НАТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО
TENSIONING DEVICE

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для создания предварительной нагрузки в системах ременной передачи.
Известно «Устройство натяжения ремня привода механизма газораспределения двигателя автомобиля» (патент РФ №2452885, МПК F16H 7/12, опубликованное 10.06.2012, Бюл. №12), содержащее ролик и запрессованный в гнезде ролика подшипник. В центральной части ролика эксцентрично по отношению к его оси выполнено отверстие, в котором с возможностью поворота и вращения расположена втулка. Во втулке эксцентрично выполнено отверстие со смещением его оси в сторону от оси ролика. В отверстии втулки установлено средство поворота втулки. Кронштейн для крепления ролика к корпусу двигателя имеет фиксирующий элемент, на котором зацеплен один конец рабочей пружины. Соединенный с роликом упорный рычаг одним концом соединен с втулкой, а на другом его конце выполнен фиксирующий элемент, на котором зацеплен второй конец рабочей пружины. Между роликом и втулкой расположена надетая на втулку и соединенная с кронштейном направляющая втулка таким образом, что ось направляющей втулки по отношению к оси ролика имеет эксцентриситет.
Изобретение позволяет обеспечить мягкость демпфирования знакопеременных нагрузок на механизме газораспределения двигателя.
Недостатком известного устройства является узкий диапазон демпфирования знакопеременных нагрузок вследствие использования пружины на сжатие и растяжение и сравнительно небольшой ресурс работы вследствие конструктивных особенностей кронштейна, определяющего движение поворотной втулки.
Известно «Натяжное устройство и установочный узел» (патент РФ №2422701, опубликовано 27.06.2011, Бюл. №18), содержащее основание, имеющее жестко соединенный с ним вал, поворотный рычаг, установленный с возможностью поворота на валу, шкив, установленный на поворотном рычаге с возможностью вращения, пружину, зацепленную между основанием и поворотным рычагом. Между поворотным рычагом и валом расположена фрикционная втулка. Удерживающий элемент жестко прикреплен к валу напротив основания. Поворотный рычаг и пружина расположены между удерживающим элементом и основанием. Первое отверстие в основании, второе отверстие в удерживающем элементе и отверстие вала совместно взаимодействуют с крепежным элементом. Ось отверстия в основании смещена на заданное расстояние от оси поворота поворотного рычага, а ось вращения шкива смещена на заданное расстояние от оси. Гнездо для размещения инструмента выполнено в удерживающем элементе. Основание, вал и удерживающий элемент жестко соединены друг с другом с образованием жесткого установочного узла так, что весь установочный узел вращается как единое целое во время установки. Относительное перемещение между основанием, валом и удерживающим элементом во время установки отсутствует. Изобретение позволяет задавать и регулировать натяжение ремня.
Недостатком известного устройства является снижение ресурса работы вследствие сложной конструкции установочного узла (удерживающий элемент, вал, основание) и перекоса фрикционной втулки с низким коэффициентом трения, расположенным между полым валом и поворотным рычагом, возникающим за счет использования одной пружины и несимметричной конструкции.
Известно устройство-прототип «Натяжное устройство» (патент РФ №2449189, опубликовано 27.04.2012), содержащее вал, имеющий часть вала, выполненную с возможностью зацепления с установочной поверхностью, поворотный рычаг, установленный на валу с возможностью поворота вокруг оси, пластину, жестко закрепленную на валу и расположенную на конце вала напротив части вала, торсионную пружину, зацепленную между поворотным рычагом и пластиной для смещения поворотного рычага. Торсионная пружина расположена напротив части вала и непосредственно примыкает к пластине. Шкив установлен на поворотном рычаге. Центр вращения поворотного рычага расположен эксцентрично относительно центра вращения пластины. Поворотный рычаг имеет ушко, которое взаимодействует с частью на пластине для указания относительного положения поворотного рычага относительно пластины во время установки, и часть для размещения инструмента на пластине для вращательного регулирования пластины во время установки. Изобретение позволяет поддерживать относительно постоянное натяжение ремня во всех диапазонах температуры двигателя и обеспечить средство компенсации динамических характеристик ремня и ременной передачи во время колебаний нагрузки.
