Натяжной направляющий шкив - RU2244860C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к натяжным направляющим шкивам, а более конкретно к натяжным направляющим шкивам, имеющим возможность линейного перемещения и имеющим возможность демпфирования, осуществляемого посредством линейных опор, дугообразного демпфирующего элемента.

Предшествующий уровень техники

Большинство двигателей, используемых для автомобилей и т.п., включает одну или несколько вспомогательных систем с ременным приводом, которые необходимы для надлежащей работы двигателя. Эти вспомогательные системы могут включать генератор переменного тока, воздухокондиционирующий компрессор и насос гидравлического усилителя рулевого управления.

Вспомогательные системы обычно установлены на передней поверхности двигателя. При этом каждый вспомогательный узел имеет шкив, устанавливаемый на валу, для получения мощности от ременного привода, выполненного в некоторой форме. В ранних системах каждый вспомогательный узел приводился в действие специализированным ремнем, который проходил между этим вспомогательным узлом и коленчатым валом. В результате усовершенствований в технологии производства ремней теперь в большинстве приложений используются одиночные извилистые ремни, проходящие среди различных вспомогательных элементов. Извилистый ремень приводится в движение коленчатым валом двигателя.

Поскольку извилистый ремень должен проходить ко всем вспомогательным узлам, он обычно становится длиннее, чем его предшественники. Для надлежащей работы ремень устанавливают с заданным натяжением. Во время работы он немного растягивается. Результатом этого является уменьшение натяжения ремня, что может привести к проскальзыванию ремня, вызывающему чрезмерный шум и износ. Следовательно, для поддержания надлежащего натяжения ремня по мере растяжения этого ремня во время эксплуатации желательно иметь натяжное устройство для ремня.

Во время работы натяжного устройства для ремня ремень обычно совершает колебания вследствие его взаимодействия со шкивами. Эти колебания нежелательны, так как они вызывают преждевременный износ ремня и натяжного устройства. Поэтому в натяжное устройство добавляют демпфирующий механизм для демпфирования колебаний ремня.

Разработаны различные известные демпфирующие механизмы. Они включают демпферы на основе вязких текучих сред, механизмы, основанные на скольжении поверхностей трения или их взаимодействии друг с другом, и демпферы с использованием последовательности взаимодействующих пружин. Каждое такое решение основано на одной форме демпфирующего механизма для выполнения функции демпфирования. В каждом таком решении предусмотрена некоторая конфигурация шкива и демпфирующего механизма, причем демпфирующий механизм находится снаружи шкива. Это приводило к созданию неоправданно большого устройства упомянутого назначения.

Проблема размеров была решена путем заключения демпфирующего натяжного механизма в пределах диаметра шкива, за счет чего уменьшается его габаритный размер.

Характерным для известного уровня техники является патент США №4045029 (1991), выданный Деку (Dec), в котором описан шкив, установленный на поворотном рычаге, отклоняемом пружиной сжатия. Поворотному рычагу противодействует демпфирующее средство, которое демпфирует колебания этого поворотного рычага. Составные части конструкции, в основном, заключены в пределах кольцевого пространства, имеющегося в шкиве. См. также патент США №5073148 (1991), выданный Деку, а также патент США №5370585 (1994), выданный Томею (Tomey), и патент США №4696663, выданный Томею.

Известные натяжные устройства сложны и содержат много составных частей конструкции. Каждое из известных натяжных устройств вынуждает шкив двигаться по дуге во время его работы, что требует пространства для зазора. Известная поворотная конфигурация ограничивает возможный диапазон рабочего движения. Кроме того, используется единственный демпфирующий механизм, который дополнительно ограничивает способность натяжного устройств гасить импульсы, превышающие заданную энергию.

Поэтому необходимо натяжное устройство, имеющее корпус шкива, который движется линейно. Необходимо натяжное устройство, имеющее линейные опоры, которые осуществляют демпфирование в ответ на линейное перемещение шкива. Необходимо натяжное устройство, имеющее возможность демпфирования, осуществляемого под воздействием полосы, взаимодействующей с дугообразной поверхностью корпуса. Необходимо натяжное устройство, все требуемые составные части конструкции которого компактно заключены в пределах диаметра шкива. Необходимо натяжное устройство, все требуемые составные части конструкции которого компактно заключены в пределах кольцевого пространства шкива. Настоящее изобретение удовлетворяет эти потребности.

