НАТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО
TENSIONING EQUIPMENT

Данное изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано на двигателях внутреннего сгорания (ДВС) для натяжения ремней (цепи) привода основных и вспомогательных агрегатов (генератора, кондиционера и т.д.).
Известен механический натяжитель цепи (Ремонт автомобилей «Москвич» моделей 2140, 2138. М., Транспорт, 1983 г., стр.11, 14 и 16), содержащий плунжер, пружину, которая воздействует на пяту, и стопорный болт, которым фиксируется положение натяжителя после выборки зазора (поднатяжки).
Недостатком данного устройство является отсутствие автоматического отслеживание положения цепи.
Известно гидравлическое натяжное устройство (патент РФ №2110715), содержащее корпус с глухим цилиндрическим пазом и поршень, установленный в пазу с возможностью перемещения. Поршень для обеспечения натяжения цепи взаимодействует с пятой, находящейся в контакте с бесконечной передачей. В дне паза выполнено отверстие, связанное с источником жидкости под давлением. Перепускной клапан выполнен в виде закрывающей это отверстие упругой сгибаемой пластины. Диск разделен линией разреза на центральную часть, образующую упругую пластину, и периферийную часть, соединенную с центральной - соединительной частью. Периферийная часть удерживается у дна паза с помощью нажимной винтовой пружины, установленной в пазу между поршнем и диском. Пружина имеет с одного конца витки постоянного диаметра и со второго конца витки возрастающего диаметра в направлении удаления от первого конца. Натяжное устройство содержит заплечик ограничения возвратного хода поршня, выполненный в боковой стенке паза, а также радиальный зазор между поршнем и боковой стенкой паза, образующий калиброванный проход жидкости под давлением.
Данное устройство отличается сложностью изготовления и требует подвода давления масла, а следовательно, и дополнительной маслоподводящей системы, что удорожает конструкцию.
Известно гидравлическое натяжное устройство (патент РФ №2197654), содержащее корпус, расположенные в его цилиндрической полости, подпружиненные в осевом направлении плунжер и регулировочный стержень, закрытые с торца корпуса накидной гайкой, дополнительно снабженное закрепленным в торце корпуса натяжителя, под накидной гайкой гидрокомпенсатором зазора, выполненным в виде заполненного жидкостью корпуса, в цилиндрической полости которого расположен подпружиненный в направлении регулировочного стержня поршень со сквозными продольными каналами и кольцевым пазом по наружной цилиндрической поверхности с установленным в нем уплотнительным кольцом, при этом между корпусом натяжителя и корпусом гидрокомпенсатора установлена эластичная мембрана.
Недостатком данного устройства является ограничение по углу наклона, исходя из работоспособности гидрокомпенсатора, и необходимость подвода давления масла.
Известно гидравлическое натяжное устройство (патент РФ №2154760), содержащее полый цилиндрический корпус, крышку с обратным клапаном, силовую пружину, плунжер, выполненный в виде стакана и составляющий с корпусом прецизионную пару. На плунжере имеется ряд кольцевых канавок несимметричного профиля, а на корпусе имеются радиальные отверстия с расположенными в них фиксаторами, имеющими сферическую поверхность, контактирующую с канавками на плунжере. Фиксаторы прижимаются к канавкам на плунжере посредством упругого кольца. Дополнительная крайняя канавка со стороны открытого торца плунжера имеет сечение прямоугольного профиля.
Недостатками существующего устройства являеются необходимость обеспечения высокой точности изготовления прецизионной пары и дискретное изменение положения, а так же подвод давления масла.
Известно натяжное устройство (№2000128233 опубл. 2002.10.10), состоящее из корпуса, подпружиненного штока с механизмом торможения обратного хода и проушин крепления с резинометаллическими шарнирами, отличающееся тем, что механизм торможения обратного хода выполнен в виде клинового шарикового замка, дополнительно установлена расклинивающая втулка и в одной из проушин выполнена углубленная фаска под вход специнструмента для расклинивания, а силовая пружина расположена снаружи штока и корпуса, в упругой шайбе сформованы радиальные отверстия по числу шариков, а в корпусе дополнительно выполнена проточка для фиксации устройства в сжатом состоянии - аналог.
Недостатками существующего устройства являются высокие контактные напряжения в местах взаимодействия шариков и штока, что приводит к преждевременному износу.
Поставлена задача создать устройство натяжения ремней (цепи) привода вспомогательных агрегатов, не критичное к углу наклона рабочего положения, без подвода давления масла, с большой опорной рабочей поверхностью для увеличения срока службы.
Поставленная цель достигается за счет того, что в натяжном устройстве, состоящем из корпуса, упорной втулки, подпружиненного штока и опорной пяты, согласно изобретению, на штоке выполнены винтовые поверхности в один или более заходов; в корпусе выполнена продольная прорезь для стопорения пружины до срабатывания, причем эта прорезь может быть расположена под углом к оси; ось опорной пяты выполнена конической или на ней выполнена косая лыска; в качестве накопителя потенциальной энергии используется комбинированная пружина сжатия-кручения, причем витки пружины могут быть навиты синусоидой; для снижения трения и износа применена трубка скольжения.
