НАТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО
TENSIONING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к натяжному устройству, а более конкретно к натяжному устройству, имеющему пружину кручения со вторым концом, опирающимся на демпфирующий элемент так, что при нагружении пружины кручения в направлении раскручивания демпфирующий элемент сжимается между вторым концом пружины кручения и основанием, тем самым обеспечивая передачу нормальной силы на поворотный рычаг демпфирующим элементом.
Уровень техники
Механическое натяжное устройство используется для автоматического регулирования натяжения ремня переднего привода вспомогательных агрегатов для применений в автомобильных двигателях. Такое натяжное устройство содержит поворотный рычаг, который вращается вокруг оси, закрепленной на основании, и использует втулочный подшипник на оси для обеспечения опорной поверхности для вращающегося поворотного рычага. Пружина кручения часто используется с одним концом, соединенным с поворотным рычагом, и другим концом, соединенным через основание для смещения положения поворотного рычага и положения прикрепленного шкива относительно поликлинового ремня. Пружина также используется для создания силы пружины, действующей с демпфирующим средством, которое создает нормальную составляющую силы к фрикционной поверхности скольжения для подавления или демпфирования колебательных движений поворотного рычага.
Поскольку поликлиновый ремень должен быть направлен ко всем вспомогательным агрегатам, то обычно он становится более длинным, чем его предшественники. Для надлежащей работы ремень устанавливают с заданным натяжением. Во время его работы он незначительно растягивается в длину. Это приводит к уменьшению натяжения ремня, что может привести к проскальзыванию ремня. Следовательно, натяжное устройство ремня используется для поддержания надлежащего натяжения ремня, поскольку ремень растягивается во время использования.
Во время работы натяжного устройства движущийся ремень может вызывать колебания в пружине натяжного устройства. Эти колебания являются нежелательными, поскольку они приводят к преждевременному износу ремня и натяжного устройства. Поэтому к натяжному устройству добавлен демпфирующий механизм для демпфирования рабочих колебаний.
Разработаны различные демпфирующие механизмы. Они включают в себя вязкожидкостные демпферы, механизмы на основе фрикционных поверхностей, скользящих или взаимодействующих друг с другом, и демпферы, использующие множество взаимодействующих пружин. По большей части эти демпфирующие механизмы работают в единственном направлении, ограничивая перемещение ремня в одном направлении. Это в целом приводит к недемпфированным колебаниям, возникающим в ремне во время работы, когда рычаг натяжного устройства совершает колебания между положениями нагружения и разгрузки.
Системы известного уровня техники основаны на использовании натяжного устройства, установленного податливо для следования движения ремня. Обычно натяжное устройство устанавливают с низкой степенью демпфирования для содействия этой податливости. В результате этого системы известного уровня техники работали неудовлетворительным образом во время изменений нагрузки. Привод вспомогательных агрегатов работал нормально, когда двигатель работал с устойчивыми оборотами. Натяжное устройство, опирающееся на ремень, поддерживало натяжение в пролете. Обычно натяжное устройство после коленчатого вала в направлении перемещения ремня. Демпфирование регулировали так, чтобы натяжное устройство гасило большинство колебаний движущегося ремня.
Проблемы возникают тогда, когда скорость вращения двигателя быстро изменяется в диапазоне 5000-10000 оборотов в минуту. В этом случае, вспомогательные агрегаты, такие как генератор переменного тока, из-за инерции вращения продолжают приводить в движение ремень после уменьшения оборотов. Это приводит к натяжению ремня на расположенной дальше по ходу стороне коленчатого вала, нагружая натяжное устройство. Если коэффициент демпфирования в натяжном устройстве оказывается слишком низким, то натяжное устройство неспособно противодействовать увеличению натяжения ремня и рычаг отводится в направлении от ремня. В результате, натяжное устройство не поддерживает достаточное натяжение ремня. Это обеспечивает проскальзывание ремня на шкиве коленчатого вала, поскольку при подведении ремня к коленчатому валу возникают скрипы. Некоторые известные системы уровня техники основаны на средстве блокирования рычага натяжного устройства в направлении нагружения для предотвращения уменьшения натяжения ремня. Однако блокирование натяжного устройства предотвращает выполнение натяжным устройством его соответствующей функции демпфирования колебаний ремня.
