用于挠性传动系统的张紧器，特别是用于包括内燃机上的辅助传动 系统的挠性传动系统的张紧器是众所周知的。这种张紧器包括向挠性传 动件偏置的皮带轮，挠性传动件一般是橡皮带。皮带轮安装于由弹簧向 挠性传动件(张紧方向)偏置的臂，且该臂能够包括产生阻尼力的装置 以限制该臂和/或挠性传动件的振动。
尽管这种张紧器是众所周知的，但是其具有体积较大的缺点，从而 在将要安装张紧器的发动机或其它装置上需要相当大的可用安装容积 (包装体积)。
另外，尽管期望阻尼张紧器臂远离挠性传动件(解除张紧方向)的 运动以减少震动，但是阻尼张紧器臂向着挠性传动件(张紧方向)的运 动限制了张紧器保持挠性传动件张紧的能力，因此是不期望的。
而且，现有技术中的提供摩擦阻尼的张紧器一般地提供基本恒定的 摩擦力，而与张紧器臂的位移量无关。相反，期望摩擦阻尼力随着张紧 器臂远离挠性传动件(解除张紧方向)的运动增加，而不是保持恒定。
此外，传统张紧器的制造和组装过程可能是复杂的，需要对一些部 件进行机械加工并需要采用多个组装步骤的特殊组装工具，从而增加了 张紧器的制造成本。
期望有一种张紧器，其能提供较大的张紧力，同时需要较小的包装体 积并能较易地制造和组装。

本发明的目的是提供一种新颖的用于挠性传动件的张紧器，其消除 或减轻了现有技术的至少一项缺点。
根据本发明的第一个方面，提供一种用于张紧挠性传动件的张紧 器。该张紧器具有心轴和张紧器臂。心轴具有基部，设计成用于安装到 发动机的表面上。张紧器臂安装于心轴上以围绕第一轴线做旋转运动。 张紧器臂具有围绕第二轴线可旋转安装的皮带轮，第一轴线与第二轴线 隔开并平行。偏置螺旋弹簧在心轴和张紧臂之间作用，迫压张紧器臂围 绕第一轴线沿张紧方向旋转并将张紧器臂及皮带轮偏置成与挠性传动 件张紧接合。张紧器臂与心轴之间安装有衬套以允许张紧器臂围绕心轴 枢转并提供第一摩擦力以阻尼张紧器臂围绕心轴的运动。弹簧和张紧器 臂之间安装有阻尼垫。当螺旋弹簧的线圈伸展和收缩时，阻尼垫被迫压 与张紧器臂摩擦接合和分离，分别提供变化的第二摩擦力。第一摩擦力 和第二摩擦力相加在一起为张紧器提供了变化的阻尼。
优选地，张紧器臂是压铸件并包括铸造倾斜部分以接收偏置弹簧的 端面，还包括抵靠偏置弹簧端部的铸造挡块。而且优选地，心轴是压铸 件并包括抵靠偏置弹簧端部的铸造挡块。而且优选地，阻尼垫包括模制 倾斜部分以接收偏置弹簧的螺旋表面。而且优选地，随着张紧器臂运动 离开第一位置，阻尼垫提供的摩擦力增大。而且优选地，随着张紧器臂 回到第一位置，摩擦力迅速地减小。
本发明提供一种张紧器，其采用优选地由压铸法或类似生产技术制 造的心轴和张紧器臂，消除了机械加工的需要。张紧器的偏置弹簧优选 地包括由具有非圆形横截面的线材构成的线圈，与线圈由具有圆形横截 面的线材构成的类似弹簧相比增加了弹簧的弹簧力。随着张紧器臂和皮 带轮沿解除张紧方向运动，远离挠性传动件，弹簧的直径增大且线圈将 阻尼垫的至少一部分挤压成与张紧器臂的壁接触，从而产生阻尼力。
该张紧器易于组装，且对于其能够产生的偏置力和阻尼力只需要较 小的包装体积。
附图说明
现在将参照附图，仅以示例的方式描述本发明的优选实施方式，其 中：
图1是示出了根据本发明的张紧器的底部和侧面的分解图；
图2是示出了图1中张紧器的顶部和侧面的分解图；
图3是示出了图1中张紧器的部分张紧器臂、偏置弹簧以及衬套的 侧向立体图；
图4是沿图3中线4-4截取的剖视图；
图5是图1中张紧器的偏置弹簧和衬套组件的侧向立体图；
图6是沿图1中线6-6截取的剖视图；
