带有滑动棘齿机构的枢轴臂张紧器.pdf

一种发动机链条或皮带张紧系统包括带有一个棘齿作用装置的一个张紧器枢轴臂，该棘齿作用装置包括在发动机正时系统内的后冲。该张紧器系统包括具有固定销的一个张紧器枢轴臂、径向伸出的多个棘齿、一个张紧器枢轴臂偏置器件以及啮合这些径向伸出的棘齿的一个棘齿机构。该棘齿机构被定向为使该张紧器枢轴臂在一个方向自由地转动，但是在相反的方向的反向驱动受限制。

1.  一种张紧器，包括：
a)一个枢轴臂，该枢轴臂可围绕一个固定枢轴销转动；
b)多个径向伸出的棘齿，这些棘齿与该枢轴臂一起绕着该固定的枢轴销枢转；
c)一个支架，该支架具有一个啮合槽并且支持一个啮合机构，该啮合机构用于啮合这些棘齿并且可滑动地安装在该槽内；
d)一个啮合机构偏置器件，该啮合机构偏置器件在一个棘齿啮合的方向上作用于该啮合机构；以及
e)一个枢轴臂偏置器件，该枢轴臂偏置器件朝向一个链条或一个皮带偏置该枢轴臂；
其中该槽相对于该棘齿被定向，以便在该啮合机构跳过一个第一啮合的棘齿之前使该第一啮合的棘齿在该链条或该皮带的方向上过度延伸。

2.  如权利要求1所述的张紧器，其中这些棘齿被成形为使得一旦该啮合机构跳过该第一啮合的棘齿，则该啮合机构啮合一个第二啮合的棘齿。

3.  如权利要求1所述的张紧器，其中这些棘齿、该支架以及该啮合机构被形成为使该张紧器具有一个限定量的可允许的后冲。

4.  如权利要求1所述的张紧器，其中该啮合机构包括一个球。

5.  如权利要求1所述的张紧器，其中该啮合机构包括一个销。

6.  如权利要求1所述的张紧器，其中该啮合机构偏置器件选自下组，该组包括：
a)一个扭力弹簧；
b)一个压缩弹簧；
c)一个拉伸弹簧；以及
d)一个片弹簧。

7.  如权利要求1所述的张紧器，其中该枢轴臂偏置器件选自下组，该组包括：
a)一个扭力弹簧；
b)一个压缩弹簧；
c)一个张力弹簧；以及
d)一个液压活塞。

8.  如权利要求1所述的张紧器，其中该槽被定向为相对于来自该固定枢轴销的一条径向线成一个角度θ，在该啮合机构跳过该第一该啮合的棘齿之后该固定枢轴销确定可允许的后冲的量。

9.  如权利要求1所述的张紧器，其中该支架具有一个支撑槽并且进一步包括具有该啮合槽的一个折片，该折片由该支架形成并且被折叠，这样该啮合槽以及该支撑槽支撑该啮合机构的各个端部。

10.  一种张紧器，包括：
a)一个枢轴臂，该枢轴臂可围绕一个固定枢轴销转动；
b)多个径向伸出的棘齿，这些棘齿与该枢轴臂一起绕着该固定的枢轴销枢转；
c)一个棘爪，该棘爪啮合这些棘齿；
d)一个支架，该支架具有一个槽并且包括啮合该棘爪并在该槽内可滑动地安装的一个啮合机构；
e)一个啮合机构偏置器件，该啮合机构偏置器件在该棘爪与该棘齿啮合的一个方向上作用于该啮合机构上；
f)一个枢轴臂偏置器件，该枢轴臂偏置器件朝向一个链条或一个皮带偏置该枢轴臂；
这样当该棘爪和该啮合机构的横向行程受到该槽的几何形状的限制时，该枢轴臂和这些棘齿的进一步转动迫使该棘爪与这些棘齿脱离啮合以便发生跳齿。

11.  如权利要求10所述的张紧器，其中该支架、该棘爪以及该啮合机构被形成为使得直接在跳齿之后允许后冲，但这受到该棘爪与该槽的几何形状之间的可滑动安装的限制。

12.  如权利要求10所述的张紧器，其中该啮合机构是一个销。

13.  如权利要求10所述的张紧器，其中该啮合机构偏置器件是选自下组，该组包括：
a)一个扭力弹簧；
b)一个压缩弹簧；
c)一个拉伸弹簧；以及
d)一个片弹簧。