Многие из систем известного уровня техники зависят от блокирования натяжного устройства или от конкретного механического устройства для решения проблемы быстрого изменения оборотов двигателя. Ни одна из систем не решает двойственную проблему предотвращения скрипа во время изменений скорости, продолжая при этом гасить колебания ремня. Кроме того, системы известного уровня техники могут быть сложными и дорогими, требующими сложные механические устройства для регулирования перемещения рычага натяжного устройства. Системы известного уровня техники являются относительно большими, требуя пространства на поверхности двигателя.
В результате были разработаны асимметричные натяжные устройства, которые изменяют демпфирующую силу в зависимости от направления нагружения натяжного устройства. Это обеспечивало высокий коэффициент демпфирования для использования в направлении нагружения, при этом используя значительно уменьшенный коэффициент демпфирования в направлении разгрузки. Эти натяжные устройства содержат пружину кручения, которая находится в зацеплении с демпфирующим устройством в двух контактных точках, создавая, таким образом, крутящий момент, который заставляет демпфирующее устройство прикладывать нормальную силу на фрикционной поверхности демпфирующего механизма. Пружина кручения работает для приложения момента к демпфирующему механизму в направлении закручивания.
Представителем уровня техники является патент США №6,609,988, в котором раскрыта асимметричная система демпфирующего натяжного устройства для ременных приводов на двигателе. Ремень соединен между ведущим шкивом на коленчатом валу и любым количеством ведомых шкивов. Каждый ведомый шкив соединен с вспомогательным агрегатом, таким как генератор переменного тока, насос рулевого привода с усилителем, компрессор или т.п. Натяжное устройство располагают в любом месте перед первой составляющей значительной действующей инерции в направлении движения ремня. Смещающий элемент в натяжном устройстве используется для поддержания натяжения в ремне. Натяжное устройство дополнительно содержит демпфирующий механизм для демпфирования колебаний ремня, вызванных в результате работы двигателя. Демпфирующее трение натяжного устройства является неравномерным или асимметричным в зависимости от направления перемещения рычага натяжного устройства. Во время ускорения демпфирующее трение натяжного устройства в направлении разгрузки значительно ниже, чем демпфирующее трение в противоположном направлении или направлении разгрузки, как это происходит во время замедления. Более низкое демпфирующее трение во время ускорения обеспечивает быстрое регулирования рычага натяжного устройства для увеличения длины ремня в результате ускорения. Более высокое демпфирующее трение во время замедления препятствует перемещению рычага натяжного устройства слишком далеко в направлении нагружения, тем самым вызывая проскальзывание и шум. Асимметричное демпфирование также значительно уменьшает вибрацию всего ремня во время всех периодов работы.
Существует необходимость в натяжном устройстве, содержащем пружину кручения, имеющую второй конец, опирающийся на демпфирующий элемент так, что при нагружении пружиной кручения в направлении раскручивания демпфирующий элемент сжимается между вторым концом пружины кручения и основанием, тем самым обеспечивая передачу нормальной силы на поворотный рычаг демпфирующим элементом. Настоящее изобретение удовлетворяет данную необходимость.
Раскрытие изобретения
Основным аспектом изобретения является создание натяжного устройства, содержащего пружину кручения, имеющую второй конец, опирающийся на демпфирующий элемент так, что при нагружении пружиной кручения в направлении раскручивания демпфирующий элемент сжимается между вторым концом пружины кручения и основанием, тем самым обеспечивая передачу нормальной силы на поворотный рычаг демпфирующим элементом.
Другие аспекты изобретения будут отмечены или станут очевидными в нижеследующем описании изобретения и приложенных чертежах.
Изобретение представляет собой натяжное устройство, содержащее основание с валом, поворотный рычаг, находящийся в зацеплении с валом, шкив, сочлененный с поворотным рычагом, дугообразный демпфирующий элемент, находящийся во фрикционном зацеплении с внутренней поверхностью поворотного рычага, пружину кручения, имеющую первый конец, находящийся в зацеплении с поворотным рычагом, и второй конец, опирающийся на демпфирующий элемент так, что при нагружении пружиной кручения в направлении раскручивания демпфирующий элемент сжимается между вторым концом пружины кручения и основанием, тем самым обеспечивая передачу нормальной силы на поворотный рычаг демпфирующим элементом.
Краткое описание чертежей
Приложенные чертежи, которые включены в описание и являются его частью, иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием служат для пояснения принципов изобретения.
Фиг.1 представляет собой вид натяжного устройства в поперечном сечении.
Фиг.2 представляет собой вид натяжного устройства с пространственным разнесением элементов.
Фиг.3 представляет собой подробный вид в перспективе пружины, демпфирующего элемента и основания.
