НАТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО
TENSIONING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к натяжному устройству и, более конкретно, к натяжному устройству, имеющему первый демпфирующий элемент и второй демпфирующий элемент, соединенные с возможностью взаимодействия для обеспечения относительного осевого перемещения, и расположенный между ними элемент, работающий на сжатие, отталкивающий первый демпфирующий элемент и второй демпфирующий элемент друг от друга.
Предпосылки создания изобретения
Двумя наиболее распространенными способами синхронного приведения в действие вращающихся элементов, таких как распределительные валы и уравновешивающие валы, вращающиеся от коленчатого вала, являются цепи синхронизации и ремни синхронизации. Цепям синхронизации для работы требуются машинное масло. В отличие от этого большинство ремней синхронизации не требуют масла в ременном приводе, поскольку наличие масла может приводить к повреждению ремня и препятствовать его целевому назначению. Современные улучшения ремней синхронизации более не требуют, чтобы ремень был изолирован от масляной среды двигателя.
Однако современные улучшения ремней для работы в масле выявили другие проблемы, которые требуют устранения. Одна из специфических проблем заключается в надлежащем натяжении ременного привода для сохранения синхронизации распределительного вала с коленчатым валом. Потеря синхронизации распределительного вала или другого синхронизируемого элемента приводного коленчатого вала с коленчатым валом может привести к повреждению двигателя.
Для передачи мощности через ремень от вращающегося коленчатого вала одна сторона ремня натянута вблизи коленчатого вала и обычно называется специалистами в данной области техники ведущей ветвью ремня. Наоборот, другая сторона называется ведомой ветвью ремня, поскольку она отдалена от коленчатого вала. Важно обеспечить натяжение ведомой стороны ремня для предотвращения ненадлежащего провисания и, следовательно, потерю синхронизации между коленчатым валом и компонентами, вращаемыми коленчатым валом. Такая потеря синхронизации обычно называется специалистами в данной области техники «перескоком зубца» или «защемлением».
Проблема устранения провисания ремня для предотвращения срыва или защемления заключается в чрезмерном перемещении рычага натяжного устройства или вибрации, возникающей под воздействием угловых вибраций двигателя. Чрезмерное перемещение рычага может приводить не только к перескоку зубца или к срыву, но также может сократить срок службы натяжного устройства, а также ремня. Для сведения к минимуму величины вибрации рычага обычно используют фрикционное демпфирование с целью предотвращения отдаления натяжного устройства от ремня.
Наличие масла делает фрикционное демпфирование трудно достижимым. Использование смазочного материала на двух трущихся поверхностях делает относительное перемещение между двумя поверхностями более легким.
Типичным примером предшествующего уровня техники является патент США №7951030, в котором раскрывается натяжное устройство, содержащее основание, рычаг, шарнирно зацепленный с основанием, шкив, соединенный с помощью оси с рычагом, торсионную пружину, зацепленную между рычагом и основанием, основание, содержащее консольную листовую пружину, первый фрикционный диск, функционально расположенный между консольной листовой пружиной и рычагом, причем консольную листовую пружину, смещающую первый фрикционный диск во фрикционный контакт с рычагом, причем первый фрикционный диск прикреплен с возможностью вращения относительно основания и второй фрикционный диск прикреплен с возможностью вращения относительно основания, разделительный элемент, расположенный между первым фрикционным диском и вторым фрикционным диском, причем каждый из первого фрикционного диска и второго фрикционного диска имеет коэффициент трения мокрых поверхностей, составляющий приблизительно 0,12, и разделительный элемент, прикрепленный с возможностью вращения к рычагу.
Требуется натяжное устройство, имеющее первый демпфирующий элемент и второй демпфирующий элемент, соединенные с возможностью взаимодействия для обеспечения относительного осевого перемещения, и расположенный между ними элемент сжатия, отталкивающий первый демпфирующий элемент и второй демпфирующий элемент друг от друга. Настоящее изобретение удовлетворяет этому требованию.
Сущность изобретения
Основным аспектом изобретения является создание натяжного устройства, имеющего первый демпфирующий элемент и второй демпфирующий элемент, соединенные с возможностью взаимодействия для обеспечения относительного осевого перемещения, и расположенный между ними элемент сжатия, отталкивающий первый демпфирующий элемент и второй демпфирующий элемент друг от друга.
