НАТЯЖНОЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 2015 года по МПК F16H7/12 

Область техники

Настоящее изобретение относится к натяжному механизму, более точно к натяжному механизму, осуществляющему фрикционное демпфирование при помощи фрикционного элемента, обладающего силой трения, в виде эластомерного демпфирующего кольца для использования в маслосодержащих средах, причем фиксирующий элемент соединен с регулятором и совместно зацепляется с муфтой, посредством чего муфта и регулятор поддерживаются в определенном отношении.

Предшествующий уровень техники

Два наиболее распространенных средства передачи энергии от коленчатого вала для синхронного приведения в действие вращающихся элементов, таких как кулачковые валы и уравновешивающие валы, представляют собой цепи газораспределительного механизма и ремни. Для работы цепей газораспределительного механизма необходимо моторное масло. По сравнению с большинством применений цепей газораспределительного механизма, при ременном приводе не должно присутствовать масла, поскольку присутствие масла может повредить ремень и ограничивать его предполагаемое назначение. Последние усовершенствования в ремнях более не требуют, чтобы ремень был герметично отделен от маслосодержащей среды двигателя.

Последние усовершенствования ремней для работы в масле, однако, обнаруживают другие проблемы, которые необходимо решить. Одна из таких проблем заключается в надлежащем натяжении ременного привода для поддержания кулачкового вала синхронизированным с коленчатым валом. Если кулачковый вал или другой синхронно приводимый в действие от коленчатого вала компонент больше не может быть надлежащим образом синхронизирован с коленчатым валом, может возникнуть катастрофическое повреждение двигателя.

Для передачи энергии через ремень от вращающегося коленчатого вала, одна сторона ремня натягивается вокруг коленчатого вала и, как правило, называется натянутой стороной ремня специалистами в данной области техники. Напротив, другую сторону называют сбегающей стороной ремня, поскольку ремень проталкивается вдаль от коленчатого вала. Важно обеспечить натяжение сбегающей стороны ремня для предотвращения ненадлежащего ослабления ремня, и, таким образом, возникновения потерь синхронизации между коленчатым валом и компонентами, вращаемыми коленчатым валом. Эта потеря синхронизации обычно называется «зубчатым скачком» или «нарастающей деформацией» специалистами в данной области техники.

Усугубляет проблему в устранении ослабления ремня для предотвращения «зубчатого скачка» или «нарастающей деформации» чрезмерное движение рычага натяжного механизма или вибрация, вызванная угловой вибрацией двигателя. Чрезмерное движение рычага может не только привести к состоянию «зубчатого скачка» или «нарастающей деформации», но также может снизить срок эксплуатации натяжного механизма и ремня. Для минимизации количества вибрации рычага обычно применяют фрикционное демпфирование для предотвращения отклонения натяжного механизма от ремня.

Присутствие масла делает фрикционное демпфирование затруднительным. Очевидно, что нанесение смазывающего вещества на две трущиеся поверхности создаст возможность более легкого возникновения относительного перемещения между этими двумя поверхностями.

Важным объектом фрикционного демпфирования является момент сопротивления, создаваемый под действием фрикционного демпфирования, для противостояния перемещению рычага вдаль от ремня. Желательно обеспечить ассиметричное демпфирование, когда движение рычага сдерживается лишь в случае, когда натяжной механизм движется вдаль от ремня, а не по направлению к ремню, как в предшествующем уровне техники для натяжных механизмов, работающих в сухих средах.

Предшествующий уровень техники представлен в Патенте США 5919107, где описывается натяжной механизм для ремня для натяжения ведущего ремня или ремня газораспределительного механизма, содержащий эксцентрический регулирующий элемент, имеющий конечную поверхность, сконструированную и расположенную так, чтобы устанавливаться непосредственно в поверхностном зацеплении на установочную поверхность натяжного механизма ремня для рамы двигателя. Шарнирная конструкция установлена на эксцентрический регулирующий элемент для качающегося перемещения между первым положением и вторым положением, и натяжной шкив ремня установлен для вращательного движения на шарнирную конструкцию. Винтовая торсионная пружина сконструирована и расположена так, чтобы упруго смещать шарнирную конструкцию в направлении натяжения ремня вдаль от первого положения и по направлению ко второму положению, при этом эксцентрический регулирующий элемент способен перемещаться в ходе процедуры установки для перемещения шарнирной конструкции против смещающей силы винтовой торсионной пружины в положение, в котором натяжной шкив ремня располагается в определенном статическом натянутом отношении с ремнем, в этой точке эксцентрический регулирующий элемент должен быть закреплен вручную. Концевая поверхность эксцентрического регулирующего элемента находится в скользящем поверхностном отношении с установочной поверхностью в ходе вращения эксцентрического регулирующего элемента.