Фиг.4 представляет собой вид в перспективе демпфирующего элемента.
Фиг.5 представляет собой вид в перспективе демпфирующего элемента.
Фиг.6 представляет собой схематичную диаграмму сил, действующих на демпфирующий элемент.
Фиг.7 представляет собой вид с пространственным разнесением элементов альтернативного варианта осуществления натяжного устройства.
Фиг.8 представляет собой подробный вид в перспективе пружины, демпфирующего элемента и основания.
Фиг.9 представляет собой вид в перспективе альтернативного демпфирующего элемента.
Фиг.10 представляет собой вид в перспективе альтернативного демпфирующего элемента.
Фиг.11 представляет собой схематичную диаграмму сил, действующих на альтернативный демпфирующий элемент.
Фиг.12 представляет собой вид в поперечном сечении альтернативного варианта осуществления натяжного устройства.
Фиг.13 представляет собой вид в перспективе с пространственным разнесением элементов альтернативного варианта осуществления, показанного на фиг.12.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
Фиг.1 представляет собой вид натяжного устройства в поперечном сечении. Натяжное устройство содержит основание 10, с которым соединен вал 11. Вал 11 установлен в основание 10 посредством прессовой посадки. Крепежное средство (F) вставлено через отверстие 16 в валу 11. Крепежное средство закрепляет натяжное устройство на установочной поверхности (MS), такой как двигатель.
Поворотный рычаг 20 находится в поворотном зацеплении с валом 11. Втулка 12 расположена между поворотным рычагом 20 и валом 11. Крышка 13 удерживает поворотный рычаг 20 на валу 11, упорная шайба 14 расположена между крышкой 13 и поворотным рычагом 20.
Пружина 30 кручения находится в зацеплении с поворотным рычагом 20 и демпфирующим элементом 40. Пружина 30 кручения смещает поворотный рычаг 20 для нагружения ремня (не показан). Пружина кручения также сжимается между крышкой 13 и основанием 10, тем самым оказывая осевую нагрузку на демпфирующий элемент 40. «Осевое» направление является параллельным валу 11.
Шкив 50 сочленен с поворотным рычагом 20 посредством подшипника 60. Крепежное средство 51 соединяет подшипник 60 с поворотным рычагом 20. Пылезащитная крышка 52 препятствует загрязнению подшипника 60.
Демпфирующий элемент 40 находится в фрикционном зацеплении с внутренней поверхностью 21 поворотного рычага 20 и поверхностью 15 основания 10.
Фиг.2 представляет собой вид натяжного устройства с пространственным разнесением элементов. Ремень (не показан) находится в зацеплении с поверхностью 53 шкива.
Пружина 30 кручения имеет первый диаметр D1 и второй диаметр D2. D1 больше D2 для обеспечения зацепления пружины 30 кручения с демпфирующим элементом 40. Диаметр D2 расположен радиально внутри дугообразного корпуса 45. Конец 32 входит в зацепление с концом 42 по касательной (смотреть силу F2 на фиг.6). «Радиально внутрь» относится к валу 11.
Основание 10 содержит выступ 17, который препятствует вращению основания 10 во время работы натяжного устройства.
Фиг.3 представляет собой подробный вид в перспективе пружины, демпфирующего элемента и основания. Конец 41 демпфирующего элемента 40 входит в зацепление с выступом 18. Выступ 18 продолжается от основания 10.
Конец 32 пружины 30 кручения входит в зацепление с концом 42 демпфирующего элемента 40. Сила сжатия пружины прикладывается концом 32 на конец 42, конец 41, выступ 18, который оказывает силу противодействия.
Фиг.4 представляет собой вид в перспективе демпфирующего элемента. Фрикционный материал 43 нанесен или прикреплен к радиально внешней поверхности 47 корпуса 45 демпфирующего элемента. Корпус 45 выполнен дугообразным для установки радиально на внутренней поверхности 21 поворотного рычага 20. Плоский элемент 44 проходит радиально внутрь корпуса 45. Фрикционная поверхность 43 входит в зацепление с внутренней поверхностью 21.
Виток пружины опирается на опорный элемент 46 пружины, в результате чего осевая сила сжатия пружины передается плоскому элементу 44.
Фиг.5 представляет собой вид в перспективе демпфирующего элемента. Фрикционный материал 430 нанесен или прикреплен на плоском элементе 44. Фрикционный материал 430 входит в зацепление с поверхностью 15 основания.