Другие аспекты изобретения будут указаны или станут очевидными из последующего описания изобретения, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Изобретение содержит натяжное устройство, содержащее основание, вал, соединенный с основанием, эксцентриковое регулировочное устройство, коаксиально зацепленное с валом, рычаг, зацепленный с возможностью поворота с валом, шкив, шарнирно соединенный с рычагом, торсионную пружину, зацепленную между рычагом и основанием, рычаг, содержащий первую приемную часть и вторую приемную часть, расположенную аксиально напротив первой приемной части, первый демпфирующий элемент, расположенный между рычагом и основанием, причем первый демпфирующий элемент, зацепленный с возможностью трения с основанием и зацепленный с первой приемной частью, второй демпфирующий элемент, расположенный между рычагом и эксцентриковым регулировочным элементом, имеющим элемент, зацепленный со второй приемной частью, и элемент смещения, расположенный между первым демпфирующим элементом и рычагом для приложения нормальной силы к первому демпфирующему элементу и ко второму демпфирующему элементу.
Краткое описание чертежей
На приведенных сопроводительных чертежах показаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, которые вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения.
Фиг. 1 представляет собой вид поперечного сечения натяжного устройства.
Фиг. 2 представляет собой поэлементное изображение натяжного устройства.
Фиг. 2b представляет собой вид сбоку волнистой пружины.
Фиг. 3 представляет собой поэлементное изображение натяжного устройства.
Фиг. 4 представляет собой вид поперечного сечения альтернативного варианта осуществления.
Фиг. 5 представляет собой поэлементное изображение альтернативного варианта осуществления по фиг. 4.
Фиг. 6 представляет собой график, показывающий коэффициент жесткости пружины (k) как функцию от высоты пружины.
Фиг. 7 представляет собой детальное изображение стопорного элемента и регулировочного элемента.
Фиг. 8 представляет собой детальное изображение стопорного элемента на регулировочном элементе.
Фиг. 9 представляет собой детальное изображение вала и регулировочного элемента в сборе.
Фиг. 10 представляет собой детальное изображение стопорного элемента по фиг. 7.
Фиг. 11 представляет собой вид поперечного сечения вала.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
Фиг. 1 представляет собой вид поперечного сечения натяжного устройства. Натяжное устройство 100 содержит шкив 7, который зацепляется с ремнем (не показан) для обеспечения тем самым натяжения ремня или передачи нагрузки. Шкив 7 соединен с рычагом 6 посредством опоры на подшипник 11. Шкив 7 зацепляется с наружным кольцом подшипника. Подшипник 11 содержит, как показано, шариковый подшипник, но также может содержать игольчатый подшипник или другой подходящий подшипник, известный в данной области техники.
Торсионная пружина 3 смещает рычаг 6, заставляя тем самым шкив 7 зацепляться с ремнем, что вызывает действие растягивающей нагрузки на ремень. Торсионная пружина 3 функционально расположена между основанием 1 и рычагом 6.
Рычаг 6 вращается вокруг вала 2. Поворотный момент рычага 6 позволяет натяжному устройству компенсировать любые изменения в длине ремня по мере того как ремень растягивается со временем и по мере того как длина привода изменяется из-за теплового расширения. Рычаг 6 вращается вокруг втулки 10 с низким коэффициентом трения и вокруг вала 2. Вал 2 запрессован в основание 1 и проходит перпендикулярно к основанию 1.
Эксцентриковый регулировочный элемент 8 также запрессован в конец вала 2 напротив основания 1. Эксцентриковый регулировочный элемент 8 используется для вращения натяжного устройства до надлежащего зацепления с ремнем во время установки. Эксцентрик относится к центру отверстия 21, которое не является коаксиальным с центром вращения шкива 7 или рычага 6. Эксцентриковый регулировочный элемент 8 используется с целью надлежащего нагружения ремня до заданного натяжения посредством компенсации всех системных или компонентных допусков. Инструмент (не показан) зацепляет регулировочный элемент в приемной части 82 для инструмента. Эксцентриковый регулировочный элемент 8 используется только во время установки ремня. Он блокируется на месте после установки ремня посредством полного зацепления с крепежным элементом, вставляемым через отверстие 21, 81 в установочную поверхность.