Требуется натяжной механизм, осуществляющий фрикционное демпфирование при помощи фрикционного элемента, обладающего силой трения, в виде эластомерного демпфирующего кольца для использования в маслосодержащих средах, при этом фиксирующий элемент соединен с регулятором и совместно зацепляется с муфтой, посредством чего муфта и регулятор поддерживаются в определенном отношении. Настоящее изобретение отвечает этим требованиям.

Краткое описание изобретения

Главным объектом изобретения является обеспечение натяжного механизма, осуществляющего фрикционное демпфирование при помощи фрикционного элемента, обладающего силой трения, в виде эластомерного демпфирующего кольца для использования в маслосодержащих средах, при этом фиксирующий элемент, соединенный с регулятором и совместно зацепляющийся с муфтой, посредством чего муфта и регулятор поддерживаются в определенном отношении.

Прочие объекты изобретения будут выделены или станут очевидны из следующего описания изобретения и прилагаемых чертежей.

Изобретение включает в себя натяжной механизм, содержащий муфту, регулятор, совместно зацепленный с внутренней поверхностью муфты, шарнирный рычаг, шарнирно соединенный с муфтой, шкив, установленный на одной оси с рычагом, торсионную пружину, зацепленную с муфтой для смещения шарнирного рычага, эластомерное демпфирующее кольцо, соединенное с рычагом в сжимающем фрикционном контакте между муфтой и рычагом, посредством чего тангенциальная сила трения демпфирует перемещения шарнирного рычага, эластомерное демпфирующее кольцо оказывает радиальную силу на муфту, и фиксирующий элемент, соединенный с регулятором и совместно зацепленный с муфтой, посредством чего регулятор и муфта поддерживаются в определенном отношении.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи, включенные в спецификацию и формирующие ее часть, иллюстрируют предпочтительные воплощения настоящего изобретения, и совместно с описанием, служат для пояснения основ изобретения.

Фигура 1 изображает поперечное сечение натяжного механизма.

Фигура 2 изображает покомпонентный вид натяжного механизма.

Фигура 3 изображает вид в перспективе с конца регулятора и муфты, показывающий фиксатор.

Фигура 4 изображает поперечное сечение 4-4 с Фигуры 3.

Фигура 5 изображает вид в перспективе фиксатора.

Подробное описание предпочтительного воплощения

В предшествующем уровне техники, демпфирование создавалось при помощи втулки на основании радиальной нагрузки, оказываемой на втулку ремнем, и коэффициента трения втулки. Разница между натяжным механизмом в соответствии с изобретением и предшествующим уровнем техники заключается в том, что каучуковое демпфирующее кольцо 7 используется вместо втулки для создания повышенного демпфирования. Это усовершенствование позволяет натяжному механизму создавать фрикционное демпфирование при работе в маслосодержащих средах, когда в противном случае присутствие масла существенно снизило бы фрикционное демпфирование.

Натяжной механизм содержит ассиметрично демпфируемый натяжной механизм ремня, способный работать в насыщенной маслом среде. Работа с нормальной силой, направленной в радиальном направлении, позволяет увеличивать демпфирование, поскольку сила, прикладываемая через ремень оказывает силу на натяжной механизм, и, напротив, сила демпфирования снижается со снижением силы (или нагрузки) от ремня, таким образом, позволяя натяжному механизму более эффективно следовать за ремнем. Разница в силе демпфирования между тактом нагрузки (больше) и тактом разгрузки (меньше) характеризуется как «ассиметричная».

Фигура 1 изображает вид натяжного механизма в поперечном сечении. Натяжной механизм 100 содержит регулятор 1. Двойной эксцентриковый натяжной механизм содержит два отдельных рычага для нагрузки ремня. Первый эксцентрик представляет собой регулятор 1, используемый для точного нагружения ремня с определенным натяжением путем компенсации допусков всех компонентов. Этот первый эксцентрик или регулятор используется лишь в ходе установки ремня, и блокируется на месте после установки ремня.

