СИСТЕМА РЕМЕННОГО ПРИВОДА (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО НАТЯЖЕНИЯ ДЛЯ НЕЕ Российский патент 2006 года по МПК F16H7/12 

Изобретение относится к приводам передних вспомогательных агрегатов, а более конкретно к системам ременного привода, имеющим асимметричное демпфирующее устройство натяжения.

Большинство двигателей, используемых в автомобилях и т.п., содержат ряд систем вспомогательных агрегатов с ременным приводом, которые необходимы для надлежащей работы транспортного средства. Системы вспомогательных агрегатов могут включать в себя генератор переменного тока, компрессор кондиционера воздуха и насос гидравлического усилителя рулевого управления.

Системы вспомогательных агрегатов обычно установлены на передней поверхности двигателя. Каждый вспомогательный агрегат имеет шкив, установленный на валу, для приема мощности от ременного привода, выполненного в некоторой форме. В ранних системах каждый вспомогательный агрегат приводился в движение отдельным ремнем, который двигался между этим вспомогательным агрегатом и коленчатым валом. Благодаря усовершенствованиям в технологии ремней сейчас в большинстве приложений используют в основном одиночные извилистые ремни. Одиночный извилистый ремень, направляемый между различными вспомогательными агрегатами, приводит в движение вспомогательные агрегаты. Коленчатый вал двигателя приводит в движение этот извилистый ремень.

Поскольку извилистый ремень следует направлять ко всем вспомогательным агрегатам, он в общем случае стал длиннее, чем его предшественники. Для работы надлежащим образом такой ремень устанавливают с некоторым предварительно определенным натяжением. Когда ремень работает, он несколько растягивается вдоль своей длины. Это приводит к уменьшению натяжения ремня, что может вызывать проскальзывание ремня. Поэтому используют устройство натяжения ремня для поддержания его надлежащего натяжения, если ремень растягивается во время эксплуатации.

Когда устройство натяжения ремня работает, движущийся ремень может возбуждать колебания в пружине устройства натяжения. Эти колебания нежелательны, потому что они вызывают преждевременный износ ремня и устройства натяжения. Поэтому предусматривают демпфирующий механизм для демпфирования рабочих колебаний.

Разработаны различные демпфирующие механизмы. Они включают в себя демпферы на вязких текучих средах, механизмы, основанные на скольжении фрикционных поверхностей друг относительно друга или на их взаимодействии друг с другом, и демпферы, в которых используется последовательность взаимодействующих пружин. Большей частью эти демпфирующие механизмы работают в единственном направлении, оказывая сопротивление движению ремня в одном направлении. Обычно это приводит к недемпфируемым вибрациям, возникающим во время работы ремня, когда рычаг устройства натяжения колеблется между нагруженным и ненагруженным положениями.

Известные системы основаны на настройке устройства натяжения с обеспечением податливости, чтобы можно было отслеживать движение ремня. Обычно устройство натяжения настраивают, задавая малую скорость демпфирования, чтобы способствовать проявлению этой податливости. В результате известные системы работали неудовлетворительно при изменениях нагрузки. Привод вспомогательных агрегатов работал нормально, когда двигатель вращался с некоторой установившейся скоростью, выражаемой количеством оборотов в минуту. Опора устройства натяжения должна поддерживать некоторое натяжение в пролете ремня. В общем случае устройство натяжения находится после коленчатого вала в направлении движения ремня. Демпфирование настраивали так, чтобы устройство натяжения могло демпфировать большинство вибраций в движущемся ремне.

Проблемы возникают, когда скорость двигателя быстро изменяется в диапазоне от 5000 до 10000 (об/мин)/сек. В этом случае такие вспомогательные агрегаты, как генератор переменного тока, продолжают приводить ремень в движение после уменьшения скорости, так как имеет место инерция вращения. Это вызывает натяжение ремня на стороне, находящейся после коленчатого вала, нагружающее устройство натяжения. Если скорость демпфирования в устройстве натяжения слишком мала, то это устройство натяжения окажется неспособным выдерживать увеличение натяжения ремня и рычаг будет двигаться в направлении от ремня. В результате выяснится, что устройство натяжения не поддерживает достаточное натяжение в ремне. Это обусловит проскальзывание ремня на шкиве коленчатого вала, поскольку теперь ремень приводится в движение к коленчатому валу, вызывая «скрипящие» шумы. Известные системы основаны на средстве фиксации рычага устройства натяжения в направлении нагружения с целью предотвращения уменьшения натяжения ремня. Однако фиксация устройства натяжения мешает устройству натяжения выполнять свою регулирующую функцию демпфирования вибраций в ремне.

Известное техническое решение может быть представлено патентом США №5439420, авторы Мекстрот (Meckstroth) и др., где описана система привода вспомогательных агрегатов, включающая в себя устройство натяжения, имеющее регулятор для регулирования движения поворота рычага с обеспечением возможности свободного поворота рычага в направлении, соответствующем увеличению натяжения ремня, причем этот регулятор препятствует движению рычага в направлении, соответствующем уменьшению натяжения ремня.

Известен также способ расположения вспомогательных агрегатов двигателя с обеспечением приложения наибольшей вращательной инерционной силы к вспомогательному агрегату, ближайшему к шкиву коленчатого вала, если смотреть с той стороны ремня, на которой он натянут. О таком решении говорится в патенте США №4959042, автор Танака (Tanaka). Этот способ основан не на рабочих характеристиках устройства натяжения, а на динамике, обусловленной шахматным порядком расположения вспомогательных агрегатов, которая в свою очередь основана на инерции вращения.

Известные системы зависят от фиксирующего устройства натяжения или от конкретной механической компоновки, предназначенной для решения проблемы высокой скорости изменения скорости двигателя. Ни одно из известных технических решений не решает проблему устранения скрипа при изменениях скорости с одновременным продолжением демпфирования вибраций ремней. Кроме того, известные системы, например в случае системы Мекстрота, оказываются сложными и дорогостоящими, требующими наличия сложных механических устройств для регулирования движения рычага устройства натяжения. Известные системы являются относительно громоздкими, требуя наличия места на поверхности двигателя. Способ Танаки не вполне решает вопрос высоких скоростей замедления, будучи вместо этого основанным на расположении агрегатов, что не полностью предотвращает натяжение ремня во время замедления.

Существует потребность в системе ременного привода с асимметричным демпфирующим устройством натяжения, имеющей асимметричное демпфирующее устройство натяжения. Кроме того, существует потребность в системе ременного привода с асимметричным демпфирующим устройством натяжения, выполненной с возможностью обеспечения большего натяжения ремня во время быстрых изменений скорости двигателя. Также существует потребность в системе ременного привода с асимметричным демпфирующим устройством натяжения, в которой демпфирующее трение в направлении нагружения больше, чем в направлении разгрузки. И наконец, существует потребность в системе ременного привода с асимметричным демпфирующим устройством натяжения, имеющей коэффициент асимметрии, превышающий 1,5.

Техническая задача настоящего изобретения состоит в удовлетворении этих потребностей.

Данная техническая задача решается за счет того, что система ременного привода согласно изобретению содержит ведущий шкив, по меньшей мере, один ведомый шкив, ремень, соединяющий ведущий шкив с ведомым шкивом и устройство натяжения ремня, имеющее рычаг, предназначенный для восприятия нагрузки ремня и установленный с возможностью поворота на основании, шкив, опертый на рычаг и взаимодействующий с ремнем привода, отклоняющий элемент, взаимодействующий с основанием, и демпфирующий элемент, имеющий фрикционную поверхность, взаимодействующую с основанием, причем демпфирующий элемент взаимодействует с рычагом в точке его поворота, отклоняющий элемент взаимодействует с демпфирующим элементом в первой и во второй точках контакта таким образом, что к фрикционной поверхности приложена нормальная сила за счет нагрузки ремня, а демпфирование движения рычага демпфирующим элементом осуществлено за счет асимметричной демпфирующей силы таким образом, что демпфирующая сила, действующая в направлении нагружения, больше, чем демпфирующая сила, действующая в направлении разгрузки, при этом отношение демпфирующей силы, действующей в направлении нагружения, к демпфирующей силе, действующей в направлении разгрузки, находится в диапазоне от 1,5 до 5.