14.  如权利要求10所述的张紧器，其中该枢轴臂偏置器件选自下组，该组包括：
a)一个扭力弹簧；
b)一个压缩弹簧；
c)一个张力弹簧；以及
d)一个液压活塞。

带有滑动棘齿机构的枢轴臂张紧器
相关申请的引用
本申请对2006年10月25日提交的名称为“带有滑动棘齿机构的枢轴臂张紧器”(PIVOT ARM TENSIONER WITH SLIDING RATCHETMECHANISM)的临时申请号60/862,780中披露的一项或多项发明提出权利要求。特此要求根据35 USC§119(e)对该美国临时申请的权益，并且上述申请通过引用结合在此。
技术领域
本发明总体上涉及在汽车正时和动力传输应用中与多个链条驱动器共同使用的多个张紧器。本发明具体涉及一种棘齿作用张紧器系统。
背景技术
一种张紧器件(如一个机械张紧器)用作对于链条在多个链轮之间行进时的动力传输链条或者类似动力传输器件的控制器件。在该器件中，链条从一个主动链轮到一个从动链轮传送动力，所以该链条的一部分松弛而一部分绷紧。总体上讲，在齿状链条的情况下，重要的是传递和保持链条中某种程度的张力，以避免噪音、滑脱、或齿的不啮合。对这种滑脱的预防在内燃机中的一个链条驱动式凸轮轴的情况中特别重要，因为齿的跳动将会失去凸轮轴正时，从而可能造成损坏或者使发动机不运行。
然而，在内燃机的苛刻环境中，多种因素可能造成链条张力中的波动。例如，该发动机的不同零件之间的温度和热膨胀系数方面的大范围的变化可能造成该链条张力在过高或过低水平之间的变化。在长期使用过程中，该动力传输系统的部件的磨损可能造成链条张力降低。此外，凸轮轴和曲轴引起的扭转振动也会导致链条张力的相当大的变化。例如在发动机停机或者起动失败时出现的发动机反向转动也会导致链条张力的波动。为此，希望有一种机构来去除链条的绷紧侧上的过度张紧力并确保该链条的松弛侧上的必要张力。
机械叶片和液压张紧器在过去已经被用于将张力施加到链条上。使用机械张紧器是保持适当的链条张力的一种普遍的方法。通常，这些机构采用推靠在动力传输系统的松弛侧的链条上的一个杠杆臂。当链条松弛时，该杠杆臂必须朝向该链条推动，从而将该链条绷紧，并且在该链条绷紧时必须是刚性的。
图1示出了美国专利号6,447,414中披露的一个液压张紧器，该张紧器带有一个柔性张紧器臂，该张紧器臂带有一个片弹簧。该液压张紧器被安装在一个链条10附近，该链条被示意性地示出。链条10包括两个段12、14，每个段接触该张紧器的相对的侧面。该张紧系统包括一个臂16和在液压张紧器壳体40中的一个液压张紧器20。臂16沿着上链条段12施加张力。第二链条段14在张紧器壳体的底部沿着一个固定臂42或者路径行进。
臂16的一个端部17被枢接到一个支撑件22上，该支撑件形成该张紧器壳体的一部分。臂16的中心部分由液压张紧器20的活塞26的上部24支撑。臂16的自由端19由另一个壳体支撑件28支撑。将臂16定位，以使其上侧32靠在链条段12的下侧34上。臂16的底侧36被定位并抵靠在张紧器活塞26的上侧24上。臂16的一个端部17具有在点38附近的一个单一的枢轴，而另一个端部19是自由的并且能够沿着多个壳体支撑件28中的一个滑动。曲轴链轮44的移动促使链条10以及各自的段12和14移动。链条段12围绕一个平衡轴链轮46缠绕。
图2示出了美国专利号6,849,015中披露的一个机械张紧器。该张紧器被定位为控制正时链条66的一个绷紧段64和一个松弛段65。一个臂54承载一个垫块53，该垫块位于正时链条66的松弛段65的外部。如果链条在箭头59的方向上移动，则张紧器臂54接纳该松弛并将张力施加到链条上。优选臂54和垫块53由一个固定销58附接到一个张紧器枢轴臂51上。张紧器枢轴臂51在枢轴52有一个枢轴特征。当一个力在箭头56的方向上被施加在点55上时，发生张力调整。在箭头56方向上的回转力由附接在点55的一个拉伸弹簧57产生。用于施加该回转力的弹簧的类型包括扭力弹簧、压缩弹簧、张力弹簧或者液压张紧器。
通过增加一个棘轮特征(如棘齿61)来限制张紧器枢轴臂51的过度反向转动，其中这些棘齿与一个棘爪63连接。温度变化(例如，一个热发动机或一个冷发动机)对链条的环境(例如，发动机组、汽缸头、水、油等等)的影响导致链条的绷紧和松弛。为了容纳这种紧绷和松弛，该组件要求一定量的后冲。作为一个实例，该后冲被示为在棘爪63内的其枢轴销上的一个开槽的或者过大的孔，该枢轴销带有由拉伸弹簧60在箭头62方向上施加到棘爪63一个弹簧力并抵靠在棘齿61上。这些棘齿61、棘爪界面以及销的大小等是根据链条负载来确定，而链条负载受不同的连杆臂和/或力矩臂以及适当的棘齿增量的影响。
当在点58的臂54和垫块53至张紧器枢轴臂51的附接允许臂54和垫块53如所示出的那样进行枢转时，垫块53将其自身与链条66对齐，从而使它的两半上的载荷与摩擦平衡，同时让步于链条的移动(即弦线下降、链条抽动、链条波动、等等)。
发明内容
一种发动机链条或皮带张紧系统包括带有一个棘齿装置的张紧器枢轴臂，该棘齿装置包括在发动机正时系统内的后冲。该张紧器系统包括具有固定销的一个张紧器枢轴臂、径向伸出的多个棘齿、一个张紧器枢轴臂偏置器件以及与这些径向伸出的棘齿啮合的一个棘齿机构。该棘齿机构被定向为使得该张紧器枢轴臂在一个方向自由转动，但是在该相反的方向的反向驱动受到限制。
在一个第一实施方案中，该张紧器包括一个枢轴臂、多个径向伸出的棘齿、一个支架、一个啮合机构偏置器件以及一个枢轴臂偏置器件。该枢轴臂可围绕一个固定枢轴销转动。该径向伸出的棘齿随着该枢轴臂围绕着该固定枢轴销枢转。该支架有一个啮合槽并支撑在槽内可滑动地安装的啮合机构，该啮合机构用于啮合该棘齿。该啮合机构偏置器件在棘齿啮合的方向上作用在该啮合机构上。该枢轴臂偏置器件是该枢轴臂朝向一个链条或者一个皮带偏置。该槽相对于这些棘齿被定向，这样在该啮合机构跳过该啮合的棘齿之前一个啮合的棘齿在一个链条或者皮带的方向上发生过度延伸。
在一个第二实施方案中，该张紧器包括一个枢轴臂、多个径向伸出的棘齿、一个棘爪、一个支架、一个啮合机构偏置器件以及一个枢轴臂偏置器件。该枢轴臂可围绕一个固定枢轴销转动。该径向伸出的棘齿随着该枢轴臂围绕着固定枢轴销枢转。该棘爪啮合这些棘齿。该支架具有一个槽并且包括一个啮合机构，该啮合机构啮合该棘爪并且可滑动地安装在该槽内。该啮合机构偏置力在一个棘爪与这些棘齿啮合的方向上作用于该啮合机构上。该枢轴臂偏置器件使该枢轴臂朝向一个链条或者一个皮带偏置。当该棘爪与该啮合机构的横向行程被该槽的几何图形限制时，该枢轴臂和这些棘齿的进一步转动迫使该棘爪与这些棘齿脱离啮合，这样就发生跳齿。
附图说明
图1示出了现有技术中已知的一种液压张紧器。
图2示出了现有技术中已知的一种机械张紧器。
图3示出了本发明的一种张紧器。
图4示出了本发明的一个替代实施方案中的张紧器。
图5示出了本发明的一个实施方案中的一个张紧器枢轴臂，该枢轴臂带有沿图3中线5-5包覆模制的一个棘轮支架。
图6示出了图3中的安装支架的一个侧视图。
图7示出了本发明的一个实施方案中使销或球偏置的偏置力的一个实例。
具体实施方式
本发明的一种发动机链条或皮带张紧系统包括带有一个棘齿装置的张紧器枢轴臂，该棘齿装置包括在一个发动机正时系统中的后冲(反向驱动)。该张紧器系统包括具有固定枢轴销的一个张紧器枢轴臂以及附到该张紧器枢轴臂上的径向伸出的多个棘齿。在一个实施方案中，优选该张紧器臂用塑料制成。由一个张紧器枢轴臂偏置器件对该枢轴臂进行偏置。优选该枢轴臂偏置器件是一个弹簧，包括但不局限于扭力弹簧、压缩弹簧、或张力弹簧。可替代地，该枢轴臂偏置器件是一个液压活塞。一个啮合机构(如一个销或球)啮合这些径向伸出的棘齿。一个支架可滑动地包含该销或球，而且一个偏置力(机械力或重力)使该销或球偏置。该偏置力的一些实例包括但不限于扭力弹簧、压缩弹簧、拉伸弹簧或片弹簧。这些径向伸出的棘齿围绕与该张紧器枢轴臂相同的固定枢轴点枢转。在一个实施方案中，该支架和枢轴销被定位在该链条或皮带段的外侧。
优选通过增加一个棘轮特征(例如，多个棘齿)使该张紧器枢轴臂的过度反向转动受到限制，这些棘齿干扰可滑动地安装在一个槽内的销或球。发动机运行环境(例如温度、热收缩等)以及来自驱动部件和从动部件的输入导致该链条的绷紧或松弛。为了容纳这样的绷紧和松弛，该组件要求有一定量的后冲。
张紧器枢轴臂的棘齿作用和后冲是通过允许啮合这些棘齿的销或球在固定支架的一个槽内可滑动地安装来实现的。该槽相对于这些棘齿的定向要求啮合的棘齿在销或球跳过该棘齿之前在该链条的方向(在这些图中是逆时针方向)上进行过度延伸。一旦跳过先前啮合的棘齿，该销或球可滑动地与后一个棘齿啮合。因为为了跳齿要求棘轮过度转动，这里存在一个有限量的可允许的反向驱动，从而去除该张紧器枢轴臂系统的零反向驱动条件。
本发明的一个第二实施方案包括具有一个固定枢轴销的张紧器枢轴臂、附装在该张紧器枢轴臂上并围绕着与该张紧器枢轴臂相同的固定枢轴转动的多个径向伸出的棘齿、啮合这些径向伸出的棘齿的一个棘爪、附装在该棘爪上并且可滑动地安装在一个支架的槽内的一个销以及在棘齿啮合的方向上作用于该棘爪上的一个偏置力(机械力或重力)。
该张紧器枢轴臂的棘齿作用和后冲是通过允许支架可滑动地包含销和棘爪来实现的。当该张紧器枢轴臂在自由转动的方向上转动时，棘爪和销在槽内滑动到一个点，棘爪和销的横向行程在该点受到槽的几何形状的限制。在该点上，张紧器枢轴臂和这些棘齿的进一步转动迫使棘爪与该棘齿脱离啮合，直到发生跳齿的一个点。直接在跳齿之后，张紧器枢轴臂的反向驱动得到允许并且受到该棘爪、销以及支架槽之间的可滑动配合的限制。这种定向允许该张紧器枢轴臂的有限的反向驱动，甚至在紧接着跳齿之后也是如此。
图3、图5和图6示出了本发明的一个实施方案中的张紧器。该张紧器包括带有一个棘齿装置的张紧器枢轴臂100，该棘齿装置包括在一个发动机正时系统中的后冲。张紧器枢轴臂100具有一个固定枢轴销105以及一个棘齿轮110，该棘齿轮包括附到张紧器枢轴臂100的多个径向伸出的棘齿104。这些径向伸出的棘齿104绕着与张紧器枢轴臂100相同的固定枢轴销105枢转。该张紧器也包括偏置该张紧器枢轴臂的一个器件。虽然在图5中示出了偏置张紧器枢轴臂100的一个扭力弹簧108，但其他的偏置器件也可用于替代该扭力弹簧，这些偏置器件包括但不限于压缩弹簧、张力弹簧或液压活塞张紧器。一个啮合机构(如销或球103)与径向伸出的棘齿104啮合。优选该啮合机构可滑动地安装在一个支架101的槽102内。销或球103受到一个偏置力的偏置，优选该偏置力是机械力或重力。
如图6可最清楚地看出，为了形成用于支撑销103的槽102，优选支架101的一部分在三个侧面上被穿通以形成一个折片。然后将该折片向后折起来形成一个U形。该U形的底部112从支架101的主要部分向外延伸，并且该折片的其余部分114平行于支架101延伸。除了在外部分114上的槽102之外，优选在支架101内有一个内槽116，这样这些槽在每一个端部上支撑销或球103。优选这些棘齿104在支架101与折片114之间延伸，从而啮合销103的中间部分。
为了将销保持在这些槽内，优选该销被实质性地变形以便如一个链销那样被铆接，或者由垫圈和铆钉保持在适当的位置。在任何情况下，销的材料被变形，以使它变为非圆形的。这种变形不允许该销在该槽内侧向行进，但并不限制在该槽方向上的移动。
图7中示出了作为这种偏置力的一个实例的一个片弹簧700。片弹簧700在一个偏置方向701将销或球103偏置。在图6的实施方案中，优选片弹簧700被安装到支架101的U形节段112的顶部，以朝向与这些棘齿的啮合将销或球103偏置。用于偏置力的其他实例包括但不限于扭力弹簧、压缩弹簧或拉伸弹簧。在一个实施方案中，支架101和枢轴销105定位于链条106或皮带段的外侧。
优选张紧器枢轴臂100的过度反向转动是通过增加一个棘轮特征(如棘齿104)来实现的，该棘轮部件干扰可滑动地安装在支架101的槽102内的销或球103。一个可替代的棘轮部件是一个或多个棘爪，这些棘爪不同于以下所讨论的棘爪207。将槽102定向为相对于棘齿104与来自该固定枢轴销的一条经线成一个角度θ，其方式为：在销或球103跳过该棘齿之前要求啮合的棘齿在自由转动方向上过度延伸。角度θ确定了跳齿之后的可允许的反向驱动的量，这样渐增的角度增大了所允许的反向行程，而渐减的角度减少了所允许的反向行程。一旦跳过先前啮合的棘齿，销或球103可滑动地与随后的棘齿啮合。由于为了跳齿而要求棘轮的过度转动，这里存在一个有限量的可允许的反向驱动，从而消除了张紧器枢轴臂100的零反向驱动的状态。优选将角度θ的值定制为用于在每个张紧器的特定应用中的最佳可允许反向驱动。
图4示出了本发明的一个第二实施方案中的一个张紧器。该实施方案中的张紧器包括具有一个固定枢轴销205的张紧器枢轴臂200以及附到张紧器枢轴臂200的多个径向伸出的棘齿204，这些径向伸出的棘齿围绕与张紧器枢轴臂200相同的固定枢轴转动。一个棘爪207啮合这些径向伸出的棘齿204。一个销203可滑动地安装在支架201的一个槽202内并且被附到棘爪207上。一个偏置力(机械力或重力)在棘齿啮合的方向上作用在棘爪207上。
当张紧器枢轴臂200在链条松弛的段206方向上转动时，棘爪207和销203在槽202内滑动到一个点上，棘爪207和销203的横向行程在该点受到槽202的几何形状的限制。在该点上，张紧器枢轴臂200和棘齿204的进一步转动迫使棘爪207朝向跳齿发生的点松开棘齿204。紧接着跳齿之后允许张紧器枢轴臂的反向驱动，但受到棘爪207、销203和支架槽202的几何形状之间的可滑动配合的限制。该定向允许张紧器枢轴臂的受限制的反向驱动，甚至在紧接着跳齿之后也是如此。
本发明有很多优点。例如，该棘齿机构减少张紧器枢轴臂反向行程、维持该链条的适当控制并且消除低链条张力的情形以及这种条件所导致的噪音。此外，该系统的被允许的后冲消除了过度链条张力的情形以及张紧器枢轴臂反向行程不足以及链条张力过度所导致的任何噪音。
因此，应理解在此说明的本发明的这些实施方案仅仅是对本发明的应用原理的说明。这里所提及的这些所说明的实施方案的细节并非旨在限制权利要求书的范围，权利要求书本身列举了那些被认为是本发明必需的特征。