Второй эксцентрик представляет собой рычаг 4, смещаемый торсионной пружиной 6 для прижатия натяжного шкива 2 к ремню. Рычаг 4 позволяет натяжному механизму компенсировать изменение длины ремня, когда ремень растягивается со временем и когда изменяются размер и длина привода из-за термического расширения. Рычаг 4 шарнирно вращается вокруг втулки 3, установленной между рычагом 4 и муфтой 9.

Как указано выше, регулятор 1 представляет собой эксцентрик, используемый для установки натяжного механизма в систему ременного привода. Регулятор 1 вращается для перемещения натяжного механизма по оси А-А относительно ременного привода для нагружения натяжного механизма относительно ремня с определенным натяжением. После того, как положение натяжного механизма было отрегулировано, регулятор 1 блокируется на месте при помощи муфты 9 с применением крепежа F или другого известного в данной области техники подходящего крепежа. Крепеж F зацепляется через отверстие 11 с поверхностью двигателя.

Рычаг 4 качается внутри муфты 9 при помощи зацепления с внутренней поверхностью 92 муфты. Индикатор 41 сообщается с индикатором 81 на основании 8. Относительное положение индикатора 41 относительно индикатора 81 обеспечивает визуальную индикацию нагрузки ремня натяжного механизма. Как правило, индикатор 41 расположен по центру индикатора 81.

Шкив 2 зацепляется с ремнем для обеспечения натяжения. Шкив 2 вращается вокруг подшипника 21. Подшипник 21 содержит шариковый подшипник, как показано, но может также быть использован игольчатый подшипник или другой подходящий подшипник, известный в данной области техники.

Втулка 3 позволяет шарнирному рычагу 4 плавно качаться вокруг муфты 9. Муфта 9 жестко соединена с основанием 8. Втулка 3 создает некоторое фрикционное демпфирование при помощи ее фрикционного зацепления с муфтой 9 и рычагом 4 для предотвращения чрезмерного перемещения рычага 4, вызванного угловой вибрацией двигателя. Тем не менее, большая доля демпфирования осуществляется под действием демпфирующего кольца 7.

Рычаг 4 присоединен к внутренней дорожке 210 подшипника при помощи посадки с натягом. Рычаг 4 прижимается к ремню при помощи торсионной пружины 6. Конец 61 пружины 6 зацепляется с пазом 42 в рычаге 4. Пружина 6 также соединена с основанием 8, которое статично соединено с двигателем. Конец 62 пружины 6 зацепляется с язычком 82 основания 8. Крутящий момент от пружины 6 и эффективная длина рычага 4 используются для создания натяжения ремня.

Демпфирующее кольцо 7 создает фрикционное демпфирование между рычагом 4 и муфтой 9. Демпфирующее кольцо 7 имеет форму тора. Демпфирующее кольцо 7 имеет определенный коэффициент трения для создания демпфирования и дополнительно выполняет функцию уплотнения от муфты 9 для минимизации количества масла между муфтой и демпфирующим кольцом 7. Поверхность 71 фрикционно зацепляется с муфтой 9. Момент сопротивления или торможения создается демпфирующим кольцом 7, когда поверхность 71 фрикционно перемещается по муфте 9. Поверхность 72 прочно присоединена к рычагу 4 в углублении 41. Осевая ширина поверхности 71 (в направлении В-В) может быть выбрана пользователем для создания желаемого уровня демпфирования.

Демпфирующее кольцо 7 установлено на рычаге 4 и перемещается вместе с рычагом 4. Демпфирующее кольцо 7 содержит любой натуральный или синтетический каучук, или любую их комбинацию, включая, без ограничения, EVA (этиленвинилацетат), ACSM (acsium алкилированный хлорсульфированный полиэтилен), EEA (Vamac, этилен/акрил), FKM (фторэластомеры), CR (Неопрен или полихлоропрен), ЕСО (эпихлоргидрин этиленовый оксид), NBR (нитрил), MQ (силиконовый каучук), FVMQ (фторсиликоновый каучук), CSM (хлорсульфированный полиэтилен), CPE (хлорированный полиэтилен), FFKM (перфторэластомер), OT или EDT (полисульфид), AU (полиэстер), EV (полиэфир), уретаны, PZ (фосфазен).