Сущность изобретения

Согласно одному аспекту изобретение заключается в разработке натяжного устройства, имеющего корпус шкива, который перемещается линейно.

Другой аспект изобретения заключается в разработке натяжного устройства, имеющего линейные опоры, которые осуществляют демпфирование в ответ на линейное перемещение шкива.

Еще один аспект изобретения заключается в разработке натяжного устройства, имеющего возможность демпфирования, осуществляемого под воздействием полосы, сцепленной с дугообразной поверхностью корпуса.

Следующий аспект изобретения заключается в разработке натяжного устройства, все требуемые составные части конструкции которого компактно заключены в пределах диаметра шкива.

Еще один аспект изобретения заключается в разработке натяжного устройства, все требуемые составные части конструкции которого компактно заключены в пределах кольцевого пространства шкива.

Остальные аспекты изобретения будут указаны в нижеследующем описании изобретения и на сопроводительных чертежах или станут очевидными после их изучения.

В изобретении предложено натяжное устройство, имеющее возможность линейного перемещения. Шкив установлен на корпусе с возможностью опоры на него. Для скользящего соединения корпуса и основания используется опора. Эта опора заставляет корпус, а значит и шкив, перемещаться по заданной траектории. Корпус также содержит дугообразную демпфирующую поверхность, которая взаимодействует с фрикционной или демпфирующей полосой. Пружина кручения концентрически сцеплена с полосой фрикционного материала, оказывая нажим на нее для сцепления с дугообразной демпфирующей поверхностью, когда корпус перемещается в ответ на импульс или усилие, прикладываемое со стороны шкива. Когда импульс нагрузки ремня заставляет корпус перемещаться по заданной траектории, контакт между демпфирующей полосой и основанием заставляет пружину еще сильнее прижимать фрикционный демпфирующий материал к дугообразной поверхности корпуса, за счет чего демпфируется перемещение этого корпуса. Кроме того, ось шкива смещена от центральной линии подшипника. Когда корпус перемещается, между корпусом и основанием создается пара сил, воздействующая через опору. Силы этой пары создают силу трения между опорными поверхностями, усиливая демпфирование перемещения корпуса, а вследствие этого и перемещения шкива.

Краткое описание чертежей

На сопроводительных чертежах, введенных в описание и образующих его часть, изображены предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, и эти чертежи наряду с описанием служат для пояснения принципов изобретения.

На фиг.1 показан вид сбоку изобретения в поперечном разрезе вдоль линии B-B по фиг.2.

На фиг.2 – вид устройства в плане в поперечном разрезе.

На фиг.3 – схема свободного тела линейной опоры.

На фиг.4 подробно показаны направляющая и рельсовая опоры.

На фиг.5 – вертикальная проекция в частичном поперечном разрезе альтернативного варианта осуществления изобретения.

На фиг.6 представлена вертикальная проекция в поперечном разрезе в точке поворота, показанной на фиг.5.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

На фиг.1 предлагаемое техническое решение представлено на виде сбоку в поперечном разрезе вдоль линии B-B по фиг.2. Предлагаемое натяжное устройство содержит шкив 2, который установлен на корпус 4 с возможностью опоры на него, но может быть и соединен с ним любыми подходящими средствами, известными в данной области техники. Шкив 2 и корпус 4 могут содержать направляющий шкив, описанный в заявке №09/525607 на патент США, поданной 14 марта 2000 г. Как указано в заявке №09/525607, фланец 32 шкива 2 опирается на внутреннее кольцо 113 подшипника 3. Ось 33 и гайка 24 крепят шкив 2 к внутреннему кольцу подшипника 3.