Предпочтительно отклоняющий элемент содержит пружину кручения.

Предпочтительно устройство натяжения ремня расположено в системе перед вращающимся элементом, имеющим наибольшую эффективную инерцию вращения в направлении движения ремня.

Техническая задача также решается за счет того, что система ременного привода согласно изобретению содержит ведущий шкив, по меньшей мере, один ведомый шкив, ремень, соединяющий ведущий шкив с ведомым шкивом и устройство натяжения со ступицей, испытывающей нагрузку, и имеющее рычаг, взаимодействующий с ремнем для поддержания натяжения ремня, и имеющее асимметричное отношение демпфирования, вследствие чего демпфирующая сила, действующая в направлении нагружения, больше, чем демпфирующая сила, действующая в направлении разгрузки, а проскальзывание ведомого шкива составляет менее 2% поворота ведущего шкива.

Предпочтительно упомянутый ведомый шкив имеет эффективную инерцию вращения, превышающую 0,004 кгм² и при этом вибрация рычага устройства натяжения минимизируется при скорости замедления ведущего шкива, превышающей 6000 (об/мин)/сек.

Предпочтительно устройство натяжения расположено в непосредственно перед шкивом, имеющим наибольшую эффективную инерцию вращения в направлении движения ремня.

Предпочтительно нагрузка на ступицу устройства натяжения увеличивается при замедлении ведущего шкива от установившегося значения до максимального значения менее чем за 0,15 с.

Предпочтительно замедление ведущего шкива обуславливает приложение к устройству натяжения силы в направлении нагружения.

Техническая задача также решается за счет того, что устройство натяжения согласно изобретению содержит рычаг, предназначенный для восприятия нагрузки ремня и установленный с возможностью поворота на основании, шкив, установленный на рычаге, взаимодействующий с приводным ремнем, отклоняющий элемент, взаимодействующий с основанием, и демпфирующий элемент, имеющий фрикционную поверхность, взаимодействующую с основанием, причем демпфирующий элемент взаимодействует с рычагом в точке поворота, отстоящей на расстояние (А) в радиальном направлении от центра (О) поворота рычага, отклоняющий элемент взаимодействует с демпфирующим элементом в первой и во второй точках контакта таким образом, что к фрикционной поверхности приложена нормальная сила за счет нагрузки ремня, а демпфирование движения рычага демпфирующим элементом осуществлено за счет асимметричной демпфирующей силы, причем демпфирующая сила, действующая в направлении нагружения, больше, чем демпфирующая сила, действующая в направлении разгрузки, а отношение демпфирующей силы, действующей в направлении нагружения, к демпфирующей силе в направлении разгрузки, находится в диапазоне от 1,5 до 5.

Предпочтительно отклоняющий элемент содержит пружину кручения.

Техническая задача, кроме того, решается и за счет того, что система ременного привода согласно изобретению содержит ремень, по меньшей мере, два шкива, взаимодействующие с ремнем, причем каждый шкив соединен с агрегатом системы, устройство натяжения, имеющее шкив, взаимодействующий с ремнем, и рычаг, предназначенный для восприятия нагрузки ремня, и установленный с возможностью поворота на основании, отклоняющий элемент, взаимодействующий с основанием, и демпфирующий элемент, имеющий фрикционную поверхность, взаимодействующую с основанием, демпфирующий элемент взаимодействует с рычагом в точке поворота, отстоящей на расстояние (А) в радиальном направлении от центра (О) поворота рычага, отклоняющий элемент взаимодействует с демпфирующим элементом в первой и во второй точках контакта таким образом, что к фрикционной поверхности приложена нормальная сила за счет нагрузки ремня, а демпфирование движения рычага демпфирующим элементом осуществляется за счет асимметричной демпфирующей силы, причем демпфирующая сила, действующая в направлении нагружения больше, чем демпфирующая сила, действующая в направлении разгрузки, а отношение демпфирующей силы, действующей в направлении нагружения, к демпфирующей силе, действующей в направлении разгрузки, находится в диапазоне от 1,5 до 5.

Предпочтительно дополнительно содержит, по меньшей мере, один агрегат, имеющий эффективную инерцию, равную или превышающую примерно 0,004 кгм², устройство натяжения ремня расположено перед упомянутым агрегатом в направлении привода ремня.

Предпочтительно упомянутый агрегат представляет собой генератор переменного тока.

Предпочтительно упомянутый агрегат представляет собой распределительный вал.

Предпочтительно дополнительно содержит второй демпфирующий элемент, взаимодействующий с возможностью поворота с демпфирующим элементом, и при этом второй демпфирующий элемент имеет фрикционную поверхность, взаимодействующую с основанием.

Предпочтительно скорость системы замедления превышает 6000 (об/мин)/сек.

Предпочтительно проскальзывание ремня на шкиве составляет примерно 1,4%.

Прилагаемые чертежи, входящие в состав описания и составляющие его часть, иллюстрируют предпочтительные конкретные варианты осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием служат для пояснения принципов изобретения:

фиг.1 - условный вид спереди, иллюстрирующий систему привода передних вспомогательных агрегатов, которая включает в себя устройство натяжения ремня, имеющее демпфирующий механизм, согласно изобретению;

фиг.2 - в увеличенном масштабе частичный условный вид в основном вдоль линии 2-2, показанной на фиг.1, иллюстрирующий различные составляющие силы, связанные с устройством натяжения;

фиг.3 - разрез по линии 3-3, показанной на фиг.2;

фиг.4 - в увеличенном масштабе вид, показывающий демпфирующий механизм согласно изобретению;

фиг.5 - альтернативный конкретный вариант осуществление демпфирующего механизма, имеющего форму полуокружности;

фиг.6 - альтернативный конкретный вариант осуществления демпфирующего механизма, имеющего форму полуокружности и внешнюю стенку, имеющую отклоняющую полоску;

фиг.7 - альтернативный конкретный вариант демпфирующего механизма, имеющего внутреннюю фрикционную поверхность;

фиг.8 - вид снизу сил, действующих на демпфирующую пластину;

фиг.9 - вид сверху демпфирующей пластины;

фиг.10 - диаграмма свободного тела демпфирующего механизма в основании устройства натяжения;

фиг.11 - вид сбоку демпфирующего механизма вдоль линии 11-11, показанной на фиг.8;

фиг.12 - вид сверху демпфирующего механизма;

фиг.13 - перспективное изображение сверху демпфирующей пластины;

фиг.14 - перспективное изображение снизу демпфирующей пластины;

фиг.15 - вид снизу первого альтернативного конкретного варианта осуществления демпфирующего механизма;

фиг.16 - вид сбоку демпфирующего механизма вдоль линии 16-16, показанной на фиг.15;

фиг.17 - вид сверху первого альтернативного демпфирующего механизма;

фиг.18 - перспективное изображение сверху первого альтернативного демпфирующего механизма;

фиг.19 - перспективное изображение снизу первого альтернативного демпфирующего механизма;

фиг.20 - перспективное изображение сверху альтернативного демпфирующего механизма;

фиг.21 - вид снизу второго альтернативного конкретного варианта осуществления;

фиг.22 - вид сбоку демпфирующего механизма вдоль линии 22-22, показанной на фиг.21;

фиг.23 - вид сверху второго альтернативного конкретного варианта осуществления;

фиг.24 - перспективное изображение снизу второго альтернативного конкретного варианта осуществления;

фиг.25 - перспективное изображение сверху второго альтернативного конкретного варианта осуществления;

фиг.27 - условное изображение типичного ременного привода для двигателя;

фиг.28а - сравнение параметров устройств натяжения между обычным устройством натяжения и асимметричным устройством натяжения;

фиг.28b - сравнение параметров устройств натяжения между обычным устройством натяжения и асимметричным устройством натяжения;

фиг.29а - сравнение параметров устройств натяжения, показывающее угловую вибрацию;

фиг.29b - сравнение параметров устройств натяжения, показывающее вибрацию рычагов устройств натяжения;

фиг.29c - сравнение параметров устройств натяжения, показывающее динамическое натяжение;

фиг.29d - сравнение параметров устройств натяжения, показывающее натяжение на холостом шкиве;

фиг.30а - сравнение параметров устройств натяжения для асимметричного устройства натяжения;

фиг.30b - сравнение параметров устройств натяжения для обычного устройства натяжения;

фиг.30с - сравнение параметров устройств натяжения для асимметричного устройства натяжения;

фиг.30d - сравнение параметров устройств натяжения для обычного устройства натяжения;

фиг.30е - простой двухточечный привод лишь с одним вспомогательным агрегатом;

фиг.31 - сравнение движения рычагов устройства натяжения во время запуска из холодного состояния для обычного устройства натяжения и асимметричного устройства натяжения;

фиг.32 - сравнение перемещения рычагов для обычного устройства натяжения и асимметричного устройства натяжения.

