CN109695677A - 一种带有气液增力缸的自动张紧器 - Google Patents

一种带有气液增力缸的自动张紧器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带有气液增力缸的自动张紧器，包括气液增力缸；气液增力缸包括缸体、串联分界壁、储油罐、左部和右部；左部和右部对称地安装于缸体内部；缸体中间固定有串联分界壁；串联分界壁上具有通孔，将左部和右部连通；缸体上对称地安装有两个储油罐；储油罐包括储油罐罐体和储油罐活塞；左部和右部的结构完全相同，均包括密封缓冲块、导向块、活塞杆、液动缸活塞、缸筒串联分界壁、气动缸活塞和挡块；气动缸活塞、串联分界壁和缸体形成气动缸活塞腔，气动缸活塞腔中具有气体。本张紧器通过气动缸活塞***气动缸活塞腔压缩气室气体作为主要缓冲阻尼，该阻尼基本不会随使用时间衰减，保证了张紧器的稳定工作。

Description

一种带有气液增力缸的自动张紧器
技术领域
本发明涉及液压设备领域，具体是一种带有气液增力缸的自动张紧器。
背景技术
为了实现节能减排的目标，汽车发动机自动启停功能逐渐普及。当具有自动启停功能的汽车处于停止状态时，发动机将暂停工作，以节省燃油；当松开制动踏板后，发动机将再次启动。为了实现发动机的快速启动，在发动机附件驱动***中使用的含有一体化启动电机/发电机部件的FEAD(Front End Accessory Drive，前端附件驱动)***需要两个独立的张紧器或者是含有两个张紧臂的自动张紧器对皮带进行张紧，而后者是当今的主流选择。
FEAD***一般包括皮带、启动电机/发电机带轮、曲轴带轮、被驱动附件轮、第一张紧器带轮和第二张紧器带轮。通过使用皮带绕接启动电机/发电机带轮、曲轴带轮、被驱动附件轮、第一张紧器带轮和第二张紧器带轮。因FEAD***有不同的工作模式，在各模式转换下皮带的松紧状态也会随之变换。自动张紧器作为FEAD***中重要组成部分，其主要作用是维持自动张紧器两端带段张力的稳定，增加附件轮的包角，补偿皮带由于张力或磨损引起的变化和衰减，补偿由于发动机转速波动导致的张紧臂的摆动，从而避免皮带产生打滑、噪声和振动，提高***的传动水平，保证***的正常工作。
目前现有的自动张紧器主要有摩擦式和液压式。摩擦式自动张紧器采用阻尼件(螺旋弹簧)为紧边臂收缩时提供阻力并积攒能量，为松边臂伸张时提供动力并释放能量，依靠阻尼件和与其接触的表面的相对滑动为在不同工作状态下的张紧臂提供非对称阻尼。摩擦式的张紧器需要较大的安装空间，同时阻尼件会随着工作时间而磨损，导致阻尼衰减，进而失去功效。液压式自动张紧器则是通过反复压缩内部的油液通过阻尼孔来产生阻尼，其阻尼效果较摩擦式阻尼使用时间长。但自身在产生阻尼的过程中会产生较大的热量，对产生阻尼的液压元件(比如单向阀)会有热影响。而油液在液压元件中来回流动会使液压元件产生磨损，长时间会使液压元件失效。申请号201410462258.3的文献公开了一种发动机附件皮带液压张紧器，采用目前使用较广的液压式张紧器，该结构通过筒体将张紧器分为内外腔室，油液在张紧器压缩和伸张的过程中经柱塞和筒体之间的缝隙或单向阀反复流动于内外两个腔室产生阻尼，由于采用内外腔室，该结构的自动张紧器径向尺寸较大，而且油液从柱塞和筒体的缝隙流出时可能会因为压力不均匀造成柱塞的偏心，影响张紧器的使用寿命。