Недостатком известного устройства-прототипа является снижение ресурса работы устройства. Причиной, препятствующей достижению большего ресурса при использовании известного устройства-прототипа, является перекос поворотного рычага и повышенный износ фрикционной втулки, расположенной между валом и поворотным рычагом, а также усталость торсионной пружины при знакопеременных нагрузках.
Перекос поворотного рычага возникает за счет использования одной пружины и несимметричной конструкции устройства.
Основной задачей, на решение которой направлен заявляемый объект «Натяжное устройство», является создание симметричной конструкции с применением двух торсионных пружин, несущих меньшую нагрузку.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого изобретения, является повышение ресурса работы натяжного устройства
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем вал, поворотный рычаг, установленный на валу с возможностью поворота вокруг оси, фрикционную втулку, установленную между валом и поворотным рычагом, пластину, выполненную с упором для ограничения диапазона вращения поворотного рычага и жестко закрепленную на валу, торсионную пружину, зацепленную на валу между поворотным рычагом и пластиной, шкив, установленный на поворотном рычаге, причем центр вращения поворотного рычага расположен эксцентрично относительно центра вращения пластины, при этом поворотный рычаг имеет ушко, которое взаимодействует с указателем натяжения на пластине, поворотный рычаг выполнен из двух частей, жестко связанных между собой, первая часть поворотного рычага имеет канавку, в которую дополнительно введена вторая торсионная пружина, установленная между валом и первой частью поворотного рычага, вал выполнен с фланцем на одном конце, в котором сформирована канавка для установки второй торсионной пружины. Выполнение поворотного рычага из двух частей, жестко связанных между собой, введение второй торсионной пружины, создание симметричной конструкции позволяет увеличить ресурс работы, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.
Из определенного уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата - повышение ресурса работы, и изобретение основано на:
- дополнении известного устройства-аналога второй торсионной пружиной, установленной между валом и поворотным рычагом для компенсации перекашивающего момента сил, возникающего в результате действия одной торсионной пружины;
- изменении конструкции вала устройства-аналога с использованием фланца с канавкой для установки дополнительной торсионной пружины;
- изменении конструкции поворотного рычага - формировании поворотного рычага из двух частей, жестко связанных между собой, и добавлении к одной из частей фланца с канавкой для установки дополнительной торсионной пружины.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
фиг.1 представляет собой вид с пространственным разнесением элементов натяжного устройства согласно настоящему изобретению;
на фиг.2 представлен вид сверху в перспективе первой части поворотного рычага, второй части поворотного рычага и вала;
на фиг.3 представлен вид снизу в перспективе второй и первой части поворотного рычага;
на фиг.4 представлен вид сверху в перспективе первой и второй части поворотного рычага;
на фиг.5 представлен вид снизу в перспективе вала и поворотного рычага;
на фиг.6 представлен вид сверху в перспективе пластины, поворотного рычага и вала;
на фиг.7 представлен вид сверху в перспективе на вторую часть поворотного рычага;
на фиг.8 представлен вид сбоку в перспективе шкива с подшипником и первой части поворотного рычага;
на фиг.9 представлена первая торсионная пружина.