Подробное описание предпочтительного конкретного варианта осуществления

Ниже приводится описание устройства натяжения, имеющего асимметричную демпфирующую характеристику. Асимметричное устройство натяжения рассеивает больше энергии, чем обычное устройство натяжения, в предположении, что оба устройства натяжения имеют одинаковую силу устройства натяжения. Другое важное преимущество асимметричного устройства натяжения состоит в том, что такое устройство может обеспечить более высокую скорость демпфирования для заданной системы ременного привода по сравнению с обычным устройством натяжения.

Между асимметричным устройством натяжения и обычным устройством натяжения существуют два основных различия в работе. Во-первых, в случае асимметричного устройства натяжения сила трения, а значит, и рассеиваемая энергия вибрации значительно больше во время полуцикла нагружения устройства натяжения, чем сила трения и рассеиваемая энергия вибрации во время полуцикла разгрузки устройства натяжения. В случае обычного устройства натяжения эти силы примерно равны. Во-вторых, энергия ременного привода рассеивается посредством демпфирования только в полуцикле нагружения ввиду смещенной функции демпфирования устройства натяжения. Демпфирование устройства натяжения в полуцикле разгрузки рассеивает механическую энергию только устройства натяжения, а не ремня или других агрегатов.

В частности, в любой момент сила, прикладываемая к ремню, не может оказаться слишком малой, иначе будет происходить проскальзывание ремня на шкивах агрегатов, таких как генератор переменного тока или коленчатый вал, см. фиг.1. В общем случае демпфирующее трение во время движения в направлении разгрузки не должно превышать 70% жесткости (силы сжатия) пружины устройства натяжения. В случае обычного устройства натяжения, поскольку демпфирование нагружения и разгрузки по существу одинаково, трение в направлении нагружения также будет составлять 70% жесткости пружины. Например, если крутящий момент пружины обычного устройства натяжения составляет 15 Н·м, а коэффициент демпфирования составляет 70%, то демпфирующий крутящий момент будет составляет 10,5 Н·м в обоих направлениях. Если необходимо большее демпфирование, то приходится увеличивать жесткость пружины, чтобы поддержать надлежащее малое натяжение на конце. Увеличение жесткости пружины будет уменьшать срок службы ремня, а также увеличивать нагрузку в подшипниках некоторых агрегатов.

С другой стороны, при наличии асимметричного устройства натяжения, имеющего то же самое натяжение ремня, если коэффициент асимметрии К_АС составляет, например, три, то фрикционное демпфирование в направлении нагружения будет в три раза больше, чем фрикционное демпфирование в направлении разгрузки. В результате оно также в три раза больше, чем фрикционное демпфирование обычного устройства натяжения, что обеспечивает значительно большее демпфирование для системы без увеличения натяжения ремня.

Следовательно, по сравнению с обычным устройством натяжения асимметричное устройство натяжения обладает двумя дополнительными преимуществами. Во-первых, при использовании эквивалентных пружин можно обеспечить гораздо большее демпфирование. Или при одном и том же демпфирующем эффекте в направлении нагружения ременный привод будет подвергаться меньшему натяжению при наличии асимметричного устройства натяжения. В результате асимметричное демпфирование оказывается более эффективным в борьбе с вибрацией системы, а также значительно увеличивает срок службы ремня.

Демпфирующий механизм и устройство натяжения, описываемые в данной заявке, являются по существу такими же, как описанные с обыкновенной заявке №09/482128, поданной 01.12.00, упоминаемой в данном описании для справок.

На фиг.1 и 3 устройство 10 натяжения со шкивом 12 изображено как часть системы ременного привода, которая включает ремень 16 и несколько шкивов. Например, ремень 16 движется вокруг шкива 18 коленчатого вала, шкива 20 вентилятора и/или водяного насоса, шкива 22 насоса гидравлического усилителя рулевого управления, шкива 24 генератора переменного тока, холостого шкива 26 и шкива 12 устройства натяжения. Шкив 12 устройства натяжения сцеплен с ремнем 16 и показан в нескольких положениях, чтобы условно продемонстрировать, как этот шкив движется для осуществления настройки натяжения шкива. Шкив 12 устройства натяжения сцеплен с ремнем 16 и воспринимает нагрузку ремня в форме натяжения Т1, Т2 ремня на соседних пролетах 28, 30 ремня. Натяжения (или нагрузки) T1, T2 ремня складываются, образуя составляющую СР силы ремня вдоль биссектрисы угла, образованного между участками 28, 30 ремня. Эта составляющая силы ремня, смещенная в осевом направлении от шарнира 32 устройства натяжения, создает составную нагрузку ступицы, включающую силы и моменты, которые условно (т.е. не конкретно) обозначены стрелкой НС. Демпфирующий механизм согласно изобретению обозначен позицией 34 в устройстве 10 натяжения.

На фиг.3 устройство 10 натяжения является устройством механического типа и включает демпфирующий механизм 34, включает основание 42, пружину 44 кручения и шкив 12, установленный с возможностью вращения на поворотном рычаге 52, например, посредством шарикоподшипника 62 на валу 64. Шарикоподшипник 62 зафиксирован на валу 64 фланцевой крепежной деталью 66. Поворотный рычат 52 прикреплен к цилиндрическому элементу 53, который поддерживает поворотный рычаг 52 и поворачивается поворотным шкворнем 55. В шарнире 32 расположена, по меньшей мере, одна втулка 56 типа гильзы. Эта втулка 56 шарнира предпочтительно является втулкой полимерного типа и расположена в шарнире с возможностью поворота относительно поворотного шкворня 55 и поддержания таким образом поворотного рычага 52. Хотя на чертеже представлена одна втулка 56 шарнира, возможно наличие более чем одной втулки шарнира. Поворотный шкворень 55, включающий крепежную деталь 60, проходит сквозь фланцевое отверстие 57 в цилиндрическом элементе 53 и втулке 56 шарнира, прикрепляя таким образом поворотный рычаг 52 к основанию 42.

На фиг.2-4 демпфирующий механизм 34 включает пружину 70 кручения, имеющую первый 72 и второй 74 концы. Демпфирующий механизм 34 также включает демпфирующую пластину 76, имеющую внешнюю фрикционную поверхность 78, которая в этом конкретном варианте осуществления предназначена для сцепления с основанием 42 устройства 10 натяжения. Для согласования сцепления с выступом 79 поворотного рычага 52 предусмотрена наклонная поверхность 77. Демпфирующая пластина 76 включает первую 80 и вторую 82 точки контакта с пружиной, предназначенные для оперативной связи пружины 70 с демпфирующей пластиной 76. В конкретном варианте осуществления, показанном на фиг.4, демпфирующая пластина 76 симметрична относительно оси А-А, обеспечивая тем самым установку пружины 70, имеющей другое направление намотки витков пружины.