На нижнюю поверхность корпуса 4 установлен опорный элемент или направляющая 7. Направляющая 7 имеет боковые стороны 17, которые наклонены к корпусу 4 под острым углом, образуя С-образный профиль, см. фиг.4. На основании 8 установлены опорные элементы или рельсовые опоры 9, 10. Боковые стороны 17 направляющей 7 сцеплены с возможностью скольжения с наклонными боковыми сторонами рельсовых опор 9, 10 и взаимодействуют с ними. Направляющая 7 и рельсовые опоры 9, 10 вынуждают корпус 4 перемещаться, по существу, линейно, что отражено на фиг.2. Можно по достоинству оценить тот факт, что направляющая 7 и взаимодействующие рельсовые опоры 9, 10 составляют линейную опору. Хотя рельсовые опоры 9, 10 показаны в виде отдельных деталей, они также могут быть объединены в единую деталь, поскольку края этой детали могут сцепляться с возможностью скольжения с направляющей 7, по существу, так же, как рельсовые опоры 9, 10.

Силе или нагрузке ремня B_L противодействует отклоняющий элемент или пружина 11. Пружина 11 окружает опору 5 демпфирующего механизма. В предпочтительном варианте осуществления изобретения пружина 11 является пружиной кручения. Конец 19 пружины 11 прикреплен к опоре 5 с помощью хомутика 50, см. фиг.2. К внутренней поверхности опоры 5 прикреплен фрикционный материал, располагающийся между опорой 5 и корпусом 4. Этот фрикционный материал 6 может содержать любые материалы, известные в области демпфирования движения, включая, но не ограничиваясь ими, нейлон 6/6 или нейлон 4/6 с промежуточной смазкой.

В свою очередь, фрикционный материал 6 окружает внешнюю поверхность 18 корпуса 4, сцепляясь с ней. Опора 5, фрикционный материал 6 и внешняя поверхность 18 корпуса 4 расположены, по существу, соосно вокруг оси 15 шкива. Конец 13 опоры 5 сцеплен с упором или язычком 12 на основании 8 и опирается на него. Конец 119 пружины 11 прикреплен к корпусу 4 с помощью хомутика 40. Легко заметить, что пружина 11, опора 5 и фрикционный материал 6 компактно заключены в пределах кольцевого пространства S шкива, а также в пределах толщины t шкива. В результате этой конфигурации получается натяжное устройство, занимающее наименьшее возможное пространство, ограниченное только диаметром и толщиной шкива и одновременно допускающее увеличенный диапазон перемещения, а также демпфирующее импульсы большей величины, чем известные демпферы.

На фиг.2 предлагаемое техническое решение представлено на виде в плане в поперечном разрезе. Опора 5 и фрикционный материал 6 имеют, по существу, круглую форму, которая, по существу, соосна с осью вращения шкива 2.

Рельсовые опоры 9, 10 показаны смещенными друг от друга относительно оси B-B. Рельсовые опоры 9, 10 также эксцентрически смещены в радиальном направлении от оси 15 вращения шкива. Направляющая 7 представляет собой один элемент, который введен в контакт с каждой из рельсовых опор 9, 10. Пружина 11, опора 5 и фрикционный материал 6 показаны заключенными в пределах внешнего кольцевого пространства 22 шкива 2. Во время работы направляющая 7, а значит и корпус 4, перемещаются параллельно оси А-А в положительном и отрицательном направлениях.

На фиг.3 представлена схема свободного тела линейной опоры.

Во время работы ремень 14 прикладывает нагрузку на силу ремня, обозначаемую символом F_L, к шкиву 2, как показано на фиг.2. F_L вынуждает корпус 4 перемещаться вдоль оси A-A, заставляя тем самым конец 13 опоры 5 оказывать нажим на упор или язычок 12. Это перемещение заставляет конец 19 пружины 11 перемещаться так, будто пружина 11 “обвивается” вокруг корпуса, см. фиг.2. Перемещение корпуса 4 в направлении V также будет заставлять конец 19 перемещаться в направлении D_V по мере того, как конец 19 плотнее облегает поверхность 18. Это происходит потому, что поверхность 18 вжимается в демпфирующий или фрикционный материал 6 и опору 5 посредством силы F_L. Следовательно, перемещение опоры 5 в направлении V вызывает принудительное перемещение конца 19 в направлении D_V. В данной области техники известно, что поворот пружины кручения в некотором направлении, способствующий обвиванию пружины или смыканию витков, будет вызывать противодействие пружины такой нагрузке или перемещению в предположении, что другой конец пружины закреплен. Возросшая сила приведет к увеличению силы пружины, противодействующей упомянутой силе в зависимости от жесткости пружины. Для заданного количества витков в пружине кручения, величины крутящего момента T_spr пружины, создаваемого за счет перемещения корпуса 4, является функция длины “е” плеча рычага от оси A-A до точки контакта конца 13 на язычке 12.

