本发明涉及传动系统领域，尤其是一种变刚度大阻尼自动张紧器，所述自动张紧器设计用于汽车发动机前端附件驱动系统。
背景技术：
对于汽车发动机前端附件系统的自动张紧器，主要目的在于使皮带在传动系统中的张力适当、补偿皮带由于张力或磨损引起的变化和衰减由于发动机转速波动导致的张紧臂的摆动，从而避免皮带打滑、噪声和振动，让系统正常有效的工作。
在专利cn201080012969中公开了一种带有振动阻尼器的牵引传动机构，该机构中设置的振动阻尼器可在张紧臂转动时由弹簧作用与该振动阻尼器产生作用于该振动阻尼器与壳体之间的正压力。但是该机构由于仅靠弹簧外径变化产生摩擦阻尼，一方面对零件的尺寸精度和安装精度要求较高，弹簧与振动阻尼器之间过大的间隙会导致阻尼很小，起不到衰减附件系统振动的效果；而间隙过小，则会导致作用于振动阻尼器与壳体之间的正压力过大，从而在张紧器使用寿命初期，张紧器阻尼偏大，阻尼磨损加剧，到了后期可能导致阻尼迅速下降和阻尼件磨损过快所带来的一系列nvh问题。
在专利cn201420445047中公开了一种高阻尼自动张紧器，该自动张紧器的高阻尼主要来自两个方面，弹簧和张紧臂作用于阻尼件的合力和所谓的由于弹簧外张所产生的挤压阻尼件的力，这两个力在阻尼件外表面和壳体之间产生的正压力在张紧臂相对于壳体转动时产生摩擦阻尼。实际的情况是，弹簧在扭转的过程中，弹簧外径的变化是不均匀的。更具体地，在距离首末钩头约四分之一圈的位置，弹簧会产生最大的外径变化。因此，该专利仅设置约四分之一圈与弹簧作用的阻尼件区域，无法有效地增加由于弹簧径向扩张而产生的摩擦阻尼。第二个问题是，所述与弹簧外径作用区域的阻尼件与用于在张紧臂和弹簧合力作用下产生阻尼的阻尼件是一体的，这样一体的设计，会限制由于弹簧外径变化所产生的阻尼。更好的是，该部分由于弹簧外径变化而产生的阻尼应可以自由地沿着壳体内壁径向方向独立运动以使该部分阻尼件更均匀地贴合壳体，使磨损更均匀，从而阻尼件耐磨性能更佳。
另外，随着自动张紧器使用时间的增加，自动张紧器的阻尼会降低，而阻尼降低会导致自动张紧器衰减系统振动的能力减弱。在前端附件系统工况剧烈变化时，已经降低的阻尼不足以衰减同样大小的系统振动，因此系统波动加剧，张紧臂摆角加大。大的张紧臂摆角导致阻尼件磨耗加剧，阻尼因此更快降低，系统响应更差，形成一个恶性循环。同时，张紧臂摆角剧烈变化可能导致异响、张紧臂撞击限位块和张紧器过早失效等问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服目前自动张紧器阻尼偏小和衰减过快，以及阻尼衰减后系统响应变差所带来的问题，提供一种自动张紧器，其拥有大的阻尼，在阻尼衰减之后，依然能够维持较小的张紧臂摆角，使得系统在整个张紧器的使用寿命都能维持系统稳定，保证前端附件系统拥有良好的nvh性能和张紧器较长的使用寿命。
为解决上述的技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种变刚度大阻尼自动张紧器，包括：张紧臂、壳体、弧形第一阻尼装置、弧形第二阻尼装置、扭转弹簧、张紧轮、芯轴、滚动轴承、耐磨塑料衬套，壳体经两螺栓固定于发动机机体上，所述芯轴固定于壳体上，所述张紧臂以可枢转的方式经耐磨塑料衬套安装于芯轴上，所述带轮经滚动轴承安装于张紧臂远离芯轴的一端，所述壳体内设置有二级阶梯盲孔形成的壳体容腔，所述扭转弹簧设置在所述壳体容腔中且另一端与张紧臂的张紧臂弹簧座相抵接，所述第一阻尼装置和第二阻尼装置相对地设置在壳体容腔上部，所述第一阻尼装置的一端与张紧臂相抵接，另一端与扭转弹簧的扭转臂相抵接，所述扭转弹簧的另一扭转臂与壳体相抵接，所述第二阻尼装置与张紧臂驱动连接且其内壁与扭转弹簧外圈相贴合，所述扭转弹簧在扭转角度变化的过程中通过部分外圈与壳体内壁逐步接触改变所述扭转弹簧的扭转刚度。
本方案中所述扭转弹簧产生的扭矩经第一阻尼装置传递给张紧臂，所述第一阻尼装置在张紧臂和扭转弹簧反作用力的共同作用下产生挤压壳体内壁的正压力产生第一摩擦阻尼；所述第二阻尼装置形状配合地跟随张紧臂一起转动，同时该阻尼装置内壁与扭转弹簧外圈贴合，扭转弹簧加载时可产生由于弹簧外径增加导致的第二阻尼装置与壳体之间的正压力，该正压力在张紧臂转动时产生第二摩擦阻尼；所述扭转弹簧在扭转的过程中扭转刚度可随扭转角度变化。
进一步地，所述第一阻尼装置呈圆弧形，弧形角度为120°～180°，包括保持架和第一阻尼单元，所述第一阻尼单元一体注塑成型于第一保持架外侧，并通过分别设置于两者且呈相互间隔的第一燕尾状配合相连接。
进一步地，所述第一保持架由刚性材料制成，其与扭转弹簧的扭转臂相抵接的一端加工成平面，与所述张紧臂相抵接的一端设置成凸弧面，对应的在张紧臂上设置与所述凸弧面相配合的凹弧面，所述第一保持架的内壁设置有第一阻尼单元弹簧座，所述的第一阻尼单元弹簧座和张紧臂弹簧座均设置有与扭转弹簧的螺旋升角相匹配的曲面。两者形状配合地使得所述第一阻尼装置在张紧臂和扭转弹簧的作用下可绕该凹凸配合面转动以补偿所述第一阻尼单元的摩擦损耗。
进一步地，所述第二阻尼装置呈圆弧形，弧形角度为90～240°，包括压力轴瓦和第二阻尼单元，所述第二阻尼单元一体注塑成型于压力轴瓦外侧，并通过分别设置于两者且呈相互间隔的第二燕尾状配合相连接，所述压力轴瓦的内壁与所述扭转弹簧外圈相贴合。
进一步地，所述压力轴瓦由弹性材料制成，当所述扭转弹簧扭转时外径变大，所述压力轴瓦受挤压变形后将挤压力均匀地传递至第二阻尼单元与壳体相接触。
进一步地，所述压力轴瓦的内壁沿径向设有一凸台，所述张紧臂上设有与所述凸台滑动配合的滑槽，所述凸台、滑槽和扭转弹簧共同限制所述第二阻尼装置仅能沿所述芯轴的径向方向运动。
进一步地，所述壳体容腔的容腔底面设有与扭转弹簧的螺旋升角相匹配的螺旋曲面，所述螺旋曲面的最底端设置有用于抵接扭转弹簧扭转臂的挡块，所述壳体下部的壳体内壁设有一定角度的拔模斜度，当扭转弹簧在沿加载的方向扭转一定角度时，扭转弹簧外圈与壳体内壁接触；当扭转弹簧继续加载时，所述壳体的壳体内壁限制与壳体内壁接触部分的扭转弹簧外径继续增大，该部分扭转弹簧抗扭功能失效，扭转弹簧有效圈数减少，刚度改变，张紧器实现变刚度功能。
进一步地，设置有所述拔模斜度的壳体内壁为圆锥平面、向芯轴轴线方向外凸的曲面或向远离所述芯轴轴线方向内凸的曲面；所述扭转弹簧采用等中径等节距螺旋弹簧、变中径螺旋弹簧、变节距螺旋弹簧或变中径变节距螺旋弹簧。上述三种特征单独或组合设置，可实现更多自动张紧器刚度变化规律。
进一步地，所述壳体内壁与所述扭转弹簧之间还固定设置有耐磨金属衬套。所述耐磨金属衬套具有极佳的耐磨性，可为自动张紧器提供更稳定的变刚度功能。
进一步地，所述耐磨金属衬套底部呈一定间隔地设置有若干卡槽，所述容腔底面对应地设置有若干与所述卡槽相配合限制所述耐磨衬套相对于壳体运动的卡扣。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过设置两级独立的阻尼装置，可为系统提供更大的阻尼；可独立运动的阻尼装置，在系统作用时，使分布于阻尼装置上的力更均匀，阻尼件磨损也更均匀，自动张紧器使用寿命提高；合理设置的第二阻尼装置的作用范围能更好地利用弹簧变形产生摩擦阻尼；可随扭转角度改变刚度的扭转弹簧可在皮带张力波动较大时提供更大的扭矩，抑制系统的制动，防止张紧臂撞击限位块，维持带段张力恒定，避免打滑和产生噪音，提高张紧器使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例的爆炸图。
图2为本发明实施例的俯视图。
图3为本发明在图2所示a-a向剖视图。
图4为本发明实施例张紧臂的立体图。
图5为本发明实施例第一阻尼装置的立体图。
图6为本发明实施例第二阻尼装置的立体图。
图7位本发明实施例工作时阻尼装置受力示意图。
图8为本发明实施例壳体的俯视图。
图9为本发明实施例耐磨衬套的立体图。
图10本发明实施例的等中径等节距螺旋弹簧与三种不同形状壳体内壁13装配示意图。
图11为图10中采用不同形状壳体内壁13时扭转弹簧刚度变化示意图。
图12为本发明采用变节距的螺旋弹簧与一种形状的壳体内壁13装配示意图。
图13图12中扭转弹簧刚度变化示意图。
图中：10-壳体；11-卡扣；12-挡块；13-壳体内壁；14-容腔底面；15-壳体容腔；20-耐磨金属衬套；21-卡槽；30-扭转弹簧；40-第二阻尼装置；41-压力轴瓦；42-第二阻尼单元；43-第二燕尾状配合；44-凸台；50-第一阻尼装置；51-保持架；52-第一阻尼单元；53-第一燕尾状配合；54-弹簧抵接面；55-凸弧面；56-第一阻尼单元弹簧座；60-张紧臂；61-张紧臂弹簧座；62凹弧面；63-滑槽；70-耐磨塑料衬套；80-芯轴；90-滚动轴承；100-带轮。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的实施例做进一步详细说明。
如图1、2和3所示，一种变刚度大阻尼自动张紧器，包括：张紧臂60、壳体10、弧形第一阻尼装置50、弧形第二阻尼装置40、耐磨金属衬套20、扭转弹簧30、张紧轮100、芯轴80、滚动轴承90、耐磨塑料衬套70，所述壳体10在安装时经两螺栓固定于发动机机体上，所述芯轴80以过盈配合的方式固定于壳体10上，所述张紧臂60以可枢转的方式经耐磨塑料衬套70安装于芯轴80上，所述带轮100经滚动轴承90安装于所述张紧臂60远离所述芯轴80的一端。所述壳体10内设置有二级阶梯盲孔形成的壳体容腔15，所述扭转弹簧30设置在所述壳体容腔15中且另一端与张紧臂60的张紧臂弹簧座61相抵接，所述第一阻尼装置50和第二阻尼装置40相对地设置在所述壳体容腔15上部，所述第一阻尼装置50的一端与所述张紧臂60相抵接，另一端与扭转弹簧30的扭转臂相抵接，所述扭转弹簧30的另一扭转臂与壳体10相抵接，所述第二阻尼装置40与所述张紧臂60驱动连接且其内壁与扭转弹簧30外圈相贴合，所述扭转弹簧30在扭转角度变化的过程中通过部分外圈与壳体内壁13逐步接触改变所述扭转弹簧30的扭转刚度。
所述张紧臂60转动时通过第一阻尼装置50使所述扭转弹簧30产生扭转，所述扭转弹簧30产生的扭矩经第一阻尼装置50传递给张紧臂60，所述第一阻尼装置50在张紧臂60和扭转弹簧30的共同作用下产生挤压壳体10的正压力，该正压力在张紧臂60转动时产生第一摩擦阻尼；所述第二阻尼装置40形状配合地跟随张紧臂60一起转动，同时该阻尼装置40的内壁与扭转弹簧30外圈贴合，所述扭转弹簧30加载时可产生由于弹簧外径增加导致的第二阻尼装置40与壳体10之间的正压力，该正压力在张紧臂60转动时产生第二摩擦阻尼；所述扭转弹簧30在扭转的过程中扭转刚度可随扭转角度变化。
如图4、5和6所示，所述第一阻尼装置50呈圆弧形，弧形角度为120°，其由保持架51和第一阻尼单元52构成，所述第一阻尼单元52一体注塑成型于保持架51外侧，并通过分别设置于两者且呈相互间隔的第一燕尾状配合53相连接。
所述第一保持架51由硬质合金钢制成，其与扭转弹簧30的扭转臂相抵接的一端加工成平面54，与所述张紧臂60相抵接的一端设置成往外凸的凸弧面55，对应的在张紧臂60设置相应的往内凹的凹弧面62，两者形状配合地使得所述第一阻尼装置在张紧臂60和扭转弹簧的作用下可绕该凹凸配合面转动以补偿所述第一阻尼单元52的摩擦损耗。所述第一保持架51的内壁设置有第一阻尼单元弹簧座56，所述的第一阻尼单元弹簧座56和张紧臂弹簧座61均设置有与扭转弹簧30的螺旋升角相匹配的曲面。
所述第二阻尼装置40呈圆弧形，弧形角度为170°，其由压力轴瓦41和第二阻尼单元42构成，所述第二阻尼单元42一体注塑成型于压力轴瓦41外侧，并通过分别设置于两者且呈相互间隔的第二燕尾状配合43相连接，所述压力轴瓦41的内壁与所述扭转弹簧30外圈相贴合。所述压力轴瓦41由冷轧钢片制成，所述扭转弹簧30在加载时外径变大，挤压与扭转弹簧30外径接触的压力轴瓦41，所述压力轴瓦41受压变形后将挤压力均匀地传递到第二阻尼单元42与壳体10接触面上。所述第二阻尼单元40上还设有一凸台44，所述张紧臂60上设有一滑槽63，所述凸台44、滑槽63和扭转弹簧30共同限制所述第二阻尼装置40仅能沿所述芯轴80的径向方向运动。
自动张紧器1装配好之后，扭转弹簧30一端与所述第一阻尼单元50的弹簧抵接面54相抵接，弹簧的另一端与所述壳体10的挡块12相抵接。第二阻尼单元50的另一端与张紧臂凸弧面62相抵接。扭转弹簧30的第一圈依次坐落在所述张紧臂的弹簧座61和第一阻尼装置的弹簧座56上。所述张紧臂弹簧座61和所述第一阻尼装置弹簧座56都为带螺旋升角的曲面，螺旋升角与扭转弹簧30的螺旋升角相等。由于所述第二阻尼装置40的凸台44与所述张紧臂的滑槽63形状配合，所述扭转弹簧30与张紧臂弹簧座61的配合也限制了第二阻尼装置40沿芯轴70的轴向运动。
如图7所示为本发明工作时阻尼装置受力示意图，自动张紧器在工作时产生的阻尼主要来源于第一阻尼装置50和第二阻尼装置40。加载时，所述张紧臂60绕芯轴80转动，将力fa通过第一阻尼装置50传递给扭转弹簧30，使扭转弹簧30加载，储存能量。与此同时，所述扭转弹簧30给第一阻尼装置50作用一反作用力fb，在力fa和fb的作用下，所述第一阻尼装置50承受一个沿径向的合外力。在该合力作用下，第一阻尼装置40挤压壳体10，产生分布于第一阻尼单元52外侧的正压力t1。同时，扭转弹簧30在加载的过程中，扭转弹簧30外径会变大。第二阻尼装置40的压力轴瓦41和第一阻尼装置50的保持架51都与扭转弹簧30的外圈接触，因此在加载的过程中由于扭转弹簧30径向变形，会使压力轴瓦41内壁受到扭转弹簧30挤压力n1，所述保持架51内壁受到扭转弹簧30挤压力n2。前者会产生分布于第二阻尼单元42外侧的正压力t2，后者会使得分布于第一阻尼单元52外侧的正压力t1增加。当所述张紧臂60与壳体10相对运动时，正压力t1和t2会产生与张紧臂60运动方向相反的摩擦阻力，分别定义为第一摩擦阻尼和第二摩擦阻尼。
如图8、9和10所示，所述壳体容腔15的容腔底面14设有与扭转弹簧30的螺旋升角相匹配的螺旋曲面，所述螺旋曲面的最底端设置有用于抵接扭转弹簧30扭转臂的挡块12，所述壳体10下部的壳体内壁13设有一定角度的拔模斜度α，当扭转弹簧30在沿加载的方向扭转一定角度时，扭转弹簧30外圈与壳体内壁13接触；当扭转弹簧30继续加载时，所述壳体10的壳体内壁13限制与壳体内壁13接触部分的扭转弹簧30外径继续增大，该部分扭转弹簧30抗扭功能失效，扭转弹簧30有效圈数减少，刚度改变，张紧器实现变刚度功能。
具体地，所述壳体内壁13与所述扭转弹簧30之间可加入一耐磨金属衬套20，所述耐磨金属衬套20具有极佳的耐磨性，材料为铜合金，可为自动张紧器提供更稳定的变刚度功能。
所述耐磨金属衬套20底部呈一定间隔地设置有四个卡槽21，所述容腔底面14对应地设置有四个与所述卡槽21相配合限制所述耐磨衬套20相对于壳体运动的卡扣11。
一般地，设置有所述拔模斜度的壳体内壁13为圆锥平面、向芯轴轴线方向外凸的曲面或向远离所述芯轴轴线方向内凸的曲面；所述扭转弹簧30可采用等中径等节距螺旋弹簧、变中径螺旋弹簧、变节距螺旋弹簧或变中径变节距螺旋弹簧。上述不同形状的壳体内壁13和不同类型的扭转弹簧可单独或组合设置，从而实现更多自动张紧器刚度变化规律。
如图10所示，所述扭转弹簧30可采用等中径等节距螺旋弹簧，设置有所述拔模斜度的壳体内壁13通过设计不同的形状，可以得到不同的弹簧刚度变化曲线，b表示设置有所述拔模斜度的壳体内壁13为圆锥平面，a表示设置有所述拔模斜度的壳体内壁13为向芯轴轴线方向外凸的曲面，c表示设置有所述拔模斜度的壳体内壁13为向远离所述芯轴轴线方向内凸的曲面。图11中示出了图10中三种壳体内壁13结构的刚度随扭转弹簧30扭转角变化的关系。如图可见，ko为常规自动张紧器的刚度曲线，可以看到，弹簧刚度为一定值。而本实施例中a、b、c三种壳体内壁13结构的自动张紧器，在扭转弹簧30加载到一定角度时，即张紧臂60扭转到一定角度θ0时，所述弹簧刚度kt变大，而且刚度变化的情况会随拔模斜度α的变化而变化。
如附图12所示，扭转弹簧30为在图10中b结构的基础上使用变节距的螺旋弹簧。附图中，扭转弹簧30的节距从靠近容腔底面14的那一端开始逐渐增大。相应地，如图13所示，变节距结构d的扭转弹簧刚度kd相比现有技术扭转弹簧刚度k0，在扭转弹簧30加载到一定角度时，即张紧臂60扭转到一定角度θ0时，弹簧刚度kt变大；而与图10中的结构b相比，扭转弹簧30变节距的弹簧结构，其刚度变化也会与只改变拔模斜度α结构的刚度变化不同。
同理，也可在上述a、b、c、d结构中增加耐磨金属衬套20。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过设置两级独立的阻尼装置，可为系统提供更大的阻尼；可独立运动的阻尼装置，在系统作用时，使分布于阻尼装置上的力更均匀，阻尼件磨损也更均匀，自动张紧器使用寿命提高；合理设置的第二阻尼装置的作用范围能更好地利用弹簧变形产生摩擦阻尼；可随扭转角度改变刚度的扭转弹簧30可在皮带张力波动较大时提供更大的扭矩，抑制系统的制动，防止张紧臂60撞击限位块，维持带段张力恒定，避免打滑和产生噪音，提高张紧器使用寿命。
上述内容为本发明的具体实施例的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
同时本发明上述实施例仅为说明本发明技术方案之用，仅为本发明技术方案的列举，并不用于限制本发明的技术方案及其保护范围。采用等同技术手段、等同设备等对本发明权利要求书及说明书所公开的技术方案的改进应当认为是没有超出本发明权利要求书及说明书所公开的范围。