Демпфирующая пластина включает канал 86 для размещение пружины 70, ограниченный основанием 88 пластины, внутренне стенкой 90 и внешней стенкой 92. Основание пластины включает фрикционные накладки 93, отстоящие друг от друга на одинаковые расстояния и находящиеся на нижней поверхности 200 для скользящего сцепления с цилиндрическим элементом 53 устройства натяжения,

Демпфирующая пластина 76 включает прикрепленную колодку 84, которая ограничивает фрикционную поверхность 78 и прикреплена к демпфирующей пластине 76 с помощью механических язычков 85 для обеспечения «неподвижного прилипания» к ней колодки 34.

Как показано на фиг.2-4, демпфирующий механизм 34 имеет круглую форму. Еще один конкретный вариант осуществления демпфирующего механизма 34 показан на фиг.5, где демпфирующая пластина имеет полукруглую форму. Демпфирующая пластина 76 включает шарнирное соединение 100, обеспечивающее поворот демпфирующей пластины 76 под действием крутящего момента пружины 70 с целью осуществления относительного движения, обозначенного стрелкой В. Дополнительное движение демпфирующей пластины 76 обеспечивает увеличенную силу трения для демпфирования.

В еще одном конкретном варианте осуществления, показанном на фиг.6, предусмотрена полукруглая демпфирующая пластина 76, включающая отклоняющую полоску 102 на внешней стенке 92. В этом конкретном варианте осуществления сила, прикладываемая концом 72 пружины, воздействует на отклоняющую полоску 102, что обозначено стрелкой С, обеспечивая радиальное сцепление с устройством натяжения, чтобы способствовать нагружению поворотного рычага 52. В этом конкретном варианте осуществления отклоняющая полоске 102 имеет контакт с дополнительной опорой 104, прикрепленной к рычагу 52 устройства натяжения.

На фиг.7 показан еще один конкретный вариант осуществления демпфирующего механизма, включающего внутреннюю стенку 90, имеющую колодку 110, включающую внутреннюю фрикционную поверхность 112.

На фиг.8 показан вид снизу с изображением сил, воздействующих на демпфирующую пластину. Демпфирующая характеристика устройства натяжения, в котором используется предлагаемая демпфирующая пластина, именуемая также демпфирующим механизмом, является асимметричной. Это лучше всего описывается на основе сил, воздействующих на демпфирующий механизм или демпфирующую пластину, т.е. нужно иметь в виду, что первая демпфирующая сила Т_Н воздействует на движение поворотного рычага в первом направлении от бесконечного элемента, а вторая демпфирующая сила Т_РАЗГР воздействует на движение поворотного рычага во втором направлении к бесконечному элементу, причем первая демпфирующая сила больше, чем вторая демпфирующая сила.

В установившемся положении отклоняющий элемент или пружина кручения с крутящим моментом Т_пруж создает реакции N и N в первой и второй точках 80, 82 контакта. Другой конец пружины сцеплен с основанием 42, поворот которого подчинен ограничениям, что приводит к появлению крутящего момента. Демпфирующий механизм по существу поддерживается в некотором предварительно определенном положении относительно поворотного рычага между наклонной поверхностью 77 и точкой 79 контакта и фрикционной поверхностью 78. Кроме того, с точкой 10 контакта сцеплена наклонная поверхность 300 для уменьшения демпфирующей силы. В случае противоположного движения с точкой 11 контакта сцеплена наклонная поверхность 302 для уменьшения демпфирующей силы, а с точкой 12 контакта сцеплена наклонная поверхность 310 для более значительного уменьшения демпфирующей силы.

Демпфирующая полоска также сцеплена с внутренней аркообразной поверхностью основания. При движении поворотного рычага 52 фрикционная поверхность демпфирующей пластины оперта на внутренней аркообразной поверхности основания, создавая первую и вторую демпфирующие силы, противодействующие движению поворотного рычага 52 и тем самым демпфирующие колебательные движения поворотного рычага в каждом направлении. Демпфирующие силы демпфирующей пластины противодействуют движению поворотного рычага в любом направлении.

Анализ показывает, что

где F - расстояние между точками 80, 82 контакта. Наклонная поверхность 77 демпфирующей пластины оперта на поворотном рычаге в точке 79 упора или контакта, что позволяет регулировать поворот демпфирующей пластины вокруг выступа или точки 79 поворота.

В частности, когда основание 42 неподвижно, а поворотный рычаг 52 поворачивается по часовой стрелке вместе с демпфирующим механизмом, крутящий момент трения или демпфирующая сила, создаваемая на криволинейной фрикционной поверхности 78, увеличивает силу Р реакции в точке 79, при этом

где А - радиальное расстояние от центра О поворота до силы Р на демпфирующем механизме, а О - центр поворота поворотного рычага 52.

На фиг.9 показан вид сверху демпфирующей пластины; уравнение крутящего момента, позволяющее определить крутящий момент относительно точки О, имеет вид:

где каждый из символов Т_Н и Р_Н обозначает силу нагружения, создаваемую натяжением или силой ремня, а μ - коэффициент трения фрикционной поверхности 78. Каждая часть фрикционной поверхности 78, описываемая в данном описании, может содержать любой фрикционный материал, применяемый для демпфирования относительного движения скользящих поверхностей, примыкающих друг к другу, и известный в данной области техники, включая, но не в ограничительном смысле, нейлон 6, нейлон 66 и тефлон. R - радиус фрикционной поверхности 78.

Продолжая аналитические выводы, отмечаем, что силы в направлении х имеют вид:

Тогда

Замена Т_Н на Р_Н в уравнении (3) крутящего момента дает:

Вынесение за скобки в последнем уравнении дает:

Уравнение (7) дает значение силы Р_H нагружения, прикладываемой в точке 79 контакта к наклонной поверхности 77 демпфирующей пластины во время цикла нагружения, см. фиг.8.

На фиг.10 представлена диаграмма свободного тела для демпфирующего механизма в направлении разгрузки с соблюдением тех же логических принципов, что и на фиг.9, когда рычаг устройства натяжения движется против часовой стрелки или «в направлении разгрузки», а фрикционный крутящий момент уменьшает реакцию Р_РАЗГР.

Реакция Р_Н/Р_РАЗГР создает демпфирующую силу Т_Н/Т_РАЗГР на фрикционной поверхности. Большее значение Р обуславливает большее значение нормальной реакции Т и соответственно больший фрикционный момент, и наоборот:

Уравнение (8) дает значение силы Р_РАЗГР, прикладываемой в точке 79 к демпфирующей пластине 76 во время цикла разгрузки, см. фиг.8.

Асимметрия демпфирования, как и связанный с ней коэффициент асимметрии, определяется разницей в натяжениях ремня или нагрузках Р между состояниями нагружения и разгрузки, соответствующих первой демпфирующей силе и второй демпфирующей силе:

где K_AC - коэффициент асимметрии;

ΔТ_{нагружения ремня} - это изменение натяжение ремня соответствующей первой демпфирующей силой, когда поворотный рычаг движется в направлении от ремня или бесконечного элемента.

ΔТ_{разгрузки ремня} - это изменение натяжения ремня второй демпфирующей силой, когда поворотный рычаг движется в направлении к ремню.

В конструкции устройства натяжения сила Р реакции создает натяжение ремня. Следовательно,

После подстановки уравнение коэффициента асимметрии принимает вид:

Возможный случай

В предположении, что вышеупомянутые переменные принимают следующие значение:

μ=0,2 - коэффициент трения;

R=0,33 мм;

А=16 мм;

θ=11,3°;

применение вышеупомянутых уравнений дает:

K_AC=1,35/0,61=2,2.

Коэффициент асимметрии можно подобрать должным образом, изменяя коэффициент трения фрикционной поверхности 78, а также изменяя размерные переменные R и А.

В случае демпфирующего механизма, имеющего спасенную демпфирующую полоску, асимметрия будет в 1,5-2 раза больше, чем при одиночной демпфирующей полоске, в соответствии с подведенным здесь логическим обоснованием.

На диаграмме 1 и диаграмме 2 изображены нагрузка и демпфирование устройства натяжения, измеренные статически и динамически для одиночного демпфирующего механизма.

На диаграмме 3 и диаграмме 4 изображены нагрузка и демпфирование устройства натяжения, измеренные статически и динамически для сдвоенного демпфирующего механизма.