图7是示出了根据本发明的另一张紧器的顶部和侧面的分解图；
图8是示出了图7中张紧器的底部和侧面的分解图；
图9示出了图7中张紧器的张紧器臂和衬套的底部和侧向立体图；
图10示出了图7中张紧器的心轴、衬套以及阻尼垫的顶部和侧向 立体图；
图11示出了沿图8中线11-11截取的组装张紧器的剖视图；以及
图12示出了图1中张紧器臂上的力与张紧器臂位移关系的曲线图。

图1、2及6中以20整体地示出根据本发明的用于挠性传动件的张 紧器。张紧器20包括限定了第一旋转轴线的张紧器臂24，皮带轮28 通过螺栓32和轴承36可旋转地安装于张紧器臂24。螺栓32与形成于 或附连于张紧器臂24一端的螺纹紧固件33接合。轴承36可以一体地 形成于皮带轮28内，或者可以是安装于皮带轮28上的单独轴承。皮带 轮28能够设计用于张紧平滑或有齿的环状橡皮带、链条或其它挠性环 状传动。
张紧器20进一步包括锥形心轴44，锥形心轴44具有包括心轴杯 40以及外部径向壁48的基部，最佳见于图6，外部径向壁48优选地成 一定程度的圆锥形。心轴杯40能够在底部外周或安装表面上包括一个 或多个指引特征或凸起52，凸起52与安装张紧器20的发动机或其它表 面的互补特征接合，以保证张紧器20相对于要被张紧的挠性环状传动 的正确定向。心轴杯40能够进一步包括一个或多个挡块或凸起56，其 收容于张紧器臂24的凹槽57内，将张紧器臂24相对于心轴44的运动 限制在30°到60°之间，其中40°最优选。
心轴杯40嵌套收容衬套60，最佳见于图3、4和5。衬套60包括 至少一个指引特征或凸起64，其与心轴杯40的壁48上的互补指引特征 或凹槽67接合以防止衬套60相对于心轴杯40旋转。
如图所示，衬套60包括环形凸缘68、稍微成锥形的径向壁72以及 从径向壁80径向向内设置的阻尼结构，在本实施方式中是阻尼垫或阻 尼圈76。衬套60能够由任何合适的低摩擦耐磨有机树脂材料构成，例 如尼龙4/6(例如Stanyl TW363)，并能够通过喷射成型或任何其它合 适的生产方法制造。衬套60的摩擦系数可根据需要通过添加例如玻璃、 石墨等填充材料或通过添加例如聚四氟乙烯树脂、干式润滑剂等润滑剂 进行改变。
衬套60的环形凸缘68被尺寸设计成越过心轴杯40的上部边缘延 伸。径向壁72是张紧器臂24和心轴44之间的摩擦表面。径向壁72不 对称，且不完全环绕环形凸缘68延伸。优选地，径向壁72以大约半圆 的弧长弓形地延伸。
阻尼垫76通过间隔的径向凸片73挠性地连接于壁72，径向凸片 73简化了在一个模腔中制造阻尼垫76和壁72。阻尼垫76的内表面上 具有一系列凸片77和79，其共同形成螺旋或螺线形表面用以接收螺旋 弹簧84的第一线圈。垫76的轴端表面具有指引凸片164，其插入心轴 杯40的底部表面上的开孔65内。优选的阻尼垫76是非对称的，且不 完全环绕环形凸缘68延伸。优选地，阻尼垫76的摩擦表面以大约半圆 为最大弧长弓形地延伸。通过限制最大弧长，阻尼垫76产生摩擦阻尼 力而不是用作离合器。
衬套60和阻尼垫76相对于张紧器臂24以及偏置弹簧84置位，使 得毂载荷(hubload)力向量以及反作用弹簧力向量沿相同的方向被引 导通过衬套和阻尼垫76。反作用弹簧力向量作用于与心轴44的抵接特 征89、弹簧挡块成大约90°的方向。
如图2、3和5中最佳可见，张紧器臂24在相对端包括毂80，其限 定第二旋转轴线，优选地具有与外部径向壁48的锥形互补的锥形，其 与臂24的长轴线相垂直地延伸。第一旋转轴线相隔一定距离与第二旋 转轴线平行。组装张紧器20时，毂80收容于衬套60的径向壁72中。 尽管所示的实施方式具有大致成锥形的毂80和径向外壁48，但是本发 明并不限于锥形而且能够包括圆柱形。
