НАТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО
STRETCHING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретения
Изобретение относится к натяжному устройству, а более конкретно к натяжному устройству, содержащему повторно фиксируемый тормозной механизм, с помощью которого при высвобождении обеспечивают возможность перемещения поворотного рычага из положения установки в оптимальное рабочее положение, с помощью которого также предотвращают перемещение поворотного рычага в обратном направлении за пределы предварительно заданного диапазона во время изменения знака приложения нагрузки в системе ременной передачи, где повторно фиксируемый тормозной механизм может быть повторно зафиксирован в положении установки для замены ремня.
Уровень техники
Эксцентриковые натяжные устройства используют для приложения нагрузки к приводным ремням, к числу которых относятся синхронизирующие, или зубчатые, ремни. Например, зубчатые ремни используют в кулачковых приводах двигателей с целью передачи энергии и синхронизации. Натяжное устройство используют для приложения надлежащей нагрузки к ремню, благодаря которой, в свою очередь, обеспечивают надлежащее действие системы ременной передачи, частью которой являются натяжное устройство и ремень.
Такие натяжные устройства обычно содержат торсионную пружину и эксцентриковый поворотный рычаг, которые представляют собой плечо рычага для приложения нагрузки от пружины к ремню.
В течение периода эксплуатации двигателя длина зубчатого ремня несколько изменяется из-за износа и других факторов. Это изменение должно быть воспринято натяжным устройством.
Кроме того, во время изменения знака приложения нагрузки, например во время торможения двигателя, натяжное устройство должно быть способно предотвращать чрезмерное провисание ремня, которое может приводить к условиям, называемым «стуком», когда ремень может «перепрыгивать» через зубья звездочек в системе. Это может приводить к аварийным изменениям в синхронизации работы двигателя и к преждевременному выходу из строя ремня.
Храповые механизмы используют для предотвращения чрезмерной реакции поворотных рычагов натяжного устройства во время изменения знака приложения нагрузки. Однажды высвобожденные храповые механизмы невозможно повторно зафиксировать.
Представитель уровня техники раскрыт в патенте США №4808148 (1989 г.), зарегистрированном на имя Holtz, в котором описано натяжное устройство для ремня, содержащее упругую муфту, посредством которой взаимно соединены ступица натяжного шкива и стационарный несущий элемент. Храповым механизмом взаимно соединены ступица и стационарный несущий элемент для предотвращения преодоления ремнем силы нагрузки натяжного устройства во время возникновения высоких нагрузок на ремень. Между храповым механизмом и стационарным несущим элементом расположен упругий сжимаемый элемент, например эластомерный элемент, для обеспечения возможности ограниченного перемещения ступицы натяжного шкива под действием ремня для ослабления натяжения ремня, например, возникающего во время теплового расширения блока цилиндров.
Существует потребность в натяжном устройстве, содержащем повторно фиксируемый тормозной механизм, посредством которого при высвобождении обеспечивают возможность перемещения поворотного рычага из положения установки в оптимальное рабочее положение и посредством которого также предотвращают перемещение поворотного рычага в обратном направлении за пределы предварительно заданного диапазона во время изменения знака приложения нагрузки в системе ременной передачи, где повторно фиксируемый тормозной механизм может быть повторно зафиксирован в положении установки для замены ремня. Настоящее изобретение предназначено для удовлетворения данной потребности.
Раскрытие изобретения
Основной аспект изобретения заключается в создании натяжного устройства, содержащего тормозной механизм, посредством которого при высвобождении обеспечивают возможность перемещения поворотного рычага из положения установки в оптимальное рабочее положение и посредством которого также предотвращают перемещение поворотного рычага в обратном направлении за пределы предварительно заданного диапазона во время изменения знака приложения нагрузки в системе ременной передачи, где повторно фиксируемый тормозной механизм может быть повторно зафиксирован в положении установки для замены ремня.
Другие аспекты изобретения представлены или проявлены в последующем описании изобретения и прилагаемых чертежах.