На каждой из вышеуказанных диаграмм асимметричная характеристика изображена посредством зависимости промежутка между точкой Т_Н и точкой Т от промежутка между точкой Т_РАЗГР и точкой Т. Определение значения К_АС - это просто вопрос измерения значений на каждом графике. Каждое из них составляет:

На фиг.11 представлен вид сбоку демпфирующего механизма вдоль линии 11-11, показанной на фиг.8. Для надлежащего позиционирования пружины относительно демпфирующей пластины 76 предусмотрена направляющая 14. Над демпфирующей пластиной 76 выступает опора 13 пружины. Пружина установлена в состоянии сжатия осевой нагрузкой, которая действует параллельно оси поворота поворотного рычага, обуславливая приложение силы F₁₃ к опоре 13 пружины, а также направляющим 14 и 15. Эта сила прижимает демпфирующую пластину 76 к поворотному рычагу, который на рассматриваемом чертеже не изображен, но показан на фиг.2.

Фрикционная поверхность 78 крепится к демпфирующей пластине 76 язычками 85, см. фиг.12. Фрикционные накладки 93 обеспечивают поверхность малого трения, посредством которой демпфирующая пластина 76 вступает в скользящее сцепление с поворотным рычагом, который на рассматриваемом чертеже не изображен, не показан на фиг.2.

На фиг.12 представлен вид сверху демпфирующего механизма. Язычки 85 взаимоблокируются с демпфирующей пластиной 76 для скрепления фрикционной поверхности 78 с демпфирующей пластиной 76. Конец 72 пружины 70 контактирует с демпфирующей пластиной 76 в точках 80, 82 контакта. Паз 9 разделяет фрикционную поверхность 73 на две симметричные половины, каждая из которых 1 сцеплена с внутренней аркообразной поверхностью (не показана) устройства натяжения. Паз 9 по существу выравнен с точками 80, 82 контакта по описываемым здесь причинам.

Если в процессе работы осуществляется движение в направлении по часовой стрелке и если имеет место случай, когда нагрузка ремня или ступицы уменьшена, то сила Р относительно мала. Нагрузка ступицы - эта нагрузка, прикладываемая в шарнире 32 шкива и являющаяся результатом воздействия силы, прикладываемой ремнем к поворотному рычагу. Точка 79 контакта оказывает свое воздействие, ограничивая движение демпфирующей пластины 76 в относительно легко нагруженном состоянии. В случае повышенных нагрузок ступицы демпфирующая пластина 76 оперта в точке 10 контакта и точке 79 контакта в более нагруженном состоянии. Это происходит в результате небольшой пластической деформации под увеличенной нагрузкой.

В случае движения против часовой стрелки рычага устройства натяжения точка 12 контакта оказывает свое воздействие, ограничивая движение демпфирующей пластины 76 в относительно легконагруженном состоянии. В случае повышенных нагрузок ступицы точка 11 контакта совместно с точкой 12 контакта оказывает свое воздействие в более нагруженном состоянии. И опять это происходит в результате небольшой пластической деформации демпфирующей пластины под увеличенной нагрузкой.

В любом случае контакт демпфирующей пластины с точкой 79 или 10 контакта вызывает поворот демпфирующей пластины с центром поворота в точке 79 или 10 в зависимости от величины прикладываемого крутящего момента пружины. То есть обратившись к фиг.8, можно отметить, что работа сил в точках 80, 82 будет вызывать сцепление демпфирующей пластины 76 с точкой 79 и, возможно, 10, в зависимости от нагрузки. Сразу же после сцепления таким образом демпфирующая пластина 76 совершит небольшой поворот вокруг точки 79 или 10, вводя таким образом фрикционную поверхность 78 в плотный контакт с внутренней поверхностью корпуса, вследствие чего к упомянутой фрикционной поверхности прикладывается фрикционная сила. Такое же логическое обоснование применимо и к сцеплению демпфирующей поверхности с точками 11, 12 контакта.

Как будет ясно специалисту в данной области техники, регулирование системы отсчета, величины и направления перемещения между точками 79, 10, 11 и 12 поворотного рычага усиливает сцепление между фрикционной поверхностью 78 и внутренней поверхностью корпуса. Поворотный рычаг может поворачиваться во всем своем рабочем угловом диапазоне движения относительно корпуса, потому что демпфирующая пластина находится между точками 79, 10, 11, 12 контакта.

На фиг.13 представлено перспективное изображение сверху демпфирующей пластины. С демпфирующей пластиной 76 скреплены фрикционные накладки 93 для уменьшения трения между демпфирующей пластиной 76 и поворотным рычагом (не показан). Следует отметить, что демпфирующая пластина не закреплена вдоль оси, чтобы обеспечить по существу регулируемый поворот вокруг точки О. Демпфирующая пластина 76 «плавает» между точками 79, 10, 11 и 12 под воздействием пружины во время работы. Это обеспечивает надлежащую ориентацию каждой фрикционной поверхности под нагрузкой для осуществления полного сцепления с внутренней дугообразной поверхностью основания во время работы. Это также обеспечивает приемлемый износ фрикционной поверхности за счет постоянной переориентации на протяжении срока службы устройства натяжения. Направляющие 14 и 15 обеспечивают надлежащее расположение и опирание конца 72 пружины в пределах демпфирующей пластины 76. Эта взаимосвязь необходима для надлежащей установки конца 72 пружины в контакте с точками 7, 8 демпфирующей пластины.

На фиг.14 представлено перспективное изображение снизу демпфирующей пластины. Несущие поверхности накладок 93 по существу копланарны с нижней поверхностью 51 поверхности трения 78, поддерживая тем самым демпфирующую пластину по существу плотно прилегающей к поворотному рычагу. Поверхность 51 имеет такой же коэффициент трения, как фрикционная поверхность 78.

На фиг.15 представлен вид снизу первого альтернативного конкретного варианта осуществления демпфирующего механизма. В первом альтернативном конкретном варианте осуществления на демпфирующей пластине 76 предусмотрены две фракционные поверхности 78. Противоположно направленные силы Р₁ и P₁' воздействуют на демпфирующую пластину в шарнирном соединении 100. Конец 72 пружины контактирует с демпфирующей пластиной в точках 137 и 108 контакта. При работе пружина 50 создает силу

P₁'=Т_пруж/r.

Шарнирное соединение 100, см. фиг.16, обеспечивает небольшой изгиб демпфирующей пластины, вследствие чего обе части 180 и 190 демпфирующей пластины получают возможность движения друг относительно друга. Относительное движение основных частей 180 и 190 ввиду изгиба демпфирующей пластины в шарнирном соединении 100 является радиальным относительно центра О поворота демпфирующей пластины 76. Следовательно, каждая фрикционная поверхность 78 движется соответственно в направлении D1 и D2.

Когда демпфирующая пластина находится в равновесии, сила P₁' обеспечивает приложение противоположно направленной и равной ей силы P₁ к другим частям, т.е. 180 и 190, демпфирующей пластины 76. Силы P₁ и Р создают равнодействующую R:

Эта равнодействующая воздействует на внутреннюю аркообразную поверхность основания устройства натяжения, которая на рассматриваемом чертеже не изображена, но показана на фиг.2. Силы R и Т воздействуют на поверхность раздела между внутренней аркообразной поверхностью основания устройства натяжения и фрикционной поверхностью и создают силу трения на каждой из фрикционных поверхностей.

В состоянии равновесия сила Р является уравновешивающей силой, действующей в направлении, противоположном воздействию момента нагрузки ремня, имеющей некоторое плечо или уравновешивающей этот момент:

или

где В_H - нагрузка ремня или нагрузка ступицы, М - плечо момента нагрузки ремня, измеряемое от центра О поворота до нагрузки ступицы, воздействующей на рычаг, а Р и А описаны выше.

Благодаря дополнительной силе R=Р+P₁ сила трения (R+Т)μ примерно в 3 раза больше, чем сила трения, воздействующая на одиночный демпфирующий механизм. Р - это лишь сила, уравновешивающая рычаг под воздействием нагрузки ступицы.