张紧器20包括偏置弹簧84，其环绕心轴44并在心轴杯40和张紧 器臂24之间作用以将张紧器臂24以及皮带轮28偏置成与由张紧器20 张紧的挠性传动件张紧接合挠性传动件。优选地，弹簧84由线圈构成， 其具有非圆形横截面，优选地成矩形，并具有平面端部。张紧臂24包 括径向地向内延伸的抵接特征88，其接收弹簧84的一端并以倾斜方式 支撑弹簧84的下一个相邻线圈的螺旋或螺丝形表面。心轴杯40还包括 位于内底部表面上的抵接特征89，其接收弹簧84的相对端以将偏置力 从弹簧84传递给张紧器臂24和心轴杯40。
支撑偏置弹簧84的螺旋或螺丝形表面使得偏置弹簧84能够径向地 伸展和收缩，同时保持偏置弹簧84的线圈大体的轴线对准。偏置弹簧 84的线圈均匀地伸展和收缩以与衬套60和阻尼垫76接合和分离。均匀 的伸展和收缩使得衬套60和/或阻尼垫76的不均匀接触以及磨损最小 化。
如图1和2所示，张紧器20进一步包括止推垫圈92和前盘96，心 轴44与前盘96相扣(staked)以将张紧器臂24保持在心轴44上。将 张紧器20安装到发动机或其它设备上时，能用螺栓插入止推垫圈92、 前盘96以及心轴44的中心孔。
当张紧器臂24承受由其张紧的挠性传动件施加的载荷时挠性传动 件，毂80的外表面承载于衬套60的径向壁72的内表面上，将载荷即 毂载荷向量传递到心轴杯40。毂80和径向壁72较大的表面积允许较大 的载荷自张紧器臂24传递到心轴杯40，同时避免张紧器20的部件的过 度磨损。
另外，通过适当地选择构成衬套60的材料，能够选择张紧器臂24 与心轴杯40之间产生的摩擦力的系数，且该摩擦力用作张紧器20在操 作中所需的阻尼力。
除了毂80和径向壁72之间产生的阻尼力，衬套60的阻尼垫76能 够径向地和周向地设定尺寸以在张紧器臂24和心轴杯40之间产生所需 的阻尼力。
当张紧器臂24沿解除张紧方向运动(远离其张紧的挠性传动件)， 弹簧84通过展开来抑制张紧器臂24的运动，弹簧84的线圈沿径向向 外伸展并挤压阻尼垫76。通过弹簧84的线圈施加到阻尼垫76上的合力 将阻尼垫76偏置成与毂80的内表面更多地摩擦接触，从而在径向壁72 和阻尼垫76之间挤压毂80。
该挤压动作增加了禁止张紧器臂24沿解除张紧方向的运动进而阻 尼张紧器臂24的运动的另外的摩擦力成分，且该摩擦力随弹簧84的线 圈的伸展变化，从而根据张紧器臂24的旋转量变化。换句话说，摩擦 力随张紧器臂24沿解除张紧方向的进一步运动而增加，从而限制张紧 器臂24的运动。
另外，随着张紧器臂24沿张紧方向运动(以回到其初始位置)，弹 簧84的线圈的半径减小，上述挤压作用减小从而使得摩擦合力相比张 紧器臂24在沿解除张紧方向运动时受到的摩擦力具有不同的特征。
对本领域的普通技术人员来说显而易见的是，本发明的张紧器能够 定制以满足任何发动机配置的要求。
图7、8和11中以200整体地示出了另一种用于挠性环状传动的张 紧器。张紧器200包括具有基部208的心轴204，基部208能与其上安 装需要张紧的挠性传动件的内燃机或其它设备的表面接合挠性传动件。 基部208能够包括柄脚或其它指引特征以允许张紧器200以预定方向安 装于其安装位置。
心轴204具有支承面212。在本发明目前的实施方式中，支承面212 一般成圆锥形，但本发明并不限于圆锥形，还能使用圆柱形支柱。心轴 204能够通过压铸法或其它合适的生产方法、由例如铝之类的合适的无 需进一步机械加工的材料形成。
张紧器200还包括张紧器臂216，皮带轮220通过螺栓224可旋转 固定于张紧器臂的一端。皮带轮220围绕第二轴线旋转。皮带轮220能 够设计为与挠性传动件例如有齿或平滑的橡皮带或链条之类的挠性传 动件接合。皮带轮220包括轴承228，其能够在皮带轮220中一体形成 或通过压配合或其它方法安装于皮带轮220，轴承228与张紧器臂216 的支承面232抵接以允许皮带轮220相对于张紧器臂216自由旋转。优 选地，张紧器臂216也通过压铸法或其它合适的生产方法、由铝或其它 合适的材料形成，因而无需任何进一步机械加工。
张紧器臂216进一步包括圆锥形毂236。毂236收容圆锥形的衬套 240，所述衬套在毂236与支承面212之间作用以允许张紧器臂216围 绕沿第一轴线的支柱212枢转。第一轴线相隔一定距离与第二旋转轴线 平行。
衬套240最佳见于图10，其能够由任何合适的低摩擦耐磨材料构成， 例如尼龙4/6(例如Stanyl TW363)，并能够由喷射成型或任何其它合 适的生产方法制造。衬套240的摩擦系数能根据需要，通过添加例如玻 璃、石墨等填充材料，或通过添加例如聚四氟乙烯树脂、干式润滑剂等 润滑剂进行修改。
衬套240既可以是对称的(如图7和8中所示的环状)，也可以是 如图10中所示的非对称的。在任一实施方式中，通过使轴向延伸的花 键状的衬套表面244覆盖支柱212上的毂载荷向量指向的部分，即来自 张紧器臂216的载荷将施加至的部分，并且通过使凹入的或切口的表面 248覆盖支柱212的无载荷(或减小载荷)的支承部分上，能够减小毂 236和支柱212之间的不期望的摩擦阻力。在所示实施方式中，切割表 面248沿大约半个圆周延伸。
衬套表面244能够包括一个或多个外部轴向槽252以助于从毂236 和支承面248之间移除水或杂质并/或允许调节毂236和支柱212之间的 摩擦力。
偏置弹簧256围绕支柱212并在心轴204和张紧器臂216之间作用 以将张紧器臂216和皮带轮220偏置成与由张紧器200张紧的挠性传动 件张紧接合。优选地，弹簧256由具有非圆、优选矩形的横截面的线圈 构成。如本领域普通技术人员所知，由横截面非圆的线圈构成的弹簧相 比同样尺寸的由横截面为圆的线圈构成的弹簧，能产生更大的弹簧力， 从而在偏置力已经给定时，相比具有圆形横截面线圈的张紧器减小了张 紧器200所需的整体包装体积。
如上所述，期望在心轴204与张紧器臂216之间提供一些阻尼以实 现张紧器200的期望操作。因此，张紧器200中设有阻尼结构，在本实 施方式中是阻尼垫260。阻尼垫260能够由任何合适的低摩擦耐磨有机 基材料构成，例如尼龙4/6(例如Stanyl TW363)，且能由喷射成型或 任何其它合适的生产方法制造。
阻尼垫260设置成环绕支柱212并抵靠基部208。优选地，阻尼垫 260包括倾斜或螺旋表面264以接收弹簧256。基部208包括位于倾斜 表面264端部的挡块270，其与弹簧256一端抵接。类似地，张紧器臂 216包括倾斜或螺旋表面274以接收弹簧256。倾斜表面274包括挡块 278，其与弹簧256的一端抵接。
通过提供倾斜或螺旋表面264和274，无需再对弹簧256进行机械 加工以平整弹簧256的顶部和底部。但是如果需要的话，本发明也能够 不采用这些斜面而利用已对最上部和最下部线圈进行过例如磨削等机 械加工以平整其表面的弹簧256。可替代地，可以不采用倾斜表面264 和274并使用未对端面进行机械平整的弹簧256，但是这种方式是次优 选的，因为由此产生的弹簧256的倾斜可能导致无法实现下述的与阻尼 垫的期望接触。
类似地，通过设置挡块270和278，无需再进行机械加工以在弹簧 256的端部形成柄脚，从而潜在地避免了另外的机械加工，尽管能够根 据需要进行这种额外地机械加工。
由于斜面264和274以及挡块270和278是在心轴204的压铸(或 其它合适的生产方法)过程中、张紧器臂216的压铸(或其它合适的生 产方法)过程中以及阻尼垫260的模制过程中形成的，因此在它们的形 成中除了冲模和/或铸模等的初始制造的增量费用，不产生额外的生产 费用。
随着皮带轮220和张紧器臂216沿着挠性传动件解除张紧方向运 动，远离挠性传动件并逆着弹簧256的偏置力，弹簧256的线圈的直径 增大。该增加导致线圈挤压阻尼垫260的竖直阻尼垫壁282，而阻尼垫 260的竖直阻尼垫壁282挤压张紧器臂216的内壁286的摩擦表面。阻 尼垫壁282在弹簧256的线圈的外表面与该内壁286之间的挤压和滑动 产生可变的摩擦力，该摩擦力阻尼该张紧器臂216逆着弹簧256的偏置 力运动。
对本领域普通技术人员来说显而易见的，随着张紧器臂216沿朝向 挠性传动件的张紧方向运动，弹簧256的线圈的直径减小，其允许阻尼 垫260的壁282与张紧器臂216的壁286分离，从而减小了并最终基本 消除了阻尼力。
因此，阻尼垫260和弹簧256提供了沿解除张紧方向比沿张紧方向 大的非对称的阻尼力，这对张紧器的操作是优选的。另外，随着张紧器 臂216运动程度增大，阻尼力增加，从而提供了由位置决定的阻尼力。
除了由于避免额外的加工步骤所得到的成本节约，本发明的其它可 感知的优点之一是张紧器200易于组装。首先，将阻尼垫260布置到心 轴基部208上，将衬套240安装套置到支柱212上。接着，将弹簧256 抵靠倾斜表面264和挡块270安装。然后，将张紧器臂216套着弹簧256 安装且弹簧256的端部布置成抵靠挡块278。最后，将止推垫圈290和 前盘294安装到心轴204上的张紧器臂216的顶部，且心轴204与前盘 294相扣。接着能够将皮带轮220通过螺栓224安装到支承面232并完 成张紧器200的组装。张紧器200采用穿过支柱212的中心孔302的螺 栓(未示出)安装到发动机或其它设备上。
由于大部分张紧器在安装时需要处于部分预加载状态，因此在组装 过程中能够保持心轴204同时将张紧器臂216枢转到期望的安装位置， 接着将“手榴弹销(grenade pin)”296或其它的合适装置穿过张紧器 臂216中的凹口或孔298以与心轴204中的孔或槽300接合，从而使张 紧器200保持在预加载的安装状态，直到随后移除手榴弹销296。如果 不需要使张紧器200处于预卷绕状态，则可以不采用手榴弹销296。
张紧器200采用优选地由压铸法或其它合适的生产方法制造的心轴 204和张紧器臂216，消除了机械加工的需要。相比类似的由具有圆形 横截面的线圈卷绕的弹簧，偏置弹簧256优选地由具有非圆形横截面的 线卷卷绕而成以增加弹簧256的弹簧力。随着张紧器臂216沿挠性传动 件解除张紧方向运动，远离挠性传动件，弹簧256的线圈的直径伸展且 线圈挤压阻尼垫260的一部分使其与张紧器臂216的壁286接触，从而 产生阻尼力。张紧器200易于组装并且对于其能够产生的偏置力需要较 小的包装体积。
现在应当显而易见的，每个张紧器20和200分别提供张紧器臂24 和216的运动的摩擦阻尼，且摩擦阻尼力的一个成分可根据张紧器臂各 自旋转超过其初始位置的度数变化。该可变成分在偏置弹簧的伸展的线 圈抵接支承结构时产生，接着所述支承结构受到增加的法向力的作用， 导致其摩擦力等量地增大。另外，阻尼力是非对称的，其在张紧器臂沿 远离挠性传动件的解除张紧方向运动时以第一特征增加，而在张紧器臂 沿张紧方向回到其初始位置时以第二特征减小。
张紧器200包括位于其偏置弹簧256的线圈内的轴承240，而张紧 器20包括环绕其相应的偏置弹簧84的线圈的衬套60。在张紧器200 允许稍微更加紧凑设计、减小张紧器200所需的包装体积的同时，张紧 器20的更大的支承接触面积允许张紧器20能够处理更大的载荷，因此 使得张紧器20除了适用于内燃机中的辅助传动，还非常适用于高载荷 应用，例如内燃机中的同步传动。
如果需要的话，还预期能够对张紧器臂24或216，或张紧器20或 200的其它部件进行处理以提高其热传递能力。例如，能够将例如加利 福尼亚州的Murrieta地区的Tech Line Coating公司以TLTD品牌销售 的散热涂层应用在轴承36或228安装到其相应的张紧器臂24或216的 部位，以提高热传递能力以便从轴承36或228排除废热。类似地，能 够对张紧器臂24或216与衬套60或240相邻的区域进行类似的处理， 以增强摩擦阻尼力在相应的衬套上产生的废热的排除。可以预料，如果 张紧器臂24或216由工程塑料构成，这种散热涂层将是特别有利的。
图12示出了能通过张紧器20或200获得的阻尼力的非对称性的示 例。在图示的试验案例中，包括张紧器臂24的张紧器20置于试验装置 中，其中张紧器臂24在螺栓32和心轴44的中心之间具有100毫米的 长度。接着将力沿与张紧器臂24的长度基本垂直的方向施加于螺栓32， 并将所施加的力相对于测得的张紧器臂的位移作图。
由图可见，合力-位移图以滞后曲线300的形式说明了能够实现的非 对称阻尼。具体地，当张紧器从沿张紧方向0.5毫米位移到沿解除张紧 方向0.5毫米时(其中0.0毫米是任意选择的张紧器运动范围的标称中 点)，产生的力沿曲线300的上部迅速地从大约200牛顿增大到大约550 牛顿。由图可见，阻尼力在这部分曲线上随着位移几乎线性地增大直到 在中点(0.0毫米)达到大约550牛顿，之后基本恒定。
相反地，当张紧器沿曲线300的下部回到沿张紧方向0.5毫米的初 始位置时，张紧器臂24上的力几乎线性地从大约550牛顿减小到在中 点(0.0毫米)的大约200牛顿，之后基本恒定。
为比较目的，图线304示出了移除可变阻尼特征(即阻尼垫76)之 后，张紧器20的力-位移曲线图。由图可见，在相同的运动范围内，对 于无阻尼形式的张紧器24，张紧器臂24在同样的两个极端位置之间产 生的力处于318.5牛顿到321.5牛顿之间，即——其基本恒定。
本发明提供一种用于挠性传动件的张紧器，例如用于内燃机上的辅 助传动系统或者带或链同步传动系统的张紧器。所述张紧器结构紧凑且 其生产和组装比较经济。另外，所述张紧器向张紧器臂提供阻尼力，该 力至少部分取决于张紧器臂自初始位置旋转的度数，随着张紧器臂自初 始位置不断运动，阻尼力增大。另外，所述张紧器能够提供非对称阻尼 力，当张紧器最初沿解除张紧方向运动时提供较大的阻尼力，而当张紧 器改变运动方向并接着沿张紧方向运动时提供迅速减小的阻尼力。
本发明的上述实施方式旨在作为本发明的示例，本领域的普通技术 人员能够对其进行替换和改型，而不偏离仅由所附权利要求限定的本发 明的范围。