，由此导致柱杆80沿弧线移动。枢转臂的移动导致张紧器对 皮带(未显示)施加负载。因此，销14相对于底座暂时固定枢转臂的 位置，并且相对于带齿部分11暂时固定带齿轮的元件90的位置，每 个处于预定位置。
枢转臂20的移动继续使得带齿轮的元件90移动到热工作位置。 热工作位置在"d，，和"b，，之间大致布置在"c"。为了以该方式移动，带齿 轮的元件90的带齿部分91在带齿部分11上渐进(ratchets over )，由 此使得传动中的几何公差的自动调和成为可能。
随着发动机的启动，张紧器执行它的功能，即，将恒定张力(负 载)施加到皮带传动中的皮带。在该位置时，带齿轮的元件90与带齿部分11主动接触。这意味 着弹簧31的弹簧刚度有助于正由弹簧30提供的张紧器的总弹簧刚度 和操作特性。
当皮带传动系统中出现负载反向时，例如在车辆的减速期间，皮 带将暂时变得松弛，导致短暂时期，在该时期枢转臂20将由扭簧30 推动以朝着安装位置"a，，后移。然而，枢转臂沿反向方向的大幅移动通 过无齿的部分92特别是突出部93与带齿部分11在位置"b，，的接合被 防止，因此产生带齿轮的元件卯与底座IO之间的干涉，所述干涉又 停止枢转臂20的旋转。这停止枢转臂20的枢转运动朝着位置"a，，作任 何进一步的前进。通过在位置"b，，停止枢转臂20的枢转运动，防止皮 带变得不必要地松弛，不然可能导致皮带在曲轴链轮(未显示)"渐进 (ratchet)，，。
当皮带在操作期间磨损时，张紧器可以在带齿轮的元件的带齿部 分91与带齿部分11之间通过"跳跃功能"自动跟随皮带，由此连续地 限定在位置"d"和"b"之间的新的标称工作位置和范围。
枢转臂20可以从操作位置"c，，释放，例如因此可以通过使用与柱 杆80的部分22接合的六角套筒改变皮带。通过使用六角套筒旋转柱 杆80使带齿轮的元件90从它与带齿部分11的干涉旋松到在位置"d" 显示的取向。枢转臂20然后可以被允许旋转回到安装位置"a"，在该 位置柱杆和带齿轮的元件90被允许再次旋转到位置"a"。然后当销14 被插入枢转臂20、带齿轮的元件90和底座10之间时张紧器被锁定到 安装配置。
图4是停止机构的顶部透视图。停止机构200包括带齿轮的元件 90、柱杆80、部分13和带齿部分11。停止机构200也包括扭簧31。 停止机构包含在扭簧30的圆周(直径)内，由此使张紧器在尺寸上紧 凑。
销14用于相对于带齿部分暂时固定带齿轮的元件90的位置。 图5是张紧器的顶部透视图。销14被显示成从在安装位置的枢转 臂20突出。密封圆盘62防止碎屑进入轴承63与枢转臂20之间以及图6是显示在不包括扭簧31的影响的情况下扭矩与枢转臂角之间 的滞后关系的图表。该图表显示了仅仅对于弹簧30自身扭矩与枢转臂 角的比较。曲线展示了当在使用的唯一弹簧是弹簧30时枢转臂(角) 的相对宽的活动范围。方程和变量在图8中被阐述。
图7是显示在没有弹簧30的影响的情况下仅仅对于扭簧31而言 的扭矩与枢转臂角之间的滞后关系的图表。
图8是显示对于弹簧30和弹簧31的组合而言的扭矩与枢转臂角 之间的滞后关系的图表。该图表显示了曲线C,该曲线是对于使用张 紧器弹簧30 (曲线A)与扭簧31 (曲线B)的组合而言的张紧器扭矩 与枢转臂角的比较。由于在张紧器的正常操作期间，带齿轮的元件90 与带齿部分ll工作接触，弹簧31将弹簧力贡献给由弹簧30施加的皮 带负载。