Изобретением создано натяжное устройство, содержащее основание, снабженное зубчатой частью; поворотный рычаг, сопряженный с возможностью поворота с основанием; шкив, установленный с возможностью вращения относительно поворотного рычага; пружину, сопряженную с основанием и поворотным рычагом, для поджима поворотного рычага в первом направлении; механизм, расположенный на поворотном рычаге и сопряженный с основанием; механизм, содержащий установленный с возможностью поворота зубчатый элемент; вторую пружину, установленную между зубчатым элементом и поворотным рычагом, где второй пружиной поджимают поворотный рычаг в первом направлении, а зубчатый элемент содержит часть без зубьев, причем путем сопряжения части без зубьев с зубчатой частью предотвращают существенный поворот поворотного рычага в обратном направлении относительно первого направления.
Краткое описание чертежей
На прилагаемых чертежах, которые включены в настоящую заявку и составляют ее часть, изображены предпочтительные варианты исполнения настоящего изобретения, и вместе с описанием они предназначены для пояснения принципов изобретения.
На фиг.1 изображено натяжное устройство в разрезе;
на фиг.2 - натяжное устройство в разобранном состоянии;
на фиг.3 - детальный вид в плане тормозного механизма;
на фиг.4 - вид тормозного механизма в перспективе сверху;
на фиг.5 - вид натяжного устройства в перспективе сверху;
на фиг.6 - диаграмма гистерезисной взаимосвязи между крутящим моментом и углом поворота поворотного рычага без учета действия торсионной пружины 31;
на фиг.7 - диаграмма гистерезисной взаимосвязи между крутящим моментом и углом поворота поворотного рычага с учетом действия торсионной пружины 31, но только без учета действия пружины 30;
на фиг.8 - диаграмма гистерезисной взаимосвязи между крутящим моментом и углом поворота поворотного рычага с учетом действия комбинации пружин 30 и 31.
Осуществление изобретения
На фиг.1 изображено натяжное устройство в разрезе. Натяжное устройство содержит основание 10, соединенное со втулкой 60. Крепежное средство может быть расположено внутри и может проходить сквозь отверстие 65 во втулке 60. Крепежное средство используют для присоединения натяжного устройства 100 к несущей поверхности, например к поверхности блока цилиндров. В данном варианте исполнения крепежным средством 70 является болт.
Поворотный рычаг 20 сопряжен с возможностью поворота с наружной поверхностью 61 подшипника 63. Подшипник 63 расположен между втулкой 60 и поворотным рычагом 20. Подшипник 63 содержит материал с малым коэффициентом трения, например найлон из политетрафторэтилена (ПТФЭ). Уплотнительный диск 62 расположен на верхнем конце 64 втулки 60, и посредством его предотвращают проникновение сора в пространство между втулкой 60, подшипником 63 и поворотным рычагом 20. Фланцем 21 охвачено основание поворотного рычага 20 для перекрывания основания 10, чтобы таким образом предотвращать проникновение сора в натяжное устройство.
Торсионная пружина 30 сопряжена с основанием 10 и поворотным рычагом 20. С помощью торсионной пружины 30 поджимают поворотный рычаг 20 в предварительно заданном направлении для приложения надлежащей нагрузки, создаваемой с помощью пружины, к ремню (не показан), например, такому, который можно использовать в системе ременной передачи.
Шкив 50 установлен с возможностью вращения на поворотном рычаге 20 посредством подшипника 40. Подшипник 40 в данном варианте исполнения представляет собой шариковый подшипник. Подшипник 40 содержит внутреннее кольцо 41 и наружное кольцо 42. Внутреннее кольцо 41 сопряжено с поверхностью 21 поворотного рычага 20. Наружное кольцо 42 сопряжено со шкивом 50.
Поверхность 51, предназначенная для сопряжения с ремнем, является гладкой поверхностью. Ось вращения C2 шкива 50 эксцентрично смещена на расстояние D от оси поворота C1 поворотного рычага 20.
Палец 80 вставлен в поворотный рычаг 20. Палец 80 выставлен параллельно оси поворота C2 поворотного рычага. Палец 80 можно поворачивать. Кроме того, он может перемещаться вдоль дуги при повороте поворотного рычага 20 относительно втулки 60. Зубчатый элемент 90 соединен с концом пальца 80 таким образом, что, когда поворачивают палец 80, зубчатый элемент 90 также поворачивается. Палец 80 можно поворачивать, используя шестигранное гнездо в приемной части 22.