Дальнейшее перемещение шкива, а значит и корпуса 4, в направлении V будет вызывать дальнейшее перемещение конца 19 в направлении D_V, вызывая более плотное облегание опорой 5 поверхности 18. Поэтому специалист в данной области техники должен признать, что нагрузка или сила F_Lзаставляет фрикционный материал 6 опираться на поверхность 18 корпуса или прижиматься к ней. Как описано выше, по мере увеличения F_Lопора 5 и фрикционный материал 6 постепенно оборачиваются вокруг поверхности 18. Кроме того, увеличение силы и угла оборачивания приводит к увеличению силы трения, противодействующей перемещению корпуса 4, а значит и перемещению шкива 2. Это обеспечивает демпфирование перемещения корпуса, а значит и шкива.

Изобретенное натяжное устройство также содержит дополнительный демпфирующий механизм. Во время работы, как описано выше, ремень под натяжением или нагрузкой пробегает вокруг шкива 2, что создает силу F_L нагрузки ступицы, в свою очередь воздействующую на ось 15 шкива, а значит – и на корпус 4. На опору 5 также воздействует вектор F_s силы пружины, противодействуя перемещению корпуса 4. Для упрощения описания F_s показан как единственный вектор, хотя можно понять, что сила распределена по поверхности демпфирующей полосы 6 и дугообразной поверхности 18. Сила F_R реакции, в свою очередь, воздействует на рельсовые опоры 9, 10 через направляющую 7. В результате воздействия через направляющую 7 корпус 4 вынужден перемещаться по фиксированной траектории P между опорами (направляющими) 9, 10. Легко понять, что расположение векторов описанных сил заставляет корпус поддерживать надлежащий контакт между направляющей 7 и рельсовыми опорами 9, 10, предотвращая тем самым поворот направляющей 7. В предпочтительном варианте осуществления изобретения предварительно заданная траектория P для корпуса является, по существу, линейной. В альтернативном варианте осуществления изобретения, описываемом в связи со следующими фигурами, эта траектория является, по существу, дугообразной.

Поскольку в целях анализа можно сделать допущение о статическим равновесии натяжного устройства, для задания вектора F_R силы реакции можно суммировать различные вектора сил, оказывающих воздействие на рельсовые опоры 9, 10:

Решение относительно F_R находится в виде пары F сил, воздействующей на рельсовые опоры 9, 10 через посредство направляющей 7. Если силы F_S, F_L параллельны друг другу, то F =0. Тогда пара Fсил будет определяться крутящим моментом пружины и расстоянием d: F_R *d=T_spr.

Боковые стороны рельсовых опор 9, 10, сцепленные с взаимодействующими боковыми сторонами 17 направляющей 7, имеют заданный коэффициент трения. Поэтому работа каждой силы из пары F сил, воздействующей на каждую рельсовую опору 9, 10, создает силу трения на поверхности раздела. Кроме того, поскольку рельсовые опоры 9, 10 имеют поверхности сцепления, описывающие острый угол α относительно корпуса, этот корпус 4 также вызывает кулачковый эффект, когда плоские поверхности сцепляются с наклонными поверхностями 26 и 27 рельсовых опор. Это вносит коэффициент sin(α) в силу трения в предположении, что F_R включает силы, направленные по нормали. Сила трения, в свою очередь, определяет эффект ζ демпфирования, т.е.:

где µ - коэффициент трения для каждой взаимодействующей скользящей поверхности 17, 26 и 27; b – длина плеча рычага на фиг.2; d – расстояние на фиг.3; α – угол на фиг.4; T_spr - крутящий момент пружины; R – радиус материала на фиг.1. Коэффициент трения может быть выбран пользователем на основе материалов, известных в области демпфирования, включая, но не ограничиваясь ими, нейлон 6/6 или нейлон 4/6 с промежуточной смазкой.

Можно заметить, что эффект демпфирования натяжного устройства представляет собой совокупный результат сцепления фрикционного материала 6 на поверхности 18, а также действия сил пары F, которые воздействуют, создавая силы трения, через направляющую 7 на рельсовые опоры 9, 10.