曲线A示出了当在使用的唯一弹簧是弹簧30时枢转臂(角)的 相对宽的活动范围。曲线B示出了在弹簧30和弹簧31的组合工作的 情况下枢转臂的相对窄的运动范围。张紧器的枢转臂工作范围为大约 30°至大约150°，这是枢转臂与一个位置相比较的运动的总范围，在所 述位置中枢转臂处于最小弹簧负载，即，接合在止动件上。 一旦张紧 器在工作并且滑轮50与皮带传动系统中的皮带接合，在所述更大包络 角30。-150°内的枢转臂的工作运动范围为大约20。至大约40。。由弹 簧30和弹簧31的组合力生成的扭矩仅仅在下至大约20。的较窄角范 围上提供与仅仅使用弹簧30的张紧器基本相同的扭矩。
下面是为了举例说明而不是为了限制本发明的范围举出的例子。
标引符号"l"指的是弹簧30。
标引符号"2"指的是弹簧31。
标引符号"t"指的是弹簧30和弹簧31的组合。
"C"是弹簧刚度。
"M"是额定扭矩。
"i"是传动比，其是对于枢转臂20的每个完整的360。旋转而言，带齿部分91的理论旋转数。
弹簧刚度范围(弹簧30)=大约0.02 Nm/度至大约0.1 Nm/度。 弹簧刚度范围(弹簧31)=大约0.001 Nm/度至大约0.06 Nm/度。 传动比"1"=大约3:1至大约5:1。 示例计算
对于每个弹簧30、 31而言，枢转臂的额定扭矩"M"。
Mfl.7Nm (图6)
在图6中Mi的范围为大约士0.5 * Mi
M2 = 0.15 Nm (图7)
在图7中M2的范围为大约士0.5 * M2
i = 4:l
Mt = ]Vd + i * M2 (图8 )
Mt = 2.3 Nm (图8 )
在图8中Mt的范围为大约士0.5 * Mt
上曲线，图8
Clu =弹簧刚度(弹簧30 ) = d = 0.054 Nm/度
C2u =弹簧刚度(弹簧31) = C2 = 0.0058 Nm/度
Clu = 1.5*d
Clu = 0.081 Nm/度
C2u = 1.5 * C2
C2u = 0.0087 Nm/度
Ctu = 1.5 * Clu + i * 1.5 * C2u (上曲线) Ctu = 0.081 Nm/度+ 4 * 0.0087 Nm/度 Ctu = 0.1158 Nm/度 下曲线，图8
Cld =弹簧刚度(弹簧30 ); d = 0.054 Nm/度 C2d=弹簧刚度(弹簧31); C2 = 0.0058 Nm/度 Cld = 0.5 * d Cld = 0.027 Nm/度
10C2d = 0.5 * C2
C2d = 0.0029 Nm/度
Ctd = 0.5 * Clu + i * 0.5 * C2u (下曲线) Ctd = 0.027 Nm/度+ 4 * 0.0029 Nm/度 Ctd = 0.0386 Nm/度
所述的两个弹簧的使用允许张紧器具有微调到特定应用的特性。 例如，每个弹簧的弹簧刚度可以被选择以增强张紧器的阻尼能力，由 此减小张紧器的总运动范围中的运动"尖峰"的幅度。
图9是备选实施例的分解图。该备选实施例除了以下区别之外与 图1-8中所述相同。
部分130包括带齿部分110。带齿部分110具有弓形形状并且沿 着部分130的内表面布置，参见图12。
带齿轮的元件900包括带齿部分910和无齿部分920，参见图11。 带齿部分910具有弓形形状并且沿着带齿轮的元件900的外圆周部分 延伸。带齿轮的元件900的其余部分不具有任何齿。带齿部分910延 伸通过大约90。的弧形。
带齿轮的元件900连接到柱杆80的末端。齿轮弹簧300与枢转臂 200接合。