Сила трения, действующая тангенциально к поверхности 93 муфты 9, развивается под действием сжимающей (нормальной) силы, оказываемой демпфирующим кольцом на муфту 9 в радиальном направлении «FV». Радиальное направление FV перпендикулярно оси вращения В-В шкива. Демпфирующее кольцо 7 зажато между рычагом 4 и муфтой 9. В виде примера и без ограничений, рабочие условия включают в себя диапазон температур от -40°С до 100°С. Первоначальный фрикционный момент, оказываемый демпфирующим кольцом 7, составляет примерно 1,1 Нм, что эквивалентно примерно 50% демпфирующего фактора, ζ. Конечно, фрикционный момент, оказываемый демпфирующим кольцом 7, может быть отрегулирован так, как надо пользователю. Натяжной механизм и демпфирующая муфта 7 работают в смазывающем веществе двигателя внутреннего сгорания.

Муфта 9 статично присоединена к двигателю или другой установочной поверхности, минимизирующей количество перемещения рычага натяжного механизма, посредством чего предотвращается «зубчатый скачок» или «нарастающая деформация». Количество демпфирования или момент сопротивления зависит от силы нагружения втулки, оказываемой на шкив 2 ремнем, и количества сжатия демпфирующего кольца 7 между рычагом 4 и муфтой 9.

Фиксатор 5 зацепляется с язычками 12, 13 и используется для удержания регулятора 1 в сборке натяжного механизма при перевозке. Фиксатор 5 по оси блокирует регулятор 1 на муфте 9. Язычки 51 зацепляются с упорами 91 в муфте 9.

Фигура 2 изображает покомпонентный вид натяжного механизма в соответствии с изобретением.

Язычки 51 упруго нагружены в радиальном простирающемся наружу направлении. Зацепление язычков 51 с упорами 91 удерживает собранный натяжной механизм в сборе до того, как он будет помещен в его рабочее положение. А именно, муфта 9 соединена с регулятором 1 под действием направления, в котором простираются язычки 51. Язычки 51 надежно зацепляются с упорами 91 так, что предотвращается выход муфты 9 из зацепления с регулятором 1, таким образом, запирая шарнирный рычаг 4, втулку 3 и демпфирующее кольцо 7 между ними.

Поверхность 22 шкива 2 показана как плоская, однако может быть использован любой подходящий профиль, известный в данной области техники, включая зубчатый, плоский или профиль с многочисленными ребрами.

Принимающий участок 14 принимает инструмент для установки натяжного механизма. Для установки, крепеж F помещается в отверстие 11 и зацепляется с установочной поверхностью MS. До того, как крепеж получает финальный крутящий момент, инструмент помещается в участок 14. Регулятор 1 поворачивается вокруг крепежа F до тех пор, пока не будет достигнуто желаемое положение шарнирного рычага 4 и нагрузки ремня. Крепеж затем закручивается до своего окончательного установочного значения.

Фигура 3 представляет вид с конца в перспективе регулятора и муфты, показывающий фиксатор. Фиксатор 5 соединен с концом регулятора 1. Язычки 51 простираются вокруг периметра отверстия. Выступы 53 от фиксатора 5 захватывают каждый язычок 13, простирающийся от основания регулятора 1, смотри Фигуру 5.

Фигура 4 изображает поперечное сечение 4-4 с Фигуры 3. Каждый выступающий элемент 51 подпружинен и расположен, как правило, радиально снаружи от корпуса регулятора. В ходе установки, каждый элемент 51 прижимается внутрь по направлению к регулятору 1 муфтой 9, когда регулятор 1 помещается в муфту 9. После того, как регулятор 1 был полностью помещен, каждый элемент 51 раздвигается наружу, по сравнению с нормалью (N), простирающейся от корпуса фиксатора, для зацепления с канавкой 91. После раздвижения наружу, каждый элемент 51 препятствует извлечению регулятора 1 из муфты 9, таким образом, осуществляя механическое соединение между регулятором 1 и муфтой 9, что, в свою очередь, удерживает компоненты натяжного механизма вместе. А именно, регулятор 1 удерживает подшипник 21 и рычаг 4 в тесном контакте с основанием 8.

Тем не менее, канавка 91 непрерывна по внутренней окружности муфты, так что регулятор 1 при этом может вращаться внутри муфты 9, даже когда каждый элемент 51, 52 зацепляется с канавкой 91.

Фигура 5 изображает вид в перспективе фиксатора. Каждый язычок 13 простирается через соответствующее отверстие 54, 55. Выступы 53 слегка загнуты внутрь по направлению к отