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技术领域

本发明涉及机械技术领域，特别是涉及一种阻尼机构；本发明尤其适用于 在汽车发动机的张紧器中使用。

背景技术

发动机前端附件系统中，由于发动机运转造成的皮带振动是不被希望的； 皮带振动所带来的问题是，一方面振动造成舒适性下降，另一方面造成附件轮 系整体寿命降低。所以，张紧器需要通过阻尼机构来减少振动。

在皮带远离张紧轮方向上(即张紧器卸载方向)，为了保持张紧器的顺应 性和为了保持皮带有足够的张力，期望在这个方向的阻尼值尽可能的小。

运转中的发动机如果突然减速，电机等转动惯量较大的附件会拉紧皮带松 边，驱使张紧器向加载方向运动，使皮带变短，并驱动皮带向曲轴运动，造成 皮带在曲轴上打滑，产生异响等不良现象。而如果张紧器在加载方向上有足够 的阻尼力，会明显抑制这种情况发生。

运转中的发动机如果突然加速，由于电机等转动惯量较大的附件的作用， 曲轴会拉紧紧边皮带，使之变短，并驱动松边皮带向电机运动，使松边更松， 长度增加，造成皮带在电机上打滑。而如果张紧器在卸载方向上阻尼力足够小， 会即时响应松边皮带的增长，并保持皮带有足够张力，从而明显抑制了皮带打 滑情况发生。

综合以上情况，希望张紧器在加载方向上有较大的阻尼，而在卸载方向上 阻尼足够小。

现有技术的自动式张紧器，绝大多数都是对称阻尼，即在张紧器加载和卸 载方向上的阻尼值都是一样的，此外，还有少量的非对称阻尼张紧器。现有技 术中的非对称阻尼张紧器，其存在的问题有三：一是内部结构样式太少；二是 阻尼非对称的性能指标还不高；三是要达到实用的非对称系数的阻尼机构，需 要两个阻尼块，制造成本较高。

发明内容

为了解决现有技术张紧器内部结构样式少、非对称性能指标还不高、以及 成本高的问题，本发明提出了以下技术方案。

一种阻尼机构，包括：推块、具有圆弧形摩擦面的阻尼块、弹簧、以及具 有圆形壁的阻尼机构腔体；圆形壁围绕旋转中心轴线设置；

所述的阻尼块，其一端与推块为第一抵接触，其另一端与弹簧的首端为第 二抵接触；第一抵接触和第二抵接触始终存在；

所述的弹簧，其采用圆柱螺旋扭转弹簧，其尾端与阻尼机构腔体固定连接， 其预加了扭矩；工作中，加载使得弹簧外直径相对变小，卸载使得弹簧外直径 相对变大；

所述的推块设有产生扭矩和弯矩的突起结构；突起结构的外侧与弹簧的内 侧相抵；以突起结构与弹簧相抵处为界，弹簧被分成簧丝长度不等的两个部分， 弹簧首端位于簧丝长度相对短的部分，弹簧尾端位于簧丝长度相对长的部分。

本发明的有益效果是：一是提供了内部结构不一样的张紧器，二是摩擦力 的非对称系数值很高，三是明显降低了制造成本。现有技术的非对称阻尼机构 至少需要使用两个阻尼块，而本发明仅使用一个阻尼块，所以制造成本低。

附图说明

图1是发明的示意图之一；

图2是图的左视图；

图3是图1的后视图；

图4是图1的A-A向剖视图；

图5是图1的B-B向剖视图；

图6是图5去除了弹簧的示意图；

图7是图5去除了弹簧和去除了阻尼块的示意图；

图8是图7的立体示意图；

图9是图6中的阻尼块示意图；

图10是图9的俯视图；

图11是图9的立体示意图；

图12是弹簧3预加了扭矩的示意图，在装配过程中，需要对弹簧3施加 压力，上下两个箭头代表施加压力的方向；

图13是加载使得弹簧3外直径相对变小的示意图；弹簧尾端在图的上部， 其保持不动；弹簧首端在图的下部，加载时弹簧首端如图中箭头所示的方向运 动；

图14是卸载使得弹簧3外直径相对变大的示意图；弹簧尾端在图的上部， 其保持不动；弹簧首端在图的下部，卸载时弹簧首端如图中箭头所示的方向运 动；

图15是发明阻尼机构的爆炸示意图之一，爆炸示意图又称展开示意图；

图16是发明阻尼机构的爆炸示意图之二，本图与图13表达的是同一发明 物，但爆炸排列的方向相反；

图17是发明阻尼机构的作用力示意图，本图由图5改变过来；

图18是加载状态作用力示意图，图中右下侧的逆时针单向箭头代表：加 载时阻尼块的运动方向；

图19是对图18的作用力进行水平方向分解的示意图；

图20是对图18的作用力进行竖直方向分解的示意图；

图21是卸载状态作用力示意图，图中右下侧的顺时针单向箭头代表：卸 载时阻尼块的运动方向；图中，Fn为摩擦面所受正压力。

图22是对图21的作用力进行水平方向分解的示意图；

图23是对图21的作用力进行竖直方向分解的示意图；

图24是X、Y、以及XY比值的示意图；

图25是第一和第二抵接触处中心点、第一和第二直线、以及夹角A的示 意图。

标号说明

推块(1)；突起结构(1-1)；阻尼块(2)；阻尼套(2-A)；阻尼支架(2-B)； 阻尼支架弯头(2-B-1)；接触平面(2-B-2)；弹簧(3)；弹簧弯头(3-1)；阻 尼机构腔体(4)；圆形壁(4-1)；旋转中心轴线(5)；

底座(31)；张紧臂(32)；带轮(33)；螺钉(34)；防尘盖(35)；衬套(36)； 面板(37)；带轮(38)；防尘盖(39)；轴承(40)；螺钉(41)；张紧臂(42)； 芯轴(43)；

阻尼块圆弧形摩擦面半径(X)；第一抵接触点与旋转中心轴线的最短距离 (Y)；第一抵接触处中心点(YC)；第二抵接触处中心点(EC)；第一直线(DYZX)； 第二直线(DEZX)；第一直线和第二直线夹角(A)。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明的总体技术方案，下面分别予以描述、说明和解释。

本发明的总体技术方案，描述如下。

发明阻尼机构包括：推块1、具有圆弧形摩擦面的阻尼块2、弹簧3、以 及具有圆形壁4-1的阻尼机构腔体4；圆形壁4-1围绕旋转中心轴线5设置；

所述的阻尼块2，其一端与推块1为第一抵接触，其另一端与弹簧3的首 端为第二抵接触；第一抵接触和第二抵接触始终存在；

所述的弹簧3，其采用圆柱螺旋扭转弹簧，其尾端与阻尼机构腔体4固定 连接，其预加了扭矩；工作中，加载使得弹簧3外直径相对变小，卸载使得弹 簧3外直径相对变大；

所述的推块1设有产生扭矩和弯矩的突起结构1-1；突起结构1-1的外侧 与弹簧3的内侧相抵；以突起结构1-1与弹簧3相抵处为界，弹簧3被分成簧 丝长度不等的两个部分，弹簧3首端位于簧丝长度相对短的部分，弹簧尾端位 于簧丝长度相对长的部分。

本发明的总体技术方案描述如上；下面对总体技术方案所涉及到的若干问 题进行说明和解释。

对于相关的现有技术，介绍如下。

由于本发明的一种阻尼机构，尤其适用于在汽车发动机的张紧器中使用， 所以现有技术的张紧器，均对本发明而言是现有技术；因此，本发明全部专利 申请文件对现有技术着墨不多，而是将介绍的重点放在发明技术上。虽然如此， 下面还是要对现有技术作若干介绍。

1.在现有技术中，采用如下四者零部件的张紧器为常见的技术方案：推块 1、具有圆弧形摩擦面的阻尼块2、弹簧3、以及具有圆形壁4-1的阻尼机构腔 体4。

2.圆形壁的阻尼机构腔体，其腔体内部为圆柱形的镂空空间，其腔体壁呈 圆形。

3.阻尼块的摩擦面与阻尼机构腔体的圆形壁表面形状吻合，即该两者贴 合，或者讲该两者具有相同的曲率；也就是讲，阻尼块的摩擦面也是圆弧形的。

4.阻尼块的摩擦面与阻尼机构腔体的圆形壁表面，该两个面具有共同的旋 转中心轴线5。阻尼机构腔体的圆形腔体壁，它具有中心轴线；阻尼块的摩擦 面为圆弧形，该圆弧形必然对应着一个圆心，阻尼块摩擦面转动时的转动轴线、 经过圆心。当阻尼块和阻尼机构腔体发生相对的转动时，两者具有共同的旋转 中心轴线5。

5、围绕旋转中心轴线5，阻尼块的摩擦面与阻尼机构腔体的圆形壁表面 发生相对的来回摩擦转动。

A.使用在张紧器中的的阻尼机构，阻尼块和阻尼机构腔体发生的是来回摩 擦转动，而不会发生按顺时针方向连续无限的转动，也不会发生按逆时针方向 连续无限的转动。

B.阻尼块和阻尼机构腔体发生的是相对转动，a.可以视为是：阻尼块发生 相对转动而阻尼机构腔体相对不转动，b.也可以视为是：阻尼块相对不转动而 阻尼机构腔体发生相对转动。

相关的现有技术介绍如上；下面对发明技术进行详细说明和解释。

一、在常见的现有技术中，阻尼块的两端与推块抵接触，并且在加载和卸 载转换的瞬间，阻尼块与推块丧失抵接触压力。

而在本发明中，阻尼块2的一端与推块1为第一抵接触，阻尼块2的另一 端与弹簧3的首端为第二抵接触；第一抵接触和第二抵接触始终存在，也就是 说：在加载和卸载转换的瞬间，阻尼块依旧受到推块1和弹簧3的抵接触压力。

二、在本发明中，关于弹簧有如下说明和解释。

1.弹簧3采用圆柱螺旋扭转弹簧。

2.弹簧3的尾端与阻尼机构腔体4固定连接，具体的固定方法可以使用紧 固件，或者使用焊接，但既经济又方便的方法如下：

在阻尼机构腔体4内开设槽体，弹簧3的尾端部位折成90°弯角，弹簧3 尾端的弯角插入槽内。

3.弹簧3预加了扭矩，也解释讲，装配完成后的发明阻尼机构，弹簧3 已经被预加了扭矩，施加的扭矩方向如图12所示。

4.工作中，加载使得弹簧3外直径相对变小，情况如图13所示。图13 是加载使得弹簧3外直径相对变小的示意图；弹簧尾端在图的上部，其保持不 动；弹簧首端在图的下部，加载时弹簧首端如图中箭头所示的方向运动。

卸载使得弹簧3外直径相对变大，情况如图14所示。图14是卸载使得弹 簧3外直径相对变大的示意图；弹簧尾端在图的上部，其保持不动；弹簧首端 在图的下部，卸载时弹簧首端如图中箭头所示的方向运动。

三、在本发明中，推块1和弹簧3还存在如下特点。

1.推块1设有突起结构1-1；该突起结构在弹簧两端受力时，限制弹簧 平移，由于限制了平移，弹簧两端受力后产生了扭矩和弯矩。

2.突起结构1-1的外侧与弹簧3的内侧相抵，参见图X4进行理解。

3.以突起结构1-1与弹簧3相抵处为界，弹簧3被分成簧丝长度不等的两 个部分，弹簧3首端位于簧丝长度相对短的部分，弹簧尾端位于簧丝长度相对 长的部分。弹簧3首端位于簧丝长度相对短的部分，其好处之一是：可以节约 空间和成本。

四、本发明存在如下好处。

1.与现有技术相比，提供了内部结构不一样的张紧器。

2.摩擦力的非对称系数值很高。

3.现有技术的非对称阻尼机构至少需要使用两个阻尼块，而本发明仅仅使 用一个阻尼块，所以制造成本可以大幅度降低。

以上，对总体技术方案进行了描述、说明和解释；下面，对各个进一步的 技术方案作描述、说明和解释。

进一步技术方案1。

技术方案描述如下。

所述阻尼块2的圆弧形摩擦面，其半径尺寸命名为X；所述的第一抵接触， 其接触点与旋转中心轴线5的最短距离尺寸命名为Y；X和Y的比值大于等于 1.2；

或者X和Y的比值大于2；

X和Y的比值，即X除以Y所得到的数值。

相关的说明和解释如下。

1.比值越大，非对称性越明显。

2.参见图24进行理解；图中未绘制旋转中心轴线5；旋转中心轴线5穿 过阻尼机构腔体4圆形壁4-1的中央，换言之，圆形壁4-1围绕旋转中心轴线 5设置。

3.用最短距离绘制直线，则该直线与旋转中心轴线5垂直。

进一步技术方案2。

技术方案描述如下。

所述阻尼块2另一端与弹簧3的首端为第二抵接触，其结构如下：弹簧3 的首端具有弯头结构，阻尼块2另一端的端面与弹簧弯头3-1抵接触。

相关的说明和解释如下。

参见图5等等进行理解。

进一步技术方案3。

技术方案描述如下。

所述的第一抵接触和所述的第二接触，它们还具有如下结构特点：

过阻尼块第一抵接触处中心点YC与旋转中心轴线5画最短连接直线为第 一直线DYZX，过阻尼块第二抵接触处中心点EC与旋转中心轴线5画最短连接 直线为第二直线DEZX，第一直线DYZX和第二直线DEZX的夹角为A；

所述的A，其数值为大于100°角度、以及小于260°角度；或者，所述 的A，其数值为大于145°角度、以及小于215°角度；或者，所述的A，其数 值为大于175°角度、以及小于185°角度。

相关的说明和解释如下。

结合图25进行理解。图25是第一和第二抵接触处中心点、第一和第二直 线、以及夹角A的示意图。图25中未绘制旋转中心轴线5；旋转中心轴线5 穿过阻尼机构腔体4圆形壁4-1的中央，换言之，圆形壁4-1围绕旋转中心轴 线5设置。

1.阻尼块2的一端与推块1为第一抵接触，在该两者抵接触处的区域，我 们将该区域的中心视为第一抵接触处的中心点。阻尼块2的另一端与弹簧3 的首端为第二抵接触，在两者抵接触处的区域，我们将该区域的中心视为第二 抵接触处的中心点。

2.中心点与旋转中心轴线5可以画很多连接直线；只有与旋转中心轴线5 垂直的连接直线为最短连接直线。

3.技术效果最好的是：A数值等于180°角度。

进一步技术方案4。

技术方案描述如下。

所述的阻尼块2包括：在外的阻尼套2-A和在内的阻尼支架2-B，该两者 固定连接；所述的内和外，其方向是：旋转中心轴线5朝向圆形壁的方向为外 的方向，反之为内的方向；

阻尼套2-A朝外的摩擦面为圆弧形，其摩擦面与阻尼机构腔体4的圆形壁 4-1吻合；

所述的阻尼支架2-B具有阻尼支架弯头2-B-1；所述的阻尼支架弯头2-B-1 朝内伸出并设有接触平面2-B-2；阻尼支架弯头2-B-1的接触平面2-B-2与推 块1抵接触。

相关的说明和解释如下。

参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图 11进行理解。

实施例一

本实施例通过作用力的分析和计算，证明本发明可以实现：加载摩擦力大 于卸载摩擦力。

结合图17、图18、图19、图20、图21、图22、图23进行说明。

以下四个参数作为初始条件；在张紧器结构设计过程中，可以对这些参数 进行调整。

L0----弹簧与阻尼块接触点至旋转中心轴线距离：

L1----推块与阻尼块接触点至旋转中心轴线距离：

Tspr----弹簧扭矩；

μ----阻尼块与阻尼机构腔体4圆形壁4-1的摩擦系数。

下面六个参数是由以上已知条件决定的：

F0----弹簧施加在阻尼块上的力；

F1----加载状态时张紧器输出的力；

F2----卸载状态时张紧器输出的力；

f1----加载状态时摩擦力；

f2----卸载状态时摩擦力；

Fn----摩擦面所受正压力；

θ------摩擦面作用点与中心夹角。

图17是发明阻尼机构的作用力示意图，本图由图5改变过来。

阻尼块与阻尼机构腔体摩擦圆弧面，它们的实际接触面是一个区域，在理 论计算时，可以由该接触区域的中心点来代表；接触区域中心点的位置在数值 上用角度θ来表示。

水平方向的力平衡方程可以解出θ的值；水平方向的力平衡方程，其简化 后只有μ和θ两个参数，而μ值在材料确定后就是确定的，它被认为是个已知 值；所以，θ值是被μ值来确定的。

加载方向和卸载方向，在水平方向上的力平衡方程是一样的，因此，解出 来的θ值是对称的。

θ＝artg(μ)

一、加载作用力分析：

1.图18是加载状态作用力的示意图，图中右下侧的逆时针单向箭头代表： 加载时阻尼块的运动方向；图中，Fn为摩擦面所受正压力，同时，阻尼机构 腔体4圆形壁4-1上受到反压力，它们是一对作用力和反作用力，两者大小相 等、方向相反。