Зубчатый элемент 90 содержит зубчатую часть 91. Зубчатая часть 91 содержит зубья, составляющие зубчатый профиль вдоль наружного края зубчатого элемента 90.
Основание 10 содержит зубчатую часть 11, расположенную вдоль внутренней поверхности участка 13. Зубчатая часть 11 составляет предварительно заданный отрезок участка 13.
Торсионная пружина 31 сопряжена с поворотным рычагом 20 и зубчатым элементом 90. С помощью торсионной пружины 31 поджимают зубчатый элемент 90 в предварительно заданном направлении для облегчения сопряжения зубчатой части 91 с зубчатой частью 11. Посредством пружины 31 также вносят вклад в нагрузку, создаваемую посредством пружин, прикладываемую к ремню с помощью натяжного устройства.
На фиг.2 изображено натяжное устройство в разобранном состоянии. Палец 80 сопрягают с поворотным рычагом 20. Зубчатый элемент 90 сопрягают с возможностью поворота с концом пальца 80. Участок 13 соединяют с основанием 10.
Стержень 14 сопрягают с поворотным рычагом 20. Стержень 14 пропускают сквозь поворотный рычаг 20 для сопряжения с зубчатым элементом 90. Стержень 14 представляет собой удаляемый элемент, который используют для временной фиксации положения установки поворотного рычага относительно основания. После установки натяжного устройства стержень 14 извлекают из поворотного рычага, вытягивая за конец 15. Путем удаления стержня 14 обеспечивают возможность перемещения поворотного рычага в рабочее положение. Перемещением поворотного рычага 20 также понуждают зубчатый элемент 90 к перемещению по дуге вместе с поворотным рычагом 20.
На фиг.3 изображен детальный вид в плане тормозного механизма. Участок 13 содержит зубчатую часть 11. Зубчатая часть 11 имеет дугообразную форму, и она расположена вдоль внутренней поверхности участка 13.
Зубчатый элемент 90 содержит зубчатую часть 91 и часть 92 без зубьев. Зубчатая часть 91 имеет дугообразную форму и проходит вдоль наружной окружности части зубчатого элемента 90. Остальная часть зубчатого элемента 90 не содержит никаких зубьев. Зубчатая часть 91 составляет дугу приблизительно в 90°.
Положение А соответствует положению установки зубчатого элемента 90. В положении А стержень 14 сопряжен с поворотным рычагом 20 и зубчатым элементом 90, как это описано со ссылкой на фиг.2. Часть 92 без зубьев обращена к зубчатой части 11. А именно, с помощью стержня 14 временно зафиксировано положение зубчатого элемента 90 относительно зубчатой части 11.
Когда стержень 14 извлекают, происходит два явления. Во-первых, этим обеспечивают возможность поворота зубчатого элемента 90 в направлении R под действием торсионной пружины 31. Однако зубчатый элемент 90 поворачивается только на столько, чтобы зубчатая часть 91 вошла в контакт с зубчатой частью 11. Во-вторых, поворотный рычаг 20 может свободно поворачиваться в направлении R2, таким образом понуждая палец 80 к перемещению вдоль дуги. Перемещение поворотного рычага понуждает натяжное устройство к нагружению ремня (не показан). Следовательно, с помощью стержня 14 временно фиксируют положение поворотного рычага относительно основания и временно фиксируют положение зубчатого элемента 90 относительно зубчатой части 11, и каждый из них находится в предварительно заданном положении.
Перемещение поворотного рычага 20 продолжается таким образом, что зубчатый элемент 90 движется к «горячему» рабочему положению. «Горячее» рабочее положение находится между точками D и B приблизительно в точке C. Для перемещения таким образом зубчатая часть 91 зубчатого элемента 90 сопрягается с зубчатой частью 11, посредством чего становится возможным автоматическое согласование геометрических допусков в приводе.
При пуске двигателя натяжное устройство начинает функционировать, создавая постоянное натяжение (прикладывая постоянную нагрузку к ремню) ремня ременной передачи.
В этом положении зубчатый элемент 90 находится в активном контакте с зубчатой частью 11. Это означает, что жесткость пружины 31 содействует суммарной жесткости пружин, и рабочая характеристика натяжного устройства обеспечивается за счет пружины 30.