Для минимизации количества колебаний рычага или перемещения во время работы используется фрикционное демпфирование. Чрезмерное перемещение рычага, вызванное вибрацией двигателя, может вызвать перескок зубца или защемление. Перескок зубца или защемление ремня вызывает потерю синхронизации между приводным и ведущим валом (валами) ремня.
Между демпфирующим элементом 13 и рычагом 6 расположена волнистая пружина 5. Волнистая пружина 5 действует нормальной силой на демпфирующий элемент 13. Демпфирующий элемент 13 опирается с возможностью трения на основание 1, демпфируя тем самым колебание рычага 6. Демпфирующий элемент 13 по форме является по существу тороидом, но может также иметь форму диска. Торсионная пружина 3 сжимается между рычагом 6 и опорным элементом 12. Опорный элемент 12 механически зацепляется с основанием 1, в котором язычки 120 зацепляются на каждой стороне ушка 41. Будучи зацепленным таким образом, опорный элемент 12 сдерживает вращение относительно основания 1.
Фиг. 2 представляет собой поэлементное изображение натяжного устройства. Демпфирующий элемент 13 создает фрикционное демпфирование между рычагом 6 и основанием 1. Демпфирующий диск 9 также используется для создания фрикционного демпфирования между рычагом 6 и эксцентриковым регулировочным элементом 8. Фрикционная поверхность 92 зацепляется с эксцентриковым регулировочным элементом 8. Демпфирующий элемент 13 и демпфирующий диск 9 расположены на аксиально противоположных концах рычага 6.
Демпфирующий элемент 13 и демпфирующий диск 9 каждый перемещаются с возможностью вращения с рычагом 6, в то время как основание 1 и эксцентриковый регулировочный элемент 8 неподвижно прикреплены к установочной поверхности, такой как двигатель (не показан). Поверхность 71 шкива может быть плоской, часторебристой или с зубцами для использования с подходящим ремнем.
Конец 31 пружины 3 зацепляется с ушком 41, при этом ушко 41 действует как точка приложения реакции к основанию 1. Другой конец 32 пружины 3 зацепляется с рычагом 6.
Вращение рычага 6 ограничивается ограничителями 63, входящими в контакт с ушком 41.
Фиг. 2b представляет собой вид сбоку волнистой пружины. Волнистая пружина содержит многочисленные витки 51. Каждый виток содержит волнистости, причем каждый виток входит в контакт со смежным витком в ограниченном количестве мест на расстоянии примерно 120° друг от друга. Настоящее описание не ограничивает конструкцию витка пружины. Каждая пружин может иметь больше или меньше волнистостей в витке в зависимости от требований к конструкции. Она также может содержать один или более витков. В альтернативном варианте осуществления волнистая пружина содержит только один виток с соединенными концами.
Фиг. 3 представляет собой поэлементное изображение натяжного устройства. Момент от рычага 6 передается через паз 61 к ушку 130, тем самым вынуждая демпфирующий элемент 13 поле блокировки совершать синхронные перемещения с рычагом 6. Паз 61 расположен на осевом конце рычага 6. Основание 1 содержит ушки 41 (показаны три), которые проходят по существу в осевом направлении.
Момент от рычага 6 передается через пазы 62. Пазы 62 расположены на осевом конце рычага 6 напротив паза 61. Демпфирующий диск 9 содержит ушко 91, которое проходит в осевом направлении. Ушко 91 зацепляется с пазом 62. Вращение рычага 6 вызывает после блокировки вращение демпфирующего диска 9 через взаимодействие паза 62 и ушка 91.
Демпфирующий элемент 13 и демпфирующий диск 9 нагружаются нормально посредством сжатия волнистой пружины 5, создавая тем самым нормальную силу трения. Такая конструкция компенсирует износ и допуски на сборку. Волнистая пружина 5 удерживается между демпфирующим элементом 13 и рычагом 6 в приемной части 63. Пружина 5 вращается с рычагом 6, обеспечивая то, что относительное перемещение возникает только между демпфирующим элементом 13 и основанием 1, а также только между демпфирующим диском 9 и эксцентриковым регулировочным элементом 8.