Данное устройство представлено на Фиг.1-6, где:
на Фиг.1 показан продольный разрез устройства в состоянии поставки (до установки на двигатель) с позициями-выносками всех деталей.
На Фиг.2 показан разрез А-А для пояснения заделки рабочего рычага комбинированной пружины 4 в прорези опорной пяты 5.
На Фиг.3 показан продольный разрез устройства Б-Б в перпендикулярной плоскости Фиг.1, но уже в промежуточном рабочем положении (двигатель и механизм натяжения с цепью условно не показаны). Продемонстрировано взаимодействие опорной пяты 5 своими плечиками с торцевой поверхностью штока 3 и выдвижение штока 3.
На Фиг.4 показан аксонометрический вид опорной пяты 5 с косой лыской.
На Фиг.5 показан аксонометрический вид выполнения продольной прорези в корпусе 1 под углом к его оси и тип стопорения рабочего рычага комбинированной пружины 4 в данной прорези.
На Фиг.6 показан местный вид разреза устройства, аналогичный Фиг.1, но с опорной пятой 5, у которой коническая ось.
В первоначальном состоянии (состоянии поставки) устройство представлено на Фиг.1:
натяжное устройство состоит из тонкостенного трубчатого корпуса 1, соединенного сваркой со стандартным фланцем 2, которым натяжное устройство крепится к двигателю; тонкостенного трубчатого штока 3 с винтовыми поверхностями; комбинированной (растяжения-сжатия) пружины 4, рабочий рычаг которой входит в завальцованную с одной стороны прорезь опорной пяты 5, просечное отверстие в штоке 3 и продольный паз корпуса 1 (до срабатывания) - аксонометрическая проекция данного соединения приведена на Фиг.5.
Опорным рычагом комбинированная пружина 4 входит в сквозное отверстие упорной втулки 6, наружные кромки которого используются для завальцовки корпуса 1. Таким способом упорная втулка 6 удерживается от проворота и осевого перемещения. В кольцевом пазу упорной втулки 6 размещено уплотнительное кольцо 7 для предотвращения проистекания масла из внутренней полости двигателя (на чертеже не показан) и попадания внутрь двигателя грязи. Для большей надежности упорная втулка 7 может быть завальцована в корпус 1.
Между штоком 3 и пружиной 4 может быть размещена трубка скольжения 8 для снижения трения и износа в процессе работы.
Порядок сборки натяжного устройства: сваривают корпус 1 с фланцем 2, причем для фиксации положения перед сваркой на фланце 2 могут быть отформованы выступы (Фиг.3) с возможностью входа в винтовые поверхности корпуса 1. На упорную втулку 6 надевают уплотнительное кольцо 7 и вдевают опорный рычаг пружины 4. Данную подсборку устанавливают в корпус 1 и завальцовывают. На пружину 4 насаживают трубку скольжения 8 (если ее применение будет обусловлено необходимостью), а затем винтовой шток 3. Рабочий рычаг пружины 4 вдевают в прорезь опорной пяты 5 и, отжимая его вниз конусной осью или косой лыской (аксонометрический вид опорной пяты 5 с косой лыской приведен на Фиг.4, а с конической осью на Фиг.6), вводят в просечное отверстие штока 3. Пружину 4 вместе со всеми деталями сжимают до соприкосновения с корпусом 1, где по ответным винтовым поверхностям вкручивают шток 3 в корпус 1. При полностью закрученном штоке 3 вторично опорной пятой 5 отжимают вниз рабочий рычаг пружины 4 и заводят его в прорезь корпуса 1, после чего опорную пяту 5 отпускают (Фиг.2). В таком положении натяжное устройство транспортируют и устанавливают на двигатель.
Ввиду нагруженной работы штока 3 площадь контакта опорной рабочей поверхности с корпусом 1 могут быть увеличена с ростом количества заходов винтовых поверхностей для увеличения ресурса. Ограничением могут служить лишь технологические возможности оборудования. Предполагается использовать высокопроизводительные способы штамповки эластичной средой и магнитно-импульсную штамповку, практически исключающие последующую механическую обработку и минимизирующие отходы. Благодаря этому достигается высокий экономический эффект.
Наличие винтовых поверхностей на штоке 3 позволяет ему упруго демпфировать рывки и удары, приходящие с исполнительных механизмов натяжения, что благотворно сказывается на увеличение ресурса всех деталей.
Выполнять винтовые поверхности на корпусе 1 большой нужды нет - их могут заменить циклические выступы, по которым будет скользить шток 3. Однако площадь контакта в этом случае будет значительно меньше.
Продольная прорезь на носке корпуса 1 может быть выполнена под углом к оси (Фиг.5), чтобы предотвратить соскальзывание рабочего рычага пружины 4 в сжатом состоянии. Угол выбирается близким к углу наклона витков винтовой поверхности. Вместо прорези может быть выполнено и обычное отверстие, но в условиях массового производства эта операция будет менее производительна.
Необходимость применения комбинированной пружины 4 обусловлена схемой работы натяжного устройства: для выкручивания штока потребуется не только тангенциальная составляющая момента закручивания, но и осевое усилие для преодоления сил упругости цепи (ремня) двигателя; их соотношение составляет порядка 4/1. Благодаря большому числу витков осевое усилие остается практически постоянным в диапазоне рабочего хода штока 3, что дает возможность отказаться от подвода давления масла и обеспечить потребное натяжение цепи (ремня) в течение всего срока службы двигателя. Однако момент кручения и угол закручивания более требовательны к числу витков, увеличить которое можно применением синусоидальной навивки пружины 4. Это позволяет добавить порядка 20% витков, что является единственным способом при плотной компоновке подкапотного пространства и стесненных габаритов натяжного устройства. Одновременно снижается площадь контактирующих поверхностей пружины 4 и штока 3 (без использования трубки скольжения 8), а следовательно, и трение, и износ.
Когда применение синусоидальной пружины 4 может оказаться малоэффективным, используют трубку скольжения 8. Ее можно изготовить из материалов с небольшим коэффициентом трения, например политетрафторэтилена (фторопласта). В результате перемещение витков пружины 4 и их раскручивание будут происходить уже по гладкой цилиндрической поверхности трубки скольжения 8.
Опорная пята 5 имеет грибовидную форму (Фиг.5), сферической поверхностью которой она упирается в исполнительный механизм натяжения цепи (ремня) двигателя. Продольная прорезь обеспечивает осевое перемещение опорной пяты 5 относительно рабочего рычага пружины 4 при сборке и страгивании. Коническая ось (Фиг.6) или косая лыска обеспечивают деформацию рабочего рычага пружины 4 при сборке и страгивании (Фиг.2).
Работа натяжного устройства в условном среднем рабочем положении показана на Фиг.3.
После установки натяжного устройства на двигатель необходимо вывести из зацепления рабочий рычаг пружины 4 из прорези на носке корпуса 1. Для этого исполнительным механизмом натяжения двигателя утапливают опорную пяту 5 внутрь натяжного устройства. Конической осью или конической поверхностью косой лыски опорной пяты 5 начинают отжимать радиусный участок рабочего рычага пружины 4 (Фиг.2). Как только рабочий рычаг пружины 4 выйдет из зацепления со стенкой прорези на носке корпуса 1, он начнет взаимодействовать с поверхностью просечного отверстия в штоке 3. Преодолевая трение в винтовой паре и местах соприкосновения витков пружины 4 с трубкой скольжения 8 (или штока 3 в общем случае), а также силы упругости исполнительных механизмов двигателя, шток 3 начинает выкручиваться из корпуса 1 под действием накопленной потенциальной энергии комбинированной пружины 4. Опорная пята 5 ложится своими плечиками на торцевую поверхность штока 3.
Выдвижение штока 3 заканчивается в каком-либо равновесном положении, когда уравновешиваются все силы, приходящиеся на шток 3. Таким образом обеспечивается первоначальное натяжение исполнительных механизмов двигателя.
В процессе работы двигателя происходит износ механизмов, который приводит к увеличению длины цепи (ремня). Точка равновесного состояния смещается наружу от натяжного устройства. Благодаря наличию комбинированной пружины 4 происходит постоянное отслеживание этого нового положения за счет выкручивания штока 3.
Наличие при работе двигателя вибраций и масляного тумана будет способствовать перемещению как штока 3 по корпусу 1, так и витков пружины 4 по трубке скольжения (штоку 3).
Небольшие кратковременные перемещения исполнительных механизмов натяжения, связанные с рывками и неуравновешенностью работы двигателя, компенсируются за счет зазоров между винтовыми поверхностями штока 3 и корпуса 1 (и их упругой деформации) без вращения штока 3. Возникающие напряжения распределяются на большой площади контактирующих рабочих опорных поверхностей, образованных многозаходными винтовыми изгибами, что в совокупности с присутствующим масляным туманом значительно снижают износ.
При ремонте двигателя, требующем ослабления натяжения цепи, натяжное устройство либо снимают и перезаряжают как при первоначальной сборке, либо при наличии доступа вкручивают шток 3 в корпус 1 без снятия устройства, что выгодно отличает его от аналогов.
Таким образом, предлагаемое натяжное устройство обладает низкой себестоимостью изготовления при массовом выпуске, стабильными параметрами натяжения в течение всего срока службы, большим ресурсом, малой массой и улучшенными эксплуатационными характеристиками.