На фиг.16 представлен вид сбоку демпфирующего механизма вдоль линии 16-16, показанной на фиг.15. Здесь показаны относительные положения фрикционных поверхностей 78. Между этими фрикционными поверхностями показано шарнирное соединение 100. Фрикционные поверхности 78 имеют каждая одинаковые дугообразные участки А_Н сцепления, см. фиг.17, и имеют одинаковый коэффициент трения μ. Конечно, демпфирующую характеристику демпфирующего механизма можно изменять, в частности, изменяя участок А_H каждой из фрикционных поверхностей.

На фиг.17 представлен вид сверху первого альтернативного демпфирующего механизма. Язычки 40 соединяют фрикционные поверхности 78 с демпфирующей пластиной 76. Конец 72 пружины контактирует с демпфирующей пластиной 76 в точках 107 и 108 контакта. Шарнирное соединение 100 обеспечивает изгиб демпфирующей пластины 76, создавая тем самым возможность относительного движения фрикционных поверхностей 78, о чем несколько раз упоминалось выше в этом описании.

На фиг.18 представлено перспективное изображение сверху первого альтернативного демпфирующего механизма. Между фрикционными поверхностями 78 показано шарнирное соединение 100.

На фиг.19 представлено перспективное изображение снизу первого альтернативного демпфирующего механизма. Поверхности 202 и 203 сцеплены с поворотным рычагом (не показан). Поверхности 202 и 203 могут иметь тот же коэффициент трения, что и фрикционные поверхности, если это нужно пользователю. В этом конкретном варианте осуществления накладки 93, использовавшиеся в конкретном варианте осуществления, соответствующем одиночной фрикционной поверхности, см. фиг.13, не нужны.

На фиг.20 представлено перспективное изображение сверху альтернативного демпфирующего механизма. Опоры 20, 21 пружины имеют неодинаковую высоту для надлежащего опирания спиральной катушки пружины кручения (не показана). Во время работы пружина претерпевает небольшое сжатие в осевом направлении, вследствие чего создается сила, прикладываемая к демпфирующим поверхностям 202 и 203 через опоры 20 и 21 пружины. Опоры 20, 21 служат для равномерного распределения осевой жесткости (силы сжатия) пружины вокруг демпфирующей пластины.

На фиг.21 представлен вид снизу второго альтернативного конкретного варианта осуществления. Демпфирующий механизм является по существу таким же, как в конкретном варианте осуществления, описанном в связи с фиг.15, за тем исключением, что используется только одна фрикционная поверхность 78. Кроме того, во фрикционной поверхности 78 нет паза 91. Вместо неге дугообразная поверхность 92, см. фиг.23, обеспечивает непрерывную поверхность контакта для демпфирующей пластины 76. Поскольку она имеет относительно малый коэффициент трения, нормальная сила Т создает пренебрежимо малую силу трения на демпфирующей пластине. Для обеспечения равновесия имеются две силы (Т+Р). Для обеспечения трения также имеются две силы: R=Р₁+Р. Поскольку демпфирующая пластина находится в статическом равновесии, P₁'=-P₁.

На фиг.22 представлен вид сбоку демпфирующего механизма вдоль линии 22-22, показанной на фиг.21.

На фиг.23 представлен вид сверху второго альтернативного конкретного варианта осуществления. Фрикционная поверхность 78 соединена с демпфирующей пластиной 76 язычками 85. Часть демпфирующей пластины, показанная в других конкретных вариантах осуществления как содержащая паз рядом с точкой 107 контакта, в этом конкретном варианте осуществления представляет собой непрерывную дугообразную поверхность 92 для сцепления с поворотным рычагом.

На фиг.24 представлено перспективное изображение снизу второго альтернативного конкретного варианта осуществления. Непрерывная дугообразная поверхность 92 обеспечивает несущую поверхность для восприятия силы Т, о которой идет речь в данном описании.

На фиг.25 представлено перспективное изображение сверху второго альтернативного конкретного варианта осуществления. Опоры 20, 21 пружины воспринимают воздействие пружины 50 кручения (не показана), а также воздействие осевой силы сжатия описываемой здесь пружины.

Работа системы

Демпфирование устройства натяжения является важным свойством для устройства натяжения, используемого в ременном приводе, установленном на двигателе внутреннего сгорания (ДВС) таком, как применяемый в автомобиле. Ременный привод в общем случае представляет собой многоручьевой ременный привод для сообщения движения вспомогательным агрегатам таким, как компрессор кондиционера воздуха, водяной насос, насос гидравлического усилителя рулевого управления, или может представлять собой зубчатый ременный привод кулачково-клапанных механизмов.

В большинстве автомобильных ременных приводов используются автоматические устройства натяжения, имеющие фрикционное демпфирование. Среднее натяжение каждого пролета ремня, примыкающего к устройству натяжения, регулируется пружиной устройства натяжения. Динамическая часть или флуктуация натяжения регулируется главным образом за счет демпфирования устройства натяжения. Демпфирование устройства натяжения - это основной фактор, используемый для борьбы с вибрацией рычага устройства натяжения и для подавления вибрации системы.

В общем случае ременные приводы, в которых используются устройства натяжения, относятся к двум типам: ременным приводам вспомогательных агрегатов и зубчатым ременным приводам. В случае ременного привода вспомогательных агрегатов ремень сообщает движение, по меньшей мере, одному агрегату со значительней эффективной инерцией (0,004 кг·м² или более), которым в большинстве случаев является генератор переменного тока. Эффективная инерция - это инерция вращающейся части агрегата, умноженная на передаточное отношение от этого агрегата к коленчатому валу:

I_эффект=I-(D_коленвал/D).

Устройство натяжения размещают где-нибудь перед первым агрегатом со значительной эффективной инерцией в направлении движения ремня. В случае зубчатого ременного привода устройство натяжения размещают перед первым распределительным валом и также в направлении движения ремня.

В случае ременного привода вспомогательных агрегатов ДВС доминирующим источником возбуждения вращательной вибрации является коленчатый вал. В случае зубчатого ременного привода основными причинами возбуждения являются вращающий момент кулачка и вращательная вибрация коленчатого вала. В некоторых случаях основными источниками вибрации также могут быть импульсы большого крутящего момента, обусловленные компрессором или насосом, приводимыми в движение ремнем.

Типичными вибрационными явлениями в системе являются: избыточная вибрация рычага устройства натяжения, вибрация (флаттер) пролетоз ремня, динамическое проскальзывание ремня и шум проскальзывания. Все эти явления обуславливают тенденцию к уменьшению срока службы ремня и надежности системы.

На фиг.27 изображена типичная схема компоновки привода четырехцилиндрового ДВС. Когда под нагрузкой находятся и вспомогательные агрегаты и трансмиссия, а натяжение ремня меньше 300 Н, и демпфирование составляет менее 30%, будут наблюдаться флаттер пролета ремня между насосом гидравлического усилителя рулевого управления (обозначенном символами НГУРУ) и холостым шкивом (XIII), динамическое проскальзывание и паразитный шум при вибрации рычага и НГУРУ с амплитудой 6 мм (размах) или более при резонансной скорости вращения, выраженной в оборотах в минуту. Другими частями, показанными на схеме компоновки двигателя, являются водяной насос ВН, кондиционер воздуха KB, коленчатый вал КолВ и генератор переменного тока ГПТ.

На фиг.28 изображены кривые динамического гистерезиса и параметры натяжения и демпфирования для двигателя, показанного на фиг.27, и при этом представлено сравнение между асимметричным устройством натяжения (фиг.28b) и обычным устройством натяжения (фиг.28а). Показатель асимметричности или коэффициент асимметрии K_АС асимметричного устройства натяжения в этом случае составляет 2,7. Натяжение, создаваемое пружиной, составляет 362 Н для обычного устройства натяжения и 241 Н для асимметричного устройства натяжения. Натяжение в асимметричном устройстве натяжения на 33% меньше, чем в обычном устройстве натяжения. Это натяжение также называют натяжением при установке, которое эквивалентно среднему натяжению во время большей части рабочего времени двигателя.