Пружина 5 показана в виде волнистой пружины, что является предпочтительным из-за ее характеристики жесткости и площади поверхности контакта. Фиг. 2b представляет собой вид сбоку волнистой пружины. В этом варианте осуществления пружина 5 содержит многочисленные витки или волюты, каждая из которых имеет волнистый профиль. Это позволяет обеспечивать надлежащий контроль осевой (или нормальной) силы относительно допусков на натяжное устройство в сборе. Сила волнистой пружины в комбинации со сжатием торсионной пружины 3, и дополнительно в связи с коэффициентом трения сопрягающихся частей определяет уровень демпфирования натяжного устройства в сборе. В альтернативных вариантах осуществления пружина 5 может содержать один виток волнистой пружины.
Коэффициент трения (КТ) различных сопрягающихся деталей:
Деталь КТ
Демпфирующий элемент 13 относительно основания 1 ≤0,4
Демпфирующий диск 9 относительно регулировочного элемента 8 ≤0,4
Демпфирующий диск 18 относительно основания 11 ≤0,4
Демпфирующий диск 19 относительно рычага 20 ≤0,4
Демпфирующий элемент 13 и демпфирующий диск 9 могут содержать любой известный фрикционный материал, используемый в натяжных устройствах, включающий в себя маслостойкие металлы и полимеры. Альтернативные варианты осуществления могут обеспечивать достаточную осевую силу посредством использования сжатой торсионной пружины 3 без использования волнистой пружины. Фиг. 6 представляет собой график, показывающий коэффициент жесткости (k) в виде функции от высоты пружины. Суммарное сжатие показано для каждого типа пружин, а именно, для пружинной шайбы, волнистой пружины и пружины сжатия или торсионной пружины.
Фиг. 4 представляет собой вид поперечного сечения альтернативного варианта осуществления. Фиг. 5 представляет собой поэлементное изображение альтернативного варианта осуществления из фиг. 4. Фиг. 4 и фиг. 5 описывают альтернативный вариант осуществления, в котором пружина нагружает два демпфирующих диска 18 и 19, которые неподвижно прикрепляются для совместного вращения, предотвращая тем самым необходимость прикрепления демпфирующих дисков к демпфируемому рычагу 20. Демпфирующий диск 18 находится во фрикционном контакте с неподвижным элементом, с основанием 11, а демпфирующий диск 19 находится во фрикционном контакте с подвижным элементом, с рычагом 20, для демпфирования перемещения рычага 20.
Эксцентриковый регулировочный элемент 15 является эксцентриком, который используется для перемещения натяжного устройства в правильное зацепление с ремнем во время установки. Эксцентрик относится к центру отверстия 150, которое не является коаксиальным с центром вращения шкива 14 или рычага 12. Эксцентриковый регулировочный элемент 15 используется для нагружения ремня до заданного натяжения. Эксцентриковый регулировочный элемент 15 используется только во время установки ремня и закрепляется на месте после установки ремня посредством полного зацепления крепежного элемента (не показан) через отверстие 150 с установочной поверхностью. Крепежный элемент может содержать болт или любой другой подходящий крепежный элемент, известный в данной области техники.
Шкив 14 зацепляется с ремнем для обеспечения натяжения ремня или нагрузки. Шкив 14 соединен с помощью оси с рычагом 20 вокруг подшипника 141. Шкив 14 зацепляется с наружным кольцом подшипника. Подшипник 141 содержит шариковый подшипник, как показано, но также может содержать игольчатый подшипник или другой подходящий подшипник, известный в данной области техники.
Рычаг 20 смещается торсионной пружиной 13, толкая тем самым шкив 14 в ремень (не показан). Поворотное перемещение рычага 20 позволяет натяжному устройству компенсировать любые изменения в длине ремня по мере растяжения ремня со временем и по мере изменения длины привода из-за теплового расширения, или по мере изменения нагрузки на двигатель и, следовательно, нагрузки на ремень. Рычаг 20 вращается вокруг втулки 16 с низким коэффициентом трения на валу 12. Вал 12 неподвижно прикреплен к основанию 1.