在图18中，

F0＝Tspr/L0，F0与弹簧扭矩Tspr大小成正比、与L0大小成反比；

扭矩：L1×F1＝Tspr+f1×R；

水平方向：Fn×sinθ＝f1×cosθ＝Fn×μ×cosθ；

所以：θ＝artg(μ)；

竖直方向：F0+F1＝Fn×cosθ+f1×sinθ；

解得：f1＝(F0+Tspr/L1)/(cosθ/μ+sinθ–R/L1)。

2.图19是对图18的作用力进行水平方向分解的示意图；

在图19中，f1s＝fns，f1s＝f1×cosθ,fns＝Fn×sinθ。

3.图20是对图18的作用力进行竖直方向分解的示意图；

在图20中，f1c＝f1×sinθ,fnc＝Fn×cosθ。

4.f1s是f1的水平分力；fns是Fn的水平分力；fnc是Fn的竖直分力； f1c是f1的竖直分力。

二、卸载作用力分析：

图21是卸载状态作用力的示意图，图中右下侧的顺时针单向箭头代表： 卸载时阻尼块的运动方向；图中，Fn为摩擦面所受正压力。

在图21中，

F0＝Tspr/L0；

扭矩：L1×F2＝Tspr–f2×R；

水平方向：Fn×sinθ＝f2×cosθ＝Fn×μ×cosθ；

所以：θ＝artg(μ)；

竖直方向：F0+F2＝Fn×cosθ+f2×sinθ；

解得：f2＝(F0+Tspr/L1)/(cosθ/μ+sinθ+R/L1)。

2.图22是对图21的作用力进行水平方向分解的示意图；

在图22中，fns＝f2s，f2s＝f2×cosθ,fns＝Fn×sinθ。

3.图23是对图21的作用力进行竖直方向分解的示意图；

在图23中，f2c＝f2×sinθ,fnc＝Fn×cosθ。

4.f2s是f2的水平分力；fns是Fn的水平分力；fnc是Fn的竖直分力； F2c是f2的竖直分力。

三、加载摩擦力和卸载摩擦力之比值K，及其意义。

加载摩擦力f1/卸载摩擦力f2＝K ＝(cosθ/μ+sinθ+R/L1)/(cosθ/μ+sinθ-R/L1)

由上式可知：分子(第一括号内计算所得的数值)肯定大于分母(第二括 号内计算所得的数值)，即：加载摩擦力肯定大于卸载摩擦力，这正是本发明 所要达到的目标。

实施例二

本实施例发明机构见图15和图16。图15是发明阻尼机构的爆炸示意图 之一，爆炸示意图又称展开示意图；图16是发明阻尼机构的爆炸示意图之二， 本图与图13表达的是同一发明物，但爆炸排列的方向相反。

在本实施例中，推块1和底座31制造为一体。推块1和底座31如果做成 两个单独的零件也是可以的，但是此做法是劣化的方法，本发明不予以推荐。 如果将推块1和底座31做成两个单独的零件，则它们也没有相对的运动，也 没有其他的好处，只有增加了成本费用。

弹簧3在装配中预加了扭矩，装配时施加的外力方向如图12中的两个箭 头所示。因为弹簧3预加了扭矩，所以第一抵接触和第二抵接触始终存在。还 有，弹簧3在预加扭矩前、外直径相对大，弹簧3在预加扭矩后、外直径相对 小。

在本实施例中，X和Y的比值大于3；X和Y的意义见图24。

在本实施例中，第一直线DYZX和第二直线DEZX所形成的夹角A为180° 角度。

在本实施例中，阻尼块2由在外的阻尼套2-A和在内的阻尼支架2-B构成， 两者固定连接。

本实施例中的阻尼机构，其安装在汽车发动机的张紧器中，非对称系数高， 相关数据如下。

已知设计参数：

L0----弹簧与阻尼块接触点至旋转中心轴线距离：27mm

L1----推块与阻尼块接触点至旋转中心轴线距离：9mm

Tspr----弹簧扭矩；30N.m

μ----阻尼块与阻尼机构腔体4圆形壁4-1的摩擦系数。0.15

可以根据上文公式及已知设计参数解方程求出加载和卸载时的摩擦力f1 和f2，

f1----加载状态时摩擦力；1304.15

f2----卸载状态时摩擦力；441.15

从而求出非对称系数K

K＝f1/f2＝2.96