При изменении знака прикладываемой нагрузки в системе ременной передачи, например при торможении транспортного средства, ремень временно провисает, и имеет место краткий интервал, когда поворотный рычаг 20 понуждается торсионной пружиной 30 к перемещению обратно к положению установки А. Однако существенное перемещение поворотного рычага в обратном направлении предотвращается благодаря сопряжению части 92, где нет зубьев, и, в частности, выступа 93 с зубчатой частью 11 в положении B, таким образом создавая взаимодействие между зубчатым элементом 90 и основанием 10, в результате чего, в свою очередь, прекращается поворот поворотного рычага 20. Это приводит к останову поворотного перемещения поворотного рычага 20 и к прекращению выполнения какого-либо дополнительного перемещения в направлении положения А. Остановом поворотного перемещения поворотного рычага 20 в положении B предотвращают необязательное провисание ремня, которое может в противном случае вызывать «стук» ремня на звездочке коленчатого вала (не показана).
При износе ремня в ходе эксплуатации натяжное устройство может автоматически следовать за ремнем, выполняя «прыжки» между зубчатыми элементами зубчатой части 91 и зубчатой частью 11, таким образом постоянно определяя новое номинальное рабочее положение и диапазон между положениями D и B.
Поворотный рычаг 20 может быть высвобожден из рабочего положения C, например, таким способом, как замена ремня, использованием шестигранного гнезда, сопряженного с частью 22 пальца 80. Зубчатый элемент 90 вывинчивают из его положения взаимного сопряжения с зубчатой частью 11 в положение D путем поворота пальца 80 с использованием шестигранного гнезда. Поворотный рычаг 20 можно затем повернуть в обратном направлении в положение установки А, где палец и зубчатый элемент 90 можно снова повернуть в положение А. Натяжное устройство затем фиксируют в установочном положении, вставив стержень 14 и сопрягая поворотный рычаг 20, зубчатый элемент 90 и основание 10.
На фиг.4 показан вид в перспективе сверху тормозного механизма. Тормозной механизм 200 содержит зубчатый элемент 90, палец 80, участок 13 и зубчатую часть 11. Тормозной механизм 200 также содержит торсионную пружину 31. Тормозной механизм расположен внутри торсионной пружины 30, благодаря чему натяжное устройство получается компактным.
Стержень 14 используют для временной фиксации положения зубчатого элемента 90 относительно зубчатой части.
На фиг.5 показан вид в перспективе сверху натяжного устройства. Стержень 14 показан выступающим из поворотного рычага 20 в положении установки. С помощью уплотнительного диска 62 предотвращают проникновение сора между подшипником 63 и поворотным рычагом 20 и между подшипником 63 и втулкой 60.
На фиг.6 показана диаграмма гистерезисной взаимосвязи между крутящим моментом и углом поворота поворотного рычага без учета действия торсионной пружины 31. На диаграмме представлена зависимость крутящего момента от угла поворота поворотного рычага только при действии одной пружины 30. На диаграмме показан относительно широкий диапазон движения поворотного рычага (угол) при действии только пружины 30. Уравнения и переменные представлены на фиг.8.
На фиг.7 показана диаграмма гистерезисной взаимосвязи между крутящим моментом и углом поворота поворотного рычага только под действием торсионной пружины 31 без учета действия торсионной пружины 30.
На фиг.8 показана диаграмма гистерезисной взаимосвязи между крутящим моментом и углом поворота поворотного рычага при сочетании действия пружин 30 и 31. На фиг.8 показана диаграмма C, в которой представлена зависимость между крутящим моментом и углом поворота поворотного рычага натяжного устройства, в котором используют пружину 30 (диаграмма А) в сочетании с торсионной пружиной 31 (диаграмма B). Так как зубчатый элемент 90 находится в оперативном контакте с зубчатой частью 11 во время нормального действия натяжного устройства, то благодаря пружине 31 вносят вклад, представленный силой пружины, обеспечивающий нагрузку, прикладываемую к ремню пружиной 30.