Перемещение рычага 20 демпфируется фрикционным контактом с демпфирующим диском 19. Демпфирующий диск 19 запрессовывается в рычаг 20 посредством уплотнительного кольца 17. Уплотнительное кольцо 17 содержит эластомерный материал и используется в качестве упругого элемента сжатия для приложения нормальной силы к демпфирующему диску 19 и к демпфирующему диску 18. Уплотнительное кольцо 17 может быть заменено на волнистую пружину, пружину сжатия, тарельчатую пружину, или на другой сжимаемый упругий элемент, имеющий характеристики пружины, известные в данной области техники. Демпфирующий диск 18 прижимается уплотнительным кольцом 17 к основанию 11. Основание 11 неподвижно прикреплено к установочной поверхности, такой как двигатель (не показан). Фрикционная поверхность 193 зацепляется с рычагом 20. Фрикционная поверхность 183 зацепляется с основанием 11. Демпфирование создается противодействующим моментом, создаваемым силой трения контакта между демпфирующим диском 18 и основанием 11, и демпфирующим диском 19 и рычагом 20.
Каждое ушко 181 на демпфирующем диске 18 помещается без зазора между двумя смежными выступами 191 на демпфирующем диске 19. Такое расположение фиксирует демпфирующий диск 18 и демпфирующий диск 19 так, что не происходит относительного вращения между этими двумя элементами, но обеспечивается перемещение между этими двумя элементами в осевом направлении. Перемещение в осевом направлении позволяет уплотнительному кольцу 17 прилагать предварительную нагрузку к обоим демпфирующим дискам 18 и 19 и компенсировать производственные допуски и износ. Кромка 182 на каждом ушке 181 зацепляется с взаимодействующим ободком 192 на демпфирующем диске 19 для ограничения относительного осевого перемещения демпфирующих дисков 18 и 19 посредством скрепления их вместе.
Сборка, состоящая из демпфирующего диска 18 и демпфирующего диска 19, "плавает" между рычагом 20 и основанием 11. Ни демпфирующий диск 18, ни демпфирующий диск 19 не прикреплены с возможностью вращения к основанию 11 или к рычагу 20.
Стопорный элемент 21 удерживает сборку скрепленной в осевом направлении. Стопорный элемент 21 неподвижно прикреплен к эксцентриковому регулировочному элементу 15 и зацепляется с валом 12 для удерживания сборки в осевом направлении.
Фиг. 7 представляет собой детальное изображение стопорного элемент и регулировочного элемента. Стопорный элемент 21 удерживает сборку скрепленной, когда натяжное устройство не установлено на двигатель. Стопорный элемент 21 прикрепляется к регулировочному элементу 15 посредством зацепления штырей 151, отверстий 211 и зубцов 212. Два штыря 151 предотвращают вращение стопорного элемента 21, а зубцы 212 удерживают стопорный элемент 21 на штырях 151. Фиг. 10 представляет собой детальное изображение стопорного элемента из фиг. 7.
Фиг. 8 представляет собой детальное изображение стопорного элемента на регулировочном элементе. Подсборка стопорного элемента 21 и регулировочного элемента 15 вставляется в вал 12. Ушки 213 эластично загибают вовнутрь во время сборки, чтобы позволить стопорному элементу 21 проходить через отверстие вала 12. Приемные части 152 обеспечивают пространство, в котором ушки 213 загибают. Круговая канавка 121 в вале 12 позволяет ушкам 213 упруго проходить в наружном направлении для запирающего зацепления с валом 12. Фиг. 9 представляет собой детальное изображение собранных вместе вала и регулировочного элемента. Относительное осевое перемещение регулировочного элемента 15 и вала 12 ограничивается взаимодействием между стенкой канавки 121 и радиально проходящими ушками 213. Фиг. 11 представляет собой вид поперечного сечения вала.
Хотя в настоящем документе был приведен конкретный пример изобретения, следует понимать, что могут быть выполнены различные изменения конструкции, взаимоотношения деталей и изменения способа, не выходящие за рамки существа и объема изобретения, которые очевидны специалистам в данной области техники.