Фиг.6 представляет собой схематичную диаграмму сил, действующих на демпфирующий элемент. На чертеже показаны векторы, относящиеся к работе натяжного устройства. При работе пружина 30 кручения нагружается в направлении раскручивания и разгружается в направлении закручивания.
Сила противодействия от основания передается через выступ 18. Нагрузка от пружины кручения передается от конца 32 к концу 42.
Нагрузка, переданная пружиной кручения, вызывает перемещение демпфирующего элемента 40 радиально и прижатие к внутренней поверхности 21, тем самым создавая нормальную силу на поверхности фрикционного материала 43, а сила противодействия создается поворотным рычагом 20. Нормальная сила, умноженная на коэффициент трения между 43 и 12, создает демпфирующую силу, которая, в свою очередь, демпфирует колебания поворотного рычага 20 во время работы.
Для этого механизма демпфирования и коэффициента демпфирования характерна значительная асимметричность, означающая, что демпфирующая сила в направлении нагружения значительно больше, чем демпфирующая сила в направлении разгрузки. Трение от демпфирующего элемента 40 приводит к изменению величины силы F1 (силы трения от демпфирующего устройства к рычагу), но не приводит к изменению силы F2 (силы от пружины кручения к поворотному рычагу).
В этом варианте осуществления асимметрия коэффициента демпфирования приблизительно составляет 2:1 или 60% демпфирование в направлении нагружения и 30% демпфирование в направлении разгрузки. Радиальная нагрузка на втулку 12 при работе равна установочной радиальной нагрузке, например, 550Н, плюс дополнительная радиальная нагрузка от демпфирующего механизма (сила противодействия от рычага, фиг.6). Любое увеличение центральной нагрузки вследствие трения уравновешивается увеличением силы F1 в противоположном направлении.
Демпфирующий элемент 40 не перемещается относительно основания 10 вследствие зацепления с выступом 18.
Фиг.7 представляет собой вид в перспективе с пространственным разнесением элементов альтернативного варианта осуществления натяжного устройства. Элементы и ссылочные позиции альтернативного варианта осуществления являются такими же как и на фиг.1-6 за исключением демпфирующего элемента 400.
В данном варианте осуществления демпфирующий элемент 400 содержит два элемента 430А и 430B из фрикционного материала.
Фиг.8 представляет собой подробный вид в перспективе пружины, демпфирующего элемента и основания. Конец 401 демпфирующего элемента 400 входит в зацепление с выступом 18. Выступ 18 проходит от основания 10. Пружина 30 кручения имеет прямоугольное поперечное сечение.
Конец 32 пружины 30 кручения входит в зацепление с концом 402 демпфирующего элемента 400 по касательной. Диаметр D2 расположен радиально внутри дугообразного корпуса 450 так, что конец 32 может войти в зацепление с концом 402 по касательной (сила F2 на фиг.11). Сила сжатия пружины прикладывается концом 32 к концу 402, концу 401, выступу 18, тем самым выступ 18 оказывает силу противодействия.
Фиг.9 представляет собой вид в перспективе альтернативного демпфирующего элемента. Элементы 430A и 430B из фрикционного материала наносятся или прикрепляются к корпусу 450 демпфирующего элемента. Корпус 450 выполнен дугообразным для установки радиально на внутренней поверхности 21 поворотного рычага 20. Плоский элемент 440 проходит радиально внутрь корпуса 450. Элементы 430A и 430B из фрикционного материала входят в фрикционное зацепление с внутренней поверхностью 21.
Виток пружины опирается на опорный элемент 460 пружины, посредством чего осевая сила сжатия пружины передается плоскому элементу 440.
Элементы 440A и 440B из фрикционного материала входят в зацепление с поверхностью 15 основания.
Фиг.10 представляет собой вид в перспективе альтернативного демпфирующего элемента. Виток пружины опирается на выступ 460, тем самым передавая нагрузку на демпфирующий элемент 400.
Элементы 440A и 440B из фрикционного материала расположены на радиально внешней поверхности 470 корпуса.
Фиг.11 представляет собой схематичную диаграмму сил, действующих на альтернативный демпфирующий элемент. Как отмечено на фиг.6, на диаграмме показаны векторы, относящиеся к работе натяжного устройства. При работе пружина 30 кручения нагружается в направлении раскручивания, и разгружается в направлении закручивания.
Сила противодействия от основания передается посредством выступа 18. Нагрузка от пружины кручения передается от конца 32 к концу 402.