На фиг.29 представлено сравнение вибрации и динамических сил в диапазоне скорости вращения, выраженной в оборотах в минуту, в случае, когда ременный привод имеет резонансную вибрацию на первой собственной частоте. Как можно понять из графиков, возбуждение в системе ременного привода являемся одним и тем же, т.е. вращательная вибрация коленчатого зала (КолВ) является одной и той же в любом из двух устройств натяжения, см. фиг.29а. He фиг.29а показана меньшая вибрация пролета ремня до генератора переменного тока (ГПТ) при наличии асимметричного устройства натяжения. На фиг.29b показано, что в случае асимметричного устройства натяжения вибрация рычага устройства натяжения уменьшается на 40% или более по сравнению с обычным устройством натяжения. На фиг.29с показано динамическое натяжение на холостом шкиве (XIII). При наличии асимметричного устройства натяжения большая флуктуация натяжения ремня снижается примерно на 20%. В этом случае большая флуктуация в пролете ремня между НГУРУ и XIII является причиной вибрации пролета ремня, идущего от НГУРУ, а также динамического проскальзывания и шума проскальзывания в НГУРУ. На фиг.29d изображено определение динамического натяжения на холостом шкиве.

Поскольку асимметричное устройство натяжения рассеивает больше энергии из ременного привода, чем обычное устройство натяжения, то оно усиливает вибрацию ременного привода, его динамику и шум. Кроме того, если при наличии асимметричного устройства натяжения показатель асимметричности повышается или натяжение при установке увеличивается до того же уровня, который имеет место в обычном устройстве натяжения, то можно дополнительно усилить эффективное демпфирование асимметричного устройства натяжения, чтобы обеспечить улучшение условий вибрации системы, снижая эту вибрацию до меньшего уровня.

Хотя предлагаемые устройства применимы к любому входному приводу вспомогательных агрегатов, все же поскольку двигатели с малым смещением такие, как четырехцилиндровые и трехцилиндровые емкостью 2,5 л или менее, работающие на бензине или специальное дизельном топливе, имеют в типичном случае значительные вращательные вибрации коленчатого вала, асимметричные устройства натяжения в значительной мере нивелируют или исключают проблемы вибрации и шума.

Другое преимущество асимметричного демпфирующего устройства натяжения заключается в том, что при работе двигателя в переходном режиме - ускорения или замедления - асимметричное устройство натяжения также обеспечивает лучшее регулирование натяжения, чем обычное устройство натяжения. В случае когда, по меньшей мере, один агрегат в приводе имеет эффективную инерцию 0,004 кг·м² или более, скорость ускорения или замедления, превышающую 6000 (об/мин)/сек, можно считать уровнем, за пределами которого асимметричное устройство натяжения будет проявлять значительно лучшую работоспособность, чем обычное устройство натяжения.

Во время ускорения двигателя инерционный крутящий момент агрегатов в приводе вспомогательных агрегатов будет вызывать натяжение пролетов ремня и удлинять ремень. Инерционный крутящий момент, создаваемый любым вспомогательным агрегатом, можно приблизительно выразить в виде его эффективной инерции, умноженной на максимальную скорость ускорения двигателя. Например, генератор переменного тока, имеющий эффективную инерцию 0,01 кг·м², будет создавать инерционный крутящий момент 6,3 Н·м при скорости замедления двигателя, составляющей 6000 (об/мин)/сек. Предположим, что генератор переменного тока подвергается воздействию нагрузки величиной 1,3 Н·м в результате выработки электроэнергии, тогда составляющая 5,0 Н·м разница с упомянутым крутящим моментом будет продолжать «приводить в движение» ремень в направлении вращения. Если двигатель испытывает ускорение 6000 (об/мин)/сек, то инерционный крутящий момент будет прибавляться к крутящему моменту нагрузки, что даст суммарный инерционный крутящий момент 7,6 Н·м.

В большинстве случаев проблемы возникают, когда двигатель претерпевает ускорение в диапазоне, выраженном в оборотах в минуту, где частота зажигания двигателя перекрывает первую собственную частоту ременного привода. Удлиненная часть ремня подбирается за счет перемещения рычага устройства натяжения, те есть рычаг устройства натяжения будет двигаться к ремню в направлении «разгрузки» устройства натяжения. Если демпфирование в направлении нагрузки слишком велико, натяжение пролетов ремня, примыкающих к устройству натяжения, будет уменьшаться, и поэтому также будут уменьшаться натяжения во всех остальных пролетах, что приводит к проскальзыванию и шуму. При некоторой заданной силе устройства натяжения, ввиду того, что сила трения значительно меньше, чем сила обычного устройства натяжения, это устройство натяжения поддерживает большее натяжение во время ускорения двигателя, предотвращая тем самым проскальзывание и шум проскальзывания.

Во время замедления двигателя инерционный крутящий момент того же самого агрегата, например генератора переменного тока или вентилятора, может быть настолько большим, что он будет продолжать «приводить в движение» ремень в направлении вращения. Поскольку устройство натяжения обычно расположено в пролете на стороне сбегания относительно коленчатого вала, когда инерционный крутящий момент приводит в движение ремень в направлении вперед, натяжения в некоторых пролетах будут снижаться, а длина ремня укорачиваться. Затем пролеты ремня могут оказаться на стороне набегания, а рычаг устройства натяжения при этом может подталкиваться ремнем в направление нагружения устройства натяжения, т.е. от ремня. Если демпфирование устройства натяжения в направлении нагружения не удается сделать достаточно большим, это может привести к проскальзыванию ремня и шуму проскальзывания.

На фиг.30 приведен пример рабочих характеристик устройства натяжения во время замедления двигателя. На фиг.30е представлен простой двухточечный привод лишь с одним вспомогательным агрегатом - генератором переменного тока ГПТ, приводимым в движение коленчатым валом КолВ. Устройство натяжения обозначено символом УН и на чертеже показано его относительное движение. Во время сильного замедления двигателя будут возникать проскальзывание в ГПТ и связанный с ним шум проскальзывания, если устройство натяжения не в состоянии обеспечить достаточное натяжение, когда пролеты ремня, идущие от устройства натяжения, оказываются на стороне сбегания и происходит нагружение устройства натяжения. На фиг.30с для асимметричного устройства натяжения, а на фиг.30d для обычного устройства натяжения показано, что обычное устройство натяжения имеет несколько большее натяжение (264 Н) при установке, чем асимметричное устройство натяжения (248 Н). Поскольку асимметричное устройство натяжения может обеспечить большее демпфирование при нагружении ремнем во время быстрого замедления, среднее достигаемое натяжение составляет 440 Н, тогда как среднее натяжение в случае обычного устройства натяжения составляет лишь 340 Н. В то же время рычаг обычного устройства натяжения совершает перемещение на расстояние, вдвое превосходящее расстояние, на которое перемещается рычаг асимметричного устройства натяжения. Как показано на фиг.30а для асимметричного устройства натяжения и на фиг.30b для обычного устройства натяжения, проскальзывание ремня на генераторе переменного тока составляло 9,3% при использовании обычного устройства натяжения и лишь 1,4% при использовании асимметричного устройства натяжения, т.е. в последнем случае наблюдается значительное улучшение.

На фиг.31 представлено сравнение движения рычагов устройств натяжения во время запуска двигателя. Запуск двигателя обычно происходит с сопутствующей резонансной вибрацией ременного привода, имеющего собственную частоту ниже частоты зажигания на скорости холостого хода. В одном случае ускорения двигателя резонансная скорость вращения двигателя, выраженная в оборотах в минуту, находится в пределах диапазона скорости вращения, выраженной в оборотах в минуту. Ременный привод является таким же, как показанный на фиг.27, а устройства натяжения - такими же, как показанные на фиг.28. В случае асимметричного устройства натяжения перемещение рычага уменьшается примерно на половину величины перемещения рычага обычного устройства натяжения. Меньшее перемещение рычага означает лучшее регулирование динамики системы, а также значительно увеличенный срок службы устройства натяжения.