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种带有气液增力缸的自动张紧器。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种带有气液增力缸的自动张紧器，其特征在于该张紧器包括安装支架和气液增力缸；所述气液增力缸包括缸体、串联分界壁、储油罐、左部和右部；缸体通过安装支架固定在FEAD***的架体上；所述左部和右部对称地安装于缸体内部；缸体中间固定有串联分界壁；串联分界壁上具有通孔，将左部和右部连通；缸体上对称地安装有两个储油罐；所述储油罐包括储油罐罐体和储油罐活塞；左部与第一张紧器带轮连接，右部与第二张紧器带轮连接；所述左部和右部的结构完全相同，均包括密封缓冲块、导向块、活塞杆、液动缸活塞、缸筒串联分界壁、气动缸活塞和挡块；
所述缸筒串联分界壁安装在缸体内部，将左部分为液动缸和气动缸；所述密封缓冲块与缸体过盈配合，安装于缸体端部；所述导向块与缸体过盈配合，紧贴密封缓冲块；所述活塞杆的一端穿过密封缓冲块和导向块伸出缸体外侧，端部固定有张紧器带轮套，中部固定有液动缸活塞，穿过缸筒串联分界壁，另一端固定有气动缸活塞；液动缸活塞位于液动缸中，气动缸活塞位于气动缸中；所述张紧器带轮套通过滚动轴承安装在第一张紧器带轮的轴端；所述挡块固定于串联分界壁上；气动缸活塞与挡块无间隙配合并预紧，气动缸活塞沿挡块运动；所述储油罐罐体固定在缸体上，内部具有储油罐活塞，将储油罐分为储油罐油液腔和储油罐活塞腔；所述液动缸活塞腔是液动缸活塞、缸筒串联分界壁和缸体形成的腔体；气动缸活塞杆腔是气动缸活塞、缸筒串联分界壁和缸体形成的腔体；储油罐油液腔通过通油口与液动缸活塞腔连通，储油罐活塞腔通过通气口与气动缸活塞杆腔连通；气动缸活塞、串联分界壁和缸体形成气动缸活塞腔，气动缸活塞腔中具有气体。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
1、本张紧器通过气动缸活塞***气体缓冲室压缩气室气体作为主要缓冲阻尼，该阻尼基本不会随使用时间衰减，而且压缩气体不会像油液流动那样使工作元件产生磨损，保证了张紧器的稳定工作，在整体上能有效衰减由于发动机转速波动导致的张紧臂的摆动。
2、本张紧器有左右对称的两个能相互配合的张紧臂，即松边臂和紧边臂。当FEAD***转换工作模式时，启动电机/发电机带轮两边的皮带松紧状态会发生转换，此时所述两个张紧臂可以根据皮带的松紧状态自动做出相应的动作：紧边皮带处的张紧臂(即紧边臂)压缩固定，松边皮带处的张紧臂(即松边臂)伸出张紧。这样就不会使皮带因FEAD***工作模式的频繁变化而不断伸长，影响驱动***的正常运转。
3、该发明采用气液增力缸来代替现有的螺旋弹簧。当紧边臂收缩时通过自带一定阻尼的液动缸活塞和气动缸活塞以及被挤压的油液和气体缓冲室中的气体的阻力作用来提供阻尼并积攒能量，松边臂伸张时能通过气体挤压膨胀和油液增力两种方式提供动力并释放能量。即使其工作时间过长也不会像螺旋弹簧那样有机械磨损。另外当螺旋弹簧失效需要更换时，只能拆开缸体进行更换，费时费力。而气液增力缸可能会因为不能完全密封而使缸体中的气体逐渐散失，但可以通过设置在缸体上的工作孔(图中未画出)进行补气，操作便利。
4、本张紧器能通过自带一定阻尼的液动缸活塞和气动缸活塞以及被挤压的油液和气体缓冲室中的气体的阻力作用为紧边臂提供较大的阻尼，以自带一定阻尼的液动缸活塞和气动缸活塞以及气动缸活塞杆腔中的被挤压气体为松边臂提供较小的阻尼。这样就能在各种电机模式下为两张紧臂提供适合的阻尼，从而达到快速张紧和衰减皮带振动的工作效用。
5、本张紧器可安装在带有可反转发电机或启动电机/发电机的混合动力汽车内燃机的FEAD***上。该气液增力缸能够提供活塞杆张紧时的动力和活塞杆在不同模式下需要的非对称阻尼，使用寿命长。
附图说明
图1是现有技术中FEAD***的布局图；
图2是现有技术中FEAD***在发电机模式下的传动功能图；
图3是现有技术中FEAD***在启动电机模式下的传动功能图；
图4是本发明一种实施例的整体结构示意图；
图5是本发明一种实施例的气动缸活塞的结构示意图；
图6是本发明一种实施例的导向块和密封缓冲块安装示意图；
图中：1、FEAD***；2、皮带；3、曲轴带轮；4、被驱动附件轮；5、启动电机/发电机带轮；6、第一张紧器带轮；7、第二张紧器带轮；8、安装支架；9、液动缸活塞杆腔；10、张紧器带轮套；11、密封缓冲块；12、导向块；13、活塞杆；14、液动缸通气口；15、液动缸；16、液动缸活塞；17、通油口；18、缸筒串联分界壁；19、油液；20、储油罐罐体；21、储油罐活塞；22、通气口；23、气动缸；24、气动缸活塞；25、气体缓冲室；26、挡块；27、串联分界壁；28、缸体；29、气动缸活塞腔；30、气动缸活塞杆腔；31、储油罐活塞腔；32、储油罐油液腔；33、液动缸活塞腔。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
FEAD***1(如图1所示)包括皮带2、启动电机/发电机带轮5、曲轴带轮3、被驱动附件轮4、第一张紧器带轮6和第二张紧器带轮7。通过使用皮带2绕接启动电机/发电机带轮5、曲轴带轮3、被驱动附件轮4、第一张紧器带轮6和第二张紧器带轮7。
本发明提供了一种带有气液增力缸的自动张紧器(简称张紧器，参见图4-6)，其特征在于该张紧器包括安装支架8和气液增力缸；所述气液增力缸包括缸体28、串联分界壁27、储油罐、左部和右部；缸体28通过安装支架8固定在FEAD***1的架体上；启动电机/发电机带轮5嵌套在缸体28内部，两者不接触；所述左部和右部对称地安装于缸体28内部；缸体28中间固定安装有串联分界壁27；串联分界壁27上具有通孔，将左部和右部连通；缸体28上左右对称地安装有两个储油罐，分别位于左部和右部相同位置上；所述储油罐包括储油罐罐体20和储油罐活塞21；左部与第一张紧器带轮6连接，右部与第二张紧器带轮7连接；所述左部和右部的结构完全相同，均包括密封缓冲块11、导向块12、活塞杆13、液动缸活塞16、缸筒串联分界壁18、气动缸活塞24和挡块26；
以左部为例，所述缸筒串联分界壁18安装在缸体28内部，将左部分为液动缸15和气动缸23；所述密封缓冲块11与缸体28过盈配合，安装于缸体28端部；所述导向块12与缸体28过盈配合，紧贴密封缓冲块11；导向块12用于对活塞杆13进行导向限位，避免活塞杆13与缸体28的接触；所述活塞杆13的一端穿过密封缓冲块11和导向块12伸出缸体28外侧，端部固定有张紧器带轮套10，中部固定有液动缸活塞16，穿过缸筒串联分界壁18，另一端固定有气动缸活塞24；液动缸活塞16位于液动缸15中，气动缸活塞24位于气动缸23中；