Нагрузка, переданная пружиной кручения, вызывает перемещение демпфирующего элемента 400 радиально наружу, таким образом, создавая нормальную силу на поверхности фрикционного материала 430А и 430В, а сила противодействия создается поворотным рычагом 20. Нормальная сила, умноженная на коэффициент трения между элементами 430А, 430В и 12, создает демпфирующую силу трения, которая, в свою очередь, демпфирует колебания поворотного рычага 20 во время работы.
Для этого механизма демпфирования и коэффициента демпфирования характерна значительная асимметричность, означающая, что демпфирующая сила в направлении нагружения значительно больше, чем демпфирующая сила в направлении разгрузки. Трение со стороны демпфирующего элемента 400 приводит к изменению величины силы F1 (силы трения от демпфирующего механизма на рычаг), но не приводит к изменению силы F2 (силы сжатия от пружины кручения на поворотный рычаг).
Фиг.12 представляет собой вид альтернативного варианта осуществления натяжного устройства в поперечном сечении. Натяжное устройство в этом альтернативном варианте осуществления содержит основание 100, в поворотном зацеплении с которым находится вал 110. Втулка 120 расположена между основанием 100 и валом 110.
Вал 110 установлен с прессовой посадкой в поворотный рычаг 200. Крепежное средство (F) вставлено в каждое отверстие 160 в основании 100. Натяжное устройство закреплено на установочной поверхности (MS), например, двигателя, крепежными средствами.
Пружина 300 кручения находится в зацеплении с поворотным рычагом 200 и демпфирующим элементом 400. Пружина 300 кручения смещает поворотный рычаг 200 для нагружения ремня (не показан). Пружина 300 кручения также сжимается между поворотным рычагом 200 и основанием 100, прикладывая, таким образом, осевую нагрузку на демпфирующий элемент 400. «Осевое» направление параллельно относительно вала 110.
Шкив 500 сочленен с поворотным рычагом 20 посредством подшипника 600. Крепежное средство 510 соединяет подшипник 600 с поворотным рычагом 200. Пылезащитная крышка 520 препятствует засорению подшипника 600.
Демпфирующий элемент 400 входит в фрикционное зацепление с внутренней поверхностью 111 основания 100.
Фиг.13 представляет собой вид с пространственным разнесением элементов альтернативного варианта осуществления, показанного на фиг.12. Ремень (не показан) входит в зацепление с поверхностью шкива 530.
Конец 320 пружины 300 кручения входит в зацепление с концом 402 по касательной (см. описания фиг.2, 3, 8, 11 и силы F2 на фиг.6). «Радиально внутрь» относится к валу 110. Конец 310 пружины 300 кручения входит в зацепление с основанием 100.
Поворотный рычаг 200 содержит выступ 170, который входит в зацепление с концом 401 демпфирующего элемента 400. При работе пружина 300 кручения нагружается поворотным рычагом в направлении раскручивания и разгружается в направлении закручивания. В этом варианте осуществления демпфирующий элемент 400 содержит два элемента 430A и 430B из фрикционного материала, как описано относительно фиг.9, 10 и 11. Однако в еще одном альтернативном варианте осуществления демпфирующий элемент 400 может быть заменен демпфирующим элементом 40, как описано относительно фиг.4, 5, 6.
Нагрузка, переданная поворотным рычагом на пружину кручения, вызывает сжатие демпфирующего элемента 400 и перемещение радиально наружу, создавая, таким образом, нормальную силу на поверхности фрикционного материала 430A и 430B, а сила противодействия создается основанием 100. Нормальная сила, умноженная на коэффициент трения между элементами 430A, 430B и поверхностью 111, создает демпфирующую силу трения, которая, в свою очередь, демпфирует колебания поворотного рычага 20 при работе.
Выступ 112 на основании 100 входит в зацепление с пазом 210 в поворотном рычаге 200. Введение в зацепление выступа 112 с каждым концом паза 201 ограничивает поворот поворотного рычага 200 при работе натяжного устройства.
Конструкция пружины кручения и демпфирующего элемента во всех вариантах осуществления и способ, посредством которого конец 32 пружины кручения входит в зацепление с демпфирующим элементом по касательной, также приводит к созданию сил F1 и F2, находящихся в направлении по касательной относительно демпфирующего элемента.
Хотя был описан вариант осуществления изобретения специалистам в данной области техники будет очевидно, что могут быть выполнены изменения в конструкции и взаимодействии элементов, не выходящие за рамки сущности и объема описанного изобретения.