На фиг.32 представлено сравнение перемещения рычагов для обычного устройства натяжения и асимметричного устройства натяжения. Перемещение рычага асимметричного устройства натяжения отображено линией 1. Перемещение рычага обычного устройства натяжения отображено линией 2. Символ КолВ обозначает скорость коленчатого вала в каждом случае для асимметричного (АСИМ) и обычного (ОБЫЧ) устройств натяжения. Как показано, перемещение рычага асимметричного устройства натяжения во время холодного запуска значительно меньше, чем перемещение рычага для обычного устройства натяжения.

Хотя выше описана единственная форма изобретения, специалистам в данной области техники будет очевидно, что в конструкцию и связи частей можно внести изменения, не выходящие за рамки объема притязаний описываемого здесь изобретения.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к системам ременного привода, имеющим асимметричное демпфирующее устройство натяжения. Система ременного привода содержит ведущий шкив, по меньшей мере, один ведомый шкив, ремень, соединяющий ведущий шкив с ведомым шкивом и устройство натяжения ремня, имеющее рычаг, предназначенный для восприятия нагрузки ремня и установленный с возможностью поворота на основании шкив, опертый на рычаг и взаимодействующий с ремнем привода, отклоняющий элемент, взаимодействующий с основанием, и демпфирующий элемент, имеющий фрикционную поверхность, взаимодействующую с основанием. Причем демпфирующий элемент взаимодействует с рычагом в точке его поворота, отклоняющий элемент взаимодействует с демпфирующим элементом в первой и во второй точках контакта таким образом, что к фрикционной поверхности приложена нормальная сила за счет нагрузки ремня, а демпфирование движения рычага демпфирующим элементом осуществлено за счет асимметричной демпфирующей силы таким образом, что демпфирующая сила, действующая в направлении нагружения, больше, чем демпфирующая сила, действующая в направлении разгрузки. Технический результат - уменьшение общей вибрации в ремне во всех фазах работы. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 32 ил.

1. Система ременного привода, содержащая ведущий шкив, по меньшей мере, один ведомый шкив, ремень, соединяющий ведущий шкив с ведомым шкивом и устройство натяжения ремня, имеющее рычаг, предназначенный для восприятия нагрузки ремня и установленный с возможностью поворота на основании, шкив, опертый на рычаг и взаимодействующий с ремнем привода, отклоняющий элемент, взаимодействующий с основанием, и демпфирующий элемент, имеющий фрикционную поверхность, взаимодействующую с основанием, причем демпфирующий элемент взаимодействует с рычагом в точке его поворота, отклоняющий элемент взаимодействует с демпфирующим элементом в первой и во второй точках контакта таким образом, что к фрикционной поверхности приложена нормальная сила за счет нагрузки ремня, а демпфирование движения рычага демпфирующим элементом осуществлено за счет асимметричной демпфирующей силы таким образом, что демпфирующая сила, действующая в направлении нагружения, больше, чем демпфирующая сила, действующая в направлении разгрузки, при этом отношение демпфирующей силы, действующей в направлении нагружения, к демпфирующей силе, действующей в направлении разгрузки, находится в диапазоне от 1,5 до 5.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что отклоняющий элемент содержит пружину кручения.3. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство натяжения ремня расположено в системе перед вращающимся элементом, имеющим наибольшую эффективную инерцию вращения в направлении движения ремня.4. Система ременного привода, содержащая ведущий шкив, по меньшей мере, один ведомый шкив, ремень, соединяющий ведущий шкив с ведомым шкивом и устройство натяжения со ступицей, испытывающей нагрузку и имеющее рычаг, взаимодействующий с ремнем для поддержания натяжения ремня, и имеющее асимметричное отношение демпфирования, вследствие чего демпфирующая сила, действующая в направлении нагружения, больше, чем демпфирующая сила, действующая в направлении разгрузки, а проскальзывание ведомого шкива составляет менее 2% поворота ведущего шкива.5. Система по п.4, отличающаяся тем, что упомянутый ведомый шкив имеет эффективную инерцию вращения, превышающую 0,004 кг·м², и при этом вибрация рычага устройства натяжения минимизируется при скорости замедления ведущего шкива, превышающей 6000 (об/мин)/с.6. Система по п.4, отличающаяся тем, что устройство натяжения расположено непосредственно перед шкивом, имеющим наибольшую эффективную инерцию вращения в направлении движения ремня.7. Система по п.6, отличающаяся тем, что нагрузка на ступицу устройства натяжения увеличивается при замедлении ведущего шкива от установившегося значения до максимального значения менее чем за 0,15 с.8. Система по п.7, отличающаяся тем, что замедление ведущего шкива обуславливает приложение к устройству натяжения силы в направлении нагружения.9. Устройство натяжения, содержащее рычаг, предназначенный для восприятия нагрузки ремня и установленный с возможностью поворота на основании, шкив, установленный на рычаге, взаимодействующий с приводным ремнем, отклоняющий элемент, взаимодействующий с основанием, и демпфирующий элемент, имеющий фрикционную поверхность, взаимодействующую с основанием, причем демпфирующий элемент взаимодействует с рычагом в точке поворота, отстоящей на расстояние (А) в радиальном направлении от центра (О) поворота рычага, отклоняющий элемент взаимодействует с демпфирующим элементом в первой и во второй точках контакта таким образом, что к фрикционной поверхности приложена нормальная сила за счет нагрузки ремня, а демпфирование движения рычага демпфирующим элементом осуществлено за счет асимметричной демпфирующей силы, причем демпфирующая сила, действующая в направлении нагружения, больше, чем демпфирующая сила, действующая в направлении разгрузки, а отношение демпфирующей силы, действующей в направлении нагружения, к демпфирующей силе в направлении разгрузки, находится в диапазоне от 1,5 до 5.10. Устройство натяжения по п.9, отличающееся тем, что отклоняющий элемент содержит пружину кручения.11. Система ременного привода, содержащая ремень, по меньшей мере, два шкива, взаимодействующие с ремнем, причем каждый шкив соединен с агрегатом системы, устройство натяжения, имеющее шкив, взаимодействующий с ремнем, и рычаг, предназначенный для восприятия нагрузки ремня и установленный с возможностью поворота на основании, отклоняющий элемент, взаимодействующий с основанием, и демпфирующий элемент, имеющий фрикционную поверхность, взаимодействующую с основанием, демпфирующий элемент взаимодействует с рычагом в точке поворота, отстоящей на расстояние (А) в радиальном направлении от центра (О) поворота рычага, отклоняющий элемент взаимодействует с демпфирующим элементом в первой и во второй точках контакта таким образом, что к фрикционной поверхности приложена нормальная сила за счет нагрузки ремня, а демпфирование движения рычага демпфирующим элементом осуществляется за счет асимметричной демпфирующей силы, причем демпфирующая сила, действующая в направлении нагружения, больше, чем демпфирующая сила, действующая в направлении разгрузки, а отношение демпфирующей силы, действующей в направлении нагружения, к демпфирующей силе, действующей в направлении разгрузки, находится в диапазоне от 1,5 до 5.12. Система по п.11, отличающаяся тем, что дополнительно содержит, по меньшей мере, один агрегат, имеющий эффективную инерцию, равную или превышающую примерно 0,004 кг·м², устройство натяжения ремня расположено перед упомянутым агрегатом в направлении привода ремня.13. Система по п.12, отличающаяся тем, что упомянутый агрегат представляет собой генератор переменного тока.14. Система по п.12, отличающаяся тем, что упомянутый агрегат представляет собой распределительный вал.15. Система по п.11, отличающаяся тем, что дополнительно содержит второй демпфирующий элемент, взаимодействующий с возможностью поворота с демпфирующим элементом, и при этом второй демпфирующий элемент имеет фрикционную поверхность, взаимодействующую с основанием.16. Система по п.11, отличающаяся тем, что ее скорость замедления превышает 6000 (об/мин)/с.17. Система по п.13, отличающаяся тем, что проскальзывание ремня на шкиве составляет примерно 1,4%.