所述张紧器带轮套10通过滚动轴承安装在第一张紧器带轮6的轴端，通过螺母实现轴向定位；所述挡块26固定于串联分界壁27上；气动缸活塞24与挡块26无间隙配合并预紧，气动缸活塞24沿挡块26运动；所述储油罐罐体20固定在缸体28上，内部具有储油罐活塞21，将储油罐分为储油罐油液腔32和储油罐活塞腔31；所述液动缸活塞腔33是液动缸活塞16、缸筒串联分界壁18和缸体28形成的腔体；气动缸活塞杆腔30是气动缸活塞24、缸筒串联分界壁18和缸体28形成的腔体；储油罐油液腔32通过通油口17与液动缸活塞腔33连通，储油罐活塞腔31通过通气口22与气动缸活塞杆腔30连通；气动缸活塞24、串联分界壁27和缸体28形成气动缸活塞腔29，气动缸活塞腔29中具有气体。
液动缸活塞16、导向块12和缸体28形成液动缸活塞杆腔9。
优选地，液动缸15的下侧由导向块12作为液动缸15的缸体壁，并在靠近这一侧缸体壁处设置一个与外界相连的液动缸通气口14，这样在活塞杆13伸张时不会因受到液动缸活塞杆腔9中压缩气体的阻尼作用而影响张紧速度。
偶数个(优选两个)挡块26对称分布在串联分界壁27的通孔中心线的两侧，将气动缸活塞24、串联分界壁27和缸体28形成的气动缸活塞腔29分成若干独立的气体缓冲室25，用于无间隙配合气动缸活塞24，使气动缸活塞24能够在气体缓冲室25内运动。
储油罐活塞腔31是具有干燥气体的空间，作为气体容量空间与气动缸活塞杆腔30之间进行气体交换。储油罐油液腔32是具有油液19的腔体，作为液体容量空间与液动缸活塞腔33之间进行液体交换。
优选地，导向块12内部套有自润滑轴承，可以使活塞杆13减小摩擦力，便于滑动。
优选地，所述密封缓冲块11与张紧器带轮套10接触的端部为与张紧器带轮套10端面匹配的圆弧面，避免张紧器带轮套10与缸体28的直接接触；密封缓冲块11采用橡胶制成，能减缓撞击的力度，降低***噪声。
优选地，所述活塞杆13为圆弧形；气动缸活塞24具有若干凹槽，用于与挡块26无间隙配合，凹槽数量与挡块26的数量相同。液动缸活塞16是普通的矩形；液动缸活塞16的大小小于气动缸活塞24，气动缸活塞24的具体尺寸与气动缸23的容积和气体缓冲室25有关，液动缸活塞16的具体尺寸与液动缸15容积有关。
优选地，所述缸体28采用缸体弧度大于半圆的圆弧形缸体。
优选地，液动缸15的宽度小于气动缸23，因为液体具有不可压缩性，当气动缸活塞杆腔30中的气体排向储油罐活塞腔31时，排入的气体体积和储油罐20中排出的油液19体积比较接近。如果气动缸23和液动缸15宽度相同，排入液动缸活塞腔33中的油液19难以对液动缸15中的液动缸活塞16作推力，从而达不到增力效果。
优选地，将螺旋弹簧穿过串联分界壁27的通孔，两端分别与左部和右部的气动缸活塞24连接。螺旋弹簧能辅助配合气液增力缸为活塞杆收缩提供阻力，为活塞杆伸张提供助力，并且在气液增力缸工作的情况下可以使螺旋弹簧的压缩量和伸张量减小，延长弹簧的使用寿命。
优选地，启动电机/发电机带轮5的圆心与本张紧器的中心重合(参见图4)。
本发明的工作原理和工作流程是：
当FEAD***1处于启动电机模式时(参见图3)，此时启动电机/发电机带轮5处于启动电机带轮状态，成为主动轮，转动方向为顺时针(本实施例是顺时针)。皮带2在主动轮5的带动下转动，曲轴带轮3和被驱动附件轮4均作为从动轮而顺时针转动。此时第二张紧器带轮7所在的皮带变松，需要张紧器伸张来压缩皮带进行张紧；第一张紧器带轮6所在的皮带变紧而被压迫，左部的活塞杆13被压缩，此时左部为紧边臂。此时存在于液动缸活塞腔33中的油液19受压而通过通油口17流向储油罐油液腔32，储油罐油液腔32容积因此扩大从而推动储油罐活塞21按储油罐油液腔32膨胀方向移动，并挤压储油罐活塞腔31中的气体通过通气口22排向气动缸活塞杆腔30。密封性使得油液19不能通过液动缸活塞16，气体不能通过气动缸活塞24。在活塞杆13收缩过程中会受到自带一定阻尼的液动缸活塞16和气动缸活塞24以及被挤压的油液19和气体缓冲室25中的气体的阻力作用，活塞杆13收缩变慢，从而对张紧器的振动进行衰减。此时，第二张紧器带轮7处的皮带2此时为松边，右部为松边臂，需要活塞杆13伸张带动第二张紧器带轮7进行张紧。因左部的活塞杆13的收缩，存在于左部的气动缸活塞腔29中的气体受压而通过串联分界壁27的通孔进入右部的气动缸活塞腔29中，从而推动右部的活塞杆13向外伸张。此时气动缸活塞杆腔30中的气体被压缩排向储油罐活塞腔31，进而推动储油罐活塞21挤压储油罐油液腔32中的油液19流向液动缸活塞腔33。油液19挤压液动缸活塞16为活塞杆13提供增力，加快活塞杆13的伸张速度，使右部达到快速张紧皮带的目的。
当FEAD***1处于发电机模式时(参见图2)，此时曲轴带轮3为主动轮，转动方向为顺时针(本实施例是顺时针)，启动电机/发电机带轮5此时处于发电机带轮状态。在皮带2的带动下，被驱动附件轮4和启动电机/发电机带轮5均作为从动轮而顺时针转动，此时第一张紧器带轮6所在的皮带变松，需要张紧器伸张来压缩皮带进行张紧；第二张紧器带轮7所在的皮带变紧而被压迫，右部的活塞杆13被压缩，此时右部为紧边臂。此时存在于液动缸活塞腔33中的油液19受压而通过通油口17流向储油罐油液腔32，储油罐油液腔32容积因此扩大从而推动储油罐活塞21按储油罐油液腔32膨胀方向移动，并挤压储油罐活塞腔31中的气体通过通气口22排向气动缸活塞杆腔30。密封性使得油液19不能通过液动缸活塞16，气体不能通过气动缸活塞24。在活塞杆13收缩过程中会受到自带一定阻尼的液动缸活塞16和气动缸活塞24以及被挤压的油液19和气体缓冲室25中的气体的阻力作用，活塞杆13收缩变慢，从而对张紧器的振动进行衰减。此时对于张紧器左部，第一张紧器带轮6处的皮带2此时为松边，左部为松边臂，需要活塞杆13伸张带动第一张紧器带轮6进行张紧。因右部的活塞杆13的收缩，存在于右部的气动缸活塞腔29中的气体受压而通过串联分界壁27的通孔进入左部的气动缸活塞腔29中，从而推动左部的活塞杆13向外伸张。此时气动缸活塞杆腔30中的气体被压缩排向储油罐活塞腔31，进而推动储油罐活塞21挤压储油罐油液腔32中的油液19流向液动缸活塞腔33。油液19挤压液动缸活塞16为活塞杆13提供增力，加快活塞杆13的伸张速度，使左部达到快速张紧皮带的目的。
因为FEAD***每一种工作模式下出现紧边的同时也会出现松边，所以该张紧器左部和右部的工作过程是对应相反的。例如当左部的活塞杆13收缩时，对应的右部的活塞杆13是伸张的。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种带有气液增力缸的自动张紧器，其特征在于该张紧器包括安装支架和气液增力缸；所述气液增力缸包括缸体、串联分界壁、储油罐、左部和右部；缸体通过安装支架固定在FEAD***的架体上；所述左部和右部对称地安装于缸体内部；缸体中间固定有串联分界壁；串联分界壁上具有通孔，将左部和右部连通；缸体上对称地安装有两个储油罐；所述储油罐包括储油罐罐体和储油罐活塞；左部与第一张紧器带轮连接，右部与第二张紧器带轮连接；所述左部和右部的结构完全相同，均包括密封缓冲块、导向块、活塞杆、液动缸活塞、缸筒串联分界壁、气动缸活塞和挡块；
所述缸筒串联分界壁安装在缸体内部，将左部分为液动缸和气动缸；所述密封缓冲块与缸体过盈配合，安装于缸体端部；所述导向块与缸体过盈配合，紧贴密封缓冲块；所述活塞杆的一端穿过密封缓冲块和导向块伸出缸体外侧，端部固定有张紧器带轮套，中部固定有液动缸活塞，穿过缸筒串联分界壁，另一端固定有气动缸活塞；液动缸活塞位于液动缸中，气动缸活塞位于气动缸中；所述张紧器带轮套通过滚动轴承安装在第一张紧器带轮的轴端；所述挡块固定于串联分界壁上；气动缸活塞与挡块无间隙配合并预紧，气动缸活塞沿挡块运动；所述储油罐罐体固定在缸体上，内部具有储油罐活塞，将储油罐分为储油罐油液腔和储油罐活塞腔；所述液动缸活塞腔是液动缸活塞、缸筒串联分界壁和缸体形成的腔体；气动缸活塞杆腔是气动缸活塞、缸筒串联分界壁和缸体形成的腔体；储油罐油液腔通过通油口与液动缸活塞腔连通，储油罐活塞腔通过通气口与气动缸活塞杆腔连通；气动缸活塞、串联分界壁和缸体形成气动缸活塞腔，气动缸活塞腔中具有气体。
2.根据权利要求1所述的带有气液增力缸的自动张紧器，其特征在于液动缸活塞、导向块和缸体形成液动缸活塞杆腔。
3.根据权利要求2所述的带有气液增力缸的自动张紧器，其特征在于液动缸的下侧由导向块作为液动缸的缸体壁，并在靠近这一侧缸体壁处设置一个与外界相连的液动缸通气口，在活塞杆伸张时不会因受到液动缸活塞杆腔中压缩气体的阻尼作用而影响张紧速度。
4.根据权利要求1所述的带有气液增力缸的自动张紧器，其特征在于偶数个挡块对称分布在串联分界壁的通孔中心线的两侧，将气动缸活塞腔分成若干独立的气体缓冲室，用于无间隙配合气动缸活塞，使气动缸活塞能够在气体缓冲室内运动。
5.根据权利要求1所述的带有气液增力缸的自动张紧器，其特征在于储油罐活塞腔是具有干燥气体的空间，作为气体容量空间与气动缸活塞杆腔之间进行气体交换；储油罐油液腔是具有油液的腔体，作为液体容量空间与液动缸活塞腔之间进行液体交换。
6.根据权利要求1所述的带有气液增力缸的自动张紧器，其特征在于导向块内部套有自润滑轴承，可以使活塞杆减小摩擦力，便于滑动。
7.根据权利要求1所述的带有气液增力缸的自动张紧器，其特征在于所述密封缓冲块与张紧器带轮套接触的端部为与张紧器带轮套端面匹配的圆弧面，避免张紧器带轮套与缸体的直接接触；密封缓冲块采用橡胶制成。
8.根据权利要求1所述的带有气液增力缸的自动张紧器，其特征在于优选地，所述活塞杆为圆弧形；气动缸活塞具有若干凹槽，用于与挡块无间隙配合，凹槽数量与挡块的数量相同；液动缸活塞的大小小于气动缸活塞。
9.根据权利要求1所述的带有气液增力缸的自动张紧器，其特征在于液动缸的宽度小于气动缸。
10.根据权利要求1所述的带有气液增力缸的自动张紧器，其特征在于将螺旋弹簧穿过串联分界壁的通孔，两端分别与左部和右部的气动缸活塞连接。
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