Диаграмма А представляет относительно широкий диапазон движения поворотного рычага (угол поворота) при использовании только пружины 30. Диаграмма B представляет относительно более узкий диапазон перемещения поворотного рычага в случае действия сочетания пружин 30 и 31. Рабочий диапазон поворотного рычага натяжного устройства составляет приблизительно от 30° до приблизительно 150°, который представляет общий диапазон перемещения поворотного рычага в сравнении с положением, в котором поворотный рычаг перемещается под действием минимальной пружинной нагрузки, а именно, действующей против останова. Если натяжное устройство находится в действии и шкив 50 сопряжен с ремнем в системе ременной передачи, то рабочий диапазон перемещения поворотного рычага внутри большего охвата, указанного выше (от 30° до 150°), составляет приблизительно от 20° до приблизительно 40°. Крутящий момент, создаваемый посредством соединения сил пружин 30 и 31, дает по существу тот же крутящий момент, что и натяжное устройство, в котором используют только пружину 30, но только в более узком угловом диапазоне до приблизительно 20°.
Ниже приведен пример с целью иллюстрации, но не с целью ограничения объема изобретения.
Позицией номер 1 обозначена пружина 30.
Позицией номер 2 обозначена пружина 31.
Позицией t обозначено сочетание пружин 30 и 31.
C - жесткость пружины.
M - номинальный крутящий момент.
i - передаточное отношение, представляющее теоретическое число оборотов зубчатой части 91 при полном обороте (360°) поворотного рычага 20.
Диапазон жесткости пружины (пружины 30) = от приблизительно
0,02 Нм/градус до приблизительно 0,1 Нм/градус.
Диапазон жесткости пружины (пружины 31) = от приблизительно 0,001 Нм/градус до приблизительно 0,06 Нм/градус.
Передаточное отношение i = от приблизительно 3:1 до приблизительно 5:1.
Примерный расчет
Номинальный крутящий момент M для поворотного рычага при действии каждой из пружин 30, 31;
1
M=1,7 Нм (см. фиг.6);
1
1
Диапазон при M на фиг.6 составляет приблизительно ± 0,5*M;
2
M=0,15 Нм (см. фиг.7);
2
2
Диапазон при M на Фиг.7 составляет приблизительно ± 0,5*M;
i=4:1;
t
1
2
M=M+i*M (см. фиг.8);
t
M=2,3 Нм (см. фиг.8);
t
t
Диапазон при M на фиг.8 составляет приблизительно ± 0,5*M.
Верхняя диаграмма (см. фиг.8)
1u
1
C = Жесткость пружины (пружины 30) = C=0,054 Нм/градус;
2u
2
C = Жесткость пружины (пружины 31) = C=0,0058 Нм/градус;
1u
1
C=1,5*C;
1u
C=0,081 Нм/градус;
2u
2
C=1,5*C;
2u
C=0,0087 Нм/градус;
tu
1u
2u
C=1,5*C+i*1,5*C (верхняя диаграмма);
tu
C=0,081 Нм/градус + 4*0,0087 Нм/градус;
tu
C=0,1158 Нм/градус.
Нижняя диаграмма (см. фиг.8)
1d
1
C = Жесткость пружины (пружины 30); C=0,054 Нм/градус;
2d
2
C = Жесткость пружины (пружины 31); C=0,0058 Нм/градус;
1d
1
С=0,5*C;
1d
С=0,027 Нм/градус;
2d
2
C=0,5*C;
2d
C=0,0029 Нм/градус;
td
1u
2u
C=0,5*C+i*0,5*C (Нижняя диаграмма);
td
C=0,027 Нм/градус + 4*0,0029 Нм/градус;
td
C=0,0386 Нм/градус.
Использование двух пружин, как это здесь описано, обеспечивает возможность достижения того, чтобы характеристики натяжного устройства можно было точно настраивать для конкретных применений. Например, жесткость каждой пружины можно выбирать так, чтобы улучшить демпфирующую способность натяжного устройства, таким образом снижая величину «пиков» перемещения в суммарном диапазоне перемещения натяжного устройства.
Хотя в настоящем описании изобретение представлено в определенной форме, для специалистов в данной области очевидно, что могут быть внесены различные изменения в конструкцию и взаимное расположение частей без отступления от сущности и объема изобретения, описанного в настоящем документе.