阻尼增强的张紧器的制造方法
【专利说明】阻尼増强的张紧器
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于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，该申请的内容以全文形式合并到本文中。
技术领域
[0003] 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】
[0004] 已知张紧器为用于保持带（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的装置。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、以及在基部与臂之间作用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，抵抗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。已知理想的是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。理想的是提供一种阻尼增强的张紧器。
【发明内容】
[0005] 在一个方面中，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、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固定， 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枢转，并且带轮能够与环状驱动构件接合，张紧器弹簧定位成朝向自 由臂位置迫压张紧器臂，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】
[0006] 图1为现有技术张紧器的截面侧视图；
[0007] 图2A为另一现有技术张紧器的截面侧视图；
[0008] 图2B为图2中示出的张紧器的一部分的放大截面侧视图；
[0009]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；
[0010] 图4为图3中示出的张紧器的截面侧视图；
[0011] 图4A和图4B为图4中示出的张紧器的变体的分解立体图；
[0012] 图5为图4中示出的张紧器的一部分的放大截面侧视图；
[0013] 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；
[0014] 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；
[0015] 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；
[0016] 图8A为来自图4中示出的张紧器的弹簧的立体图；
[0017] 图9为图8中示出的弹簧和阻尼元件的截面侧视图；
[0018] 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；
[0019] 图11为图10中示出的张紧器的一部分的放大截面侧视图；
[0020] 图12为示出了来自图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；
[0021] 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；
[0022] 图15A至图15G为示出了几种不同的张紧器构型的带张力与臂位置之间的关系的 曲线图；
[0023] 图16为示出了关于所测试的张紧器的设置的示意图，通过该设置产生图15A至图 15G中的曲线；
[0024] 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；以及
[0025] 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。
【具体实施方式】
[0026] 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。在张紧器10响应于环状驱动构件的张 力的改变而运转期间衬套16与张紧器臂一起绕轴14枢转，其中，带轮20抵靠环状驱动构 件而接合。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。
[0027] 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态。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,但在大多数运转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的附图，该申请的内容在此 通过参引并入。将注意到的是，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复制图。因此，这两个图中的附图标记与本说明书中的物项无关。例 如，本发明书中使用的物项112与在图13和图14中出现的附图标记112无关。
[0028] 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的运转期间抵 靠弹簧支架24枢转和滑动而产生摩擦力。
[0029] 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以相对于发动机固 定，并且定位在距弹簧中心距离r。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，从固定的第一端部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。臂18和弹簧支架24的接合表面之间的摩擦系数由y 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ra表示。由弹簧支架24产生的摩擦扭矩 为：Ma = ra* y a*F。另外，弹簧支架24的压缩转而使臂18压缩一定量，这转而产生额外的 轴-衬套摩擦力。出于本说明书的目的，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= rfyfHi，其中，rb为衬套半径， U b为衬套16与轴14的接合表面之间的摩擦系数，