枢转臂200与套管60可旋转地接合并且由此与底座IO接合。弹 簧30接合在枢转臂200与底座10之间。
图IO是图9中的备选实施例的横截面图。弹簧300与带齿轮的元 件900接合。带齿轮的元件900接合部分130。
图ll(a)、 ll(b)和ll(c)均是枢转臂200的透视图。在图ll(a)中， 带齿轮的元件900连接到柱杆80的末端。弹簧300的部分303围绕套 管60以便将弹簧300保持在适当位置。柄脚305和304 (参见图14 ) 接合枢转臂200以将弹簧300保持在适当位置。柄脚305从弹簧300 延伸以接合带齿轮的元件900。柄脚301接合带齿轮的元件900并且 由此在带齿轮的元件900上和由此在柱杆80上施加轴向力。柄脚302 和306均在基本相对侧延伸以接合带齿轮的元件卯0。在图ll(b)中，成从图ll(a)逆时针旋转，由此导致突出部 911接合柄脚302。柄脚302在突出部911上施加弹簧力以推动带齿轮 的元件900沿顺时针方向旋转。在图ll(c)中，带齿轮的元件900净皮显 示成从图ll(a)顺时针旋转，由此导致突出部912(未显示)与柄脚306 接合。柄脚306在突出部912上施加弹簧力以推动带齿轮的元件卯0 沿逆时针方向旋转。
带齿轮的元件900的旋转将导致带齿部分910根据带齿部分910 与带齿部分110的关系接合或脱离带齿部分110。齿轮部分900也可 以通过使用与接收部分22接合的工具被旋转。
图12是带有部件的底座的透视图。带齿部分910与带齿部分110 可接合。当枢转臂200围绕套管60枢转时，带齿部分910随着柱杆 80旋转并且沿着带齿部分110而行。柱杆80和由此带齿轮的元件900 可以通过使用插入接收部分22中的六角套筒被转动。
图13(a)是枢转臂的右透视图。弹簧300与枢转臂200接合。
枢转臂200也包括布置在柱杆80和带齿轮的元件90的位置的两 侧的止动件201和202。柄脚302延伸到邻近止动件201的位置。
图13(b)是枢转臂的左透视图。
图14是弹簧的透视图。部分303是基本圆形的。它也是基本平的， 以便最小化围绕套管60在枢转臂200与底座10之间占据的空间。柄 脚301突出到部分303的平面之上以接合带齿轮的元件900。柄脚304 和305通常从部分303的平面延伸。
柄脚306和柄脚302布置在带齿轮的元件900的相对两侧。柄脚 302和306与柄脚301配合延伸并且与其合作以接合带齿轮的元件 900。当与带齿轮的元件900接合时柄脚302和306均施加弹簧力。
弹簧300包括任何合适的弹性材料，包括但不限于塑料或弹簧钢。
图15是备选实施例的横截面图。带齿轮的元件900的带齿部分 910与部分130的带齿部分110接合。突出部911与止动件202可接 合。突出部911布置在其中的平面使突出部911根据带齿轮的元件900 的旋转方向可与止动件202或止动件201接合。
12突出部912从带齿轮的元件卯0的相对部分延伸。突出部912可 与柄脚302接合。突出部912布置在其中的平面低于突出部911的平 面，使得突出部912不会与止动件201或202接触。图15显示了与止 动件202接合的突出部911，这是枢转臂200的最大旋转位置，因此 是最大扭矩位置。
图16是备选实施例的横截面图。在该图中，突出部911与止动件 201和柄脚302接合。带齿部分910从带齿部分110完全脱离。枢转 臂200的位置可以由在该位置中的齿轮部分900重新设定。图16中所 示的位置是枢转臂200被完全卸载，也就是说，枢转臂200不与在工 作状态下的皮带接合。
图17是备选实施例的横截面图。带齿部分910与带齿部分110 完全接合。突出部911布置在止动件201和202之间但是不与每一个 接合。该位置可以由本发明的张紧器的"平均操作位置"表征。
在工作中，部件如图16中所示被构造，也就说，通过使用与接收 部分22接合的工具旋转柱杆80被构造，带齿轮的元件900被旋转以 使突出部911与止动件201接合。然后为了接合和对皮带(未显示) 施加负载，从接收部分22卸除工具，由此允许柄脚302部分地旋转带 齿轮的元件900，使得带齿部分910接合带齿部分110，参见图17。 工具的卸除和带齿轮的元件900的旋转在滑轮50与皮带接合之后发 生，由此建立平均操作位置。柄脚301压在带齿轮的元件卯0上，由 此阻止带齿轮的元件900的旋转以及保持带齿轮的元件900与部分 130接合。
在正常位置，突出部911没有接合止动件201和202，而是如图 17中所示布置在止动件之间。然而，在暂时超出枢转臂的正常移动范 围的皮带高负载瞬变期间，突出部911可以如图15中所示与止动件 202接触，由此限制枢转臂200的旋转和由此提供控制枢转臂所需的 附加扭矩。皮带负载瞬变可以由例如在急减速期间发动机速度的陡然 变化导致。 一旦经过负载瞬变，枢转臂200和带齿轮的元件900返回 图17的平均操作位置。由于带齿轮的元件900可以通过柱杆80的旋转选择性地与齿轮部 分110接合，本发明的张紧器的工作范围是完全可调节的，这包括由 突出部911与止动件201或202的接合确定的枢转臂旋转停止位置的 调节。
尽管在这里描述了本发明的形式，本领域的技术人员将显而易见 可以在部件的构造和关系上进行变化而不脱离这里所述的本发明的精 神和范围。
权利要求
1. 一种张紧器，其包括底座，其具有带齿部分；枢转臂，其能够与所述底座枢转地接合；滑轮，其轴颈安装到所述枢转臂；弹簧，其布置在所述底座与所述枢转臂之间，用于沿第一方向偏压所述枢转臂；一机构，其布置在所述枢转臂上并且与所述底座接合，所述机构包括可旋转的带齿轮的元件和接合在所述可旋转的带齿轮的元件与所述枢转臂之间的第二弹簧，所述第二弹簧从所述枢转臂偏压所述可旋转的带齿轮的元件；以及所述可旋转的带齿轮的元件具有能够与所述带齿部分接合的第二带齿部分；止动件，其布置在所述枢转臂上且能够与所述可旋转的带齿轮的元件接合，所述止动件防止所述枢转臂旋转超出预定位置。
2. 根据权利要求l所述的张紧器，其进一步包括被布置成接合所 述可旋转的带齿轮的元件的第二止动件。
3. 根据权利要求l所述的张紧器，其进一步包括一弹簧，所述弹 簧施加力以旋转所述可旋转的带齿轮的元件。
全文摘要
一种张紧器，其包括具有带齿部分的底座、与所述底座可枢转地接合的枢转臂、轴颈安装到所述枢转臂的滑轮、布置在所述底座与所述枢转臂之间用于沿第一方向偏压所述枢转臂的弹簧、布置在所述枢转臂上并且与所述底座接合的机构，所述机构包括可旋转带齿轮的元件和接合在所述带齿轮的元件与所述枢转臂之间的第二弹簧，第二弹簧沿第一方向偏压所述枢转臂，并且所述带齿轮的元件具有无齿部分，当所述无齿部分与所述带齿部分接合时，它防止所述枢转臂沿着与第一方向相反的方向大幅旋转。
文档编号F16H7/12GK101460768SQ200780020920
公开日2009年6月17日 申请日期2007年5月30日 优先权日2006年6月7日
发明者J·哈伦 申请人:盖茨公司