Введены следующие обозначения:
1 - вал;
1.1 - внутренняя поверхность вала;
1.2 - фланец вала;
1.3 -канавка фланца вала;
1.4 - прорезь фланца вала;
1.5 - наружная поверхность вала;
2 - фрикционная втулка;
3 - первая торсионная пружина;
3.1 - первый элемент первой торсионной пружины;
3.2 - второй элемент первой торсионной пружины;
4 - первая часть поворотного рычага;
4.1 - элемент первой части поворотного рычага для зацепления с первой торсионной пружиной;
4.2 - фланец первой части поворотного рычага;
4.3 - канавка фланца первой части поворотного рычага;
4.4 - наружная поверхность первой части поворотного рычага;
4.5 - направляющие канавки первой части поворотного рычага;
4.6 - элемент первой части поворотного рычага для зацепления со второй торсионной пружиной;
5 - подшипник;
6 - шкив;
7 - вторая часть поворотного рычага;
7.1 - направляющие выступы второй части поворотного рычага;
7.2 - выступ 1 - «упор при горячем двигателе»;
7.3 - выступ 2 - «упор при холодном двигателе»;
7.4 - ушко;
7.5 - элемент для формирования канавки под вторую торсионную пружину;
8 - вторая торсионная пружина;
8.1 - первый элемент второй торсионной пружины;
8.2 - второй элемент второй торсионной пружины;
9 - пластина;
9.1 - паз для фиксации второй торсионной пружины;
9.2-упор;
9.3 - указатель натяжения;
9.4 - отверстие пластины;
10 - крепежный элемент.
На фиг.10 представлены эпюры сил, действующих на поворотный рычаг со стороны двух торсионных пружин. Введены следующие обозначения:
1 - точка приложения силы Fx на поворотный рычаг (первая часть поворотного рычага 4) со стороны первой торсионной пружины 3;
2 - точка приложения силы F2 на поворотный рычаг (вторая часть поворотного рычага 7) со стороны второй торсионной пружины 8;
кр1
кр2
F-F - силы, действующие на поворотный рычаг со стороны первой и второй торсионных пружин соответственно и создающие крутящий момент;
пер1
пер2
F-F - силы, действующие на поворотный рычаг со стороны первой и второй торсионных пружин соответственно и создающие перекашивающий момент поворотного рычага (4, 7) относительно фрикционной втулки 2 и фрикционной втулки 2 относительно вала 1;
N1
N2
F-F - силы, действующие на поворотный рычаг со стороны первой и второй торсионных пружин соответственно и прижимающие поворотный рычаг (4, 7) к фрикционной втулке 3 и фрикционную втулку 3 к валу.
Натяжное устройство содержит вал 1, внутренняя поверхность вала 1.1 установлена на неподвижное основание (не показано на чертежах), фланец вала 1.2 имеет канавку фланца вала 1.3. На торце фланца вала 1.2 расположена прорезь фланца вала 1.4. На наружную поверхность вала 1.5 установлена фрикционная втулка 2. Прорезь фланца вала 1.4 служит для зацепления с первой торсионной пружиной 3 посредством первого элемента первой торсионной пружины 3.1. Первая торсионная пружина 3 с помощью второго элемента первой торсионной пружины 3.2 зацеплена с первой частью поворотного рычага 4 посредством элемента первой части поворотного рычага для зацепления с первой торсионной пружиной 4.1. На фланце первой части поворотного рычага 4.2 расположена канавка фланца первой части поворотного рычага 4.3 для установки первой торсионной пружины 3. Фрикционная втулка 2 расположена между валом 1 и первой частью поворотного рычага 4. На наружной поверхности первой части поворотного рычага 4.4 расположены направляющие канавки первой части поворотного рычага 4.5. На торце противоположного конца от фланца первой части поворотного рычага 4.2 расположен элемент первой части поворотного рычага для зацепления со второй торсионной пружиной 4.6. На наружную поверхность первой части поворотного рычага 4.4 установлен подшипник 5 со шкивом 6. Вторая часть поворотного рычага 7 жестко скреплена с первой частью поворотного рычага 4, причем позиционирование двух частей осуществляется за счет направляющих канавок первой части поворотного рычага 4.5 и направляющих выступов второй части поворотного рычага 7.1. Выступ 1 -7.2 и выступ 2-7.3 второй части поворотного рычага 7 служат для ограничения вращения поворотного рычага. Ушко 7.4 второй части поворотного рычага 7 служит для индикации степени натяжения ремня (не показан на чертеже). Элемент 7.5 служит для формирования канавки под вторую торсионную пружину 8. Вторая торсионная пружина 8 зацеплена с поворотным рычагом 4, 7 с помощью первого элемента второй торсионной пружины 8.1 посредством элемента первой части поворотного рычага для зацепления со второй торсионной пружиной 4.6. Вторая торсионная пружина 8 зацеплена с помощью второго элемента второй торсионной пружины 8.2 с пластиной 9 посредством паза для фиксации второй торсионной пружины 9.1. Упор 9.2 ограничивает вращение поворотного рычага 4, 7 за счет взаимодействия с выступом 1-7.1 и выступом 2-7.2 второй части поворотного рычага 7. Пластина 9 жестко закреплена на наружной поверхности вала 1.5. Указатель натяжения 9.3 взаимодействует с ушком 7.4 второй части поворотного рычага 7. Отверстие пластины 9.4 предназначено для установки крепежного элемента 10, который крепит натяжное устройство к неподвижному основанию (не показано на чертеже).
Устройство работает следующим образом.
Вал 1 натяжного устройства устанавливают на неподвижное основание (не показано на чертежах). Регулируют номинальную нагрузку на ремень (на чертежах не указан) путем поворота пластины 9. Совмещают указатель натяжения 9.3 пластины 9 с ушком 7.4 второй части поворотного рычага 7. Закрепляют пластину 9 на неподвижном основании с помощью крепежного элемента 10. После этого натяжное устройство готово к работе. При этом, если в динамике нагрузка со стороны ремня (не показан на чертежах) на шкив 6 увеличивается, то торсионные пружины 3, 8 натяжного устройства сжимаются, ушко 7.4 и указатель натяжения 9.3 рассогласовываются против часовой стрелки (направление взгляда со стороны пластины 9), момент, действующий на поворотный рычаг (4, 7), увеличивается и возвращает его в исходное состояние, не позволяя ремню (не показан на чертежах) растягиваться сверх нормы. При уменьшении нагрузки со стороны ремня торсионные пружины 3, 8 разжимаются и поддерживают номинальное натяжение ремня (не показан на чертежах) в соответствии с установленными значениями, ушко 7.4 и указатель натяжения 9.3 рассогласовываются по часовой стрелке. При симметричной конструкции натяжного устройства с двумя торсионными пружинами 3, 8 силы, создающие перекашивающий момент (фиг.9), компенсируют друг друга, ликвидируя перекос поворотного рычага (4, 7) относительно фрикционной втулки 2 и фрикционной втулки 2 относительно вала 1. При этом уменьшается износ фрикционной втулки 2, вала 1 и поворотного рычага, увеличивается ресурс натяжного устройства.
Как следует из вышеизложенного, достижение технического результата - увеличение ресурса работы заявляемого устройства по сравнению с прототипом - обеспечивается за счет введения второй торсионной пружины и создания симметричной конструкции натяжного устройства, которая позволяет снизить износ фрикционных (трущихся) элементов. Сопоставление параметров, характеризующих заявляемое изобретение и прототип, позволяет сделать вывод, что ресурс натяжного устройства увеличивается не менее чем на 20% относительно прототипа.
Кроме указанного достигаемого технического результата и преимуществ заявленного устройства следует отметить дополнительное достоинство - торсионные пружины в 2 раза менее нагружены по сравнению с пружиной прототипа, что благотворно влияет на усталостные характеристики материала пружин и, в конечном итоге, предотвращает разрушение пружин в процессе работы при циклических нагрузках, имеющих место при изменении режимов работы приводного двигателя.
Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного изобретения выполняются следующие условия:
- средство, воплощающее устройство натяжения при его осуществлении, предназначено для создания предварительной нагрузки в системах ременной передачи и может быть использовано в машиностроении;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных или других известных до даты подачи заявки средств;
- средство, воплощающего заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».