Специалист в данной области техники легко поймет, что эффект демпфирования можно изменять путем изменения пары F сил, а также изменения коэффициента трения каждой скользящей поверхности. Это можно осуществить, изменяя поперечное расстояние “b” между рельсовыми опорами 9, 10, как показано на фиг.2, расстояние “c” между рельсовыми опорами и центром шкива, а также продольное расстояние “d” между рельсовыми опорами 9, 10. Надлежащий выбор каждой переменной позволяет пользователю спроектировать натяжное устройство, эксплуатация которого будет основана на заданном наборе рабочих параметров.

На фиг.4 подробно показаны направляющая и рельсовая опора. Угол, заключенный между наклонной боковой стороной направляющей 7, поверхностью 17 и поверхностью 27, показан как острый угол α. Нормальная сила, воздействующая на поверхность 27 рельса, обозначена символом N, причем F_R=N cosα.

На фиг.5 представлена вертикальная проекция в частичном поперечном разрезе альтернативного варианта осуществления изобретения. Силе или нагрузке ремня противодействует отклоняющий элемент или пружина 11. Пружина 11 окружает опору 5 демпфирующего механизма. В этом варианте осуществления изобретения пружина 11 является пружиной кручения. Конец 19 пружины 11 прикреплен к опоре 5 с помощью хомутика 50. К внутренней поверхности опоры 5 прикреплен фрикционный материал 6, располагающийся между опорой 5 и корпусом 4. Этот фрикционный материал 6 может содержать любые материалы, известные в области демпфирования движения, включая, но не ограниваясь ими, нейлон 6/6 или нейлон 4/6 с промежуточной смазкой.

В свою очередь, фрикционный материал 6 окружает внешнюю поверхность 18 корпуса 4 и сцеплен с ней. Опора 5, фрикционный материал 6 и внешняя поверхность 18 корпуса 4 расположены, по существу, соосно вокруг оси 15 шкива. Конец 13 опоры 5 сцеплен с упором или язычком 12 на основании 8 и опирается на него. Конец 119 пружины 11 прикреплен к корпусу 4 с помощью хомутика 40. Легко заметить, что пружина 11, опора 5 и фрикционный материал 6 компактно заключены в пределах кольцевого пространства S шкива, а также в пределах толщины t шкива, как показано на фиг.1.

Ось 120 поворота механически соединяет корпус 4 с основанием 8. Корпус 4 выполнен с возможностью поворота вокруг оси 120 поворота. За счет поворота вокруг оси 120 поворота корпус 4 вынужден перемещаться, по существу, по дуговой траектории в ответ на воздействие силы, такой как нагрузка ремня.

На фиг.6 представлена вертикальная проекция в поперечном разрезе в точке поворота, показанной на фиг.5. Ось 120 поворота соединена с корпусом 4. Ось 120 поворота сцеплена с основанием 8 в приемном стакане 121. Приемный стакан 121 может быть смазан для облегчения перемещения оси.

Хотя здесь описана лишь одна форма осуществления изобретения, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что в рамках объема патентных притязаний описываемого изобретения можно внести изменения в конструкцию и взаимосвязь между ее деталями.

Реферат

Изобретение относится к натяжным направляющим шкивам, а именно к натяжным направляющим шкивам, имеющим возможность линейного перемещения и демпфирования. Устройство содержит основание 8 с рельсовыми опорами 9, 10 и упором 12, корпус 4, нижняя поверхность которого имеет опорный элемент 7, установленный в скользящем зацеплении с рельсовыми опорами 9, 10, шкив 2, установленный на корпус 4, демпфирующий элемент 5 с демпфирующей поверхностью, находящейся в скользящем контакте с поверхностью 18 корпуса 4, и с частью 13 для контактирования с упором 12, отклоняющий элемент 11, расположенный наружу от внешней поверхности 18 корпуса 4, причем один конец 19 отклоняющего элемента 11 соединен с демпфирующим элементом 5, а другой конец 119 соединен с корпусом. Технический результат заключается в увеличении диапазона перемещений шкива и демпфирования при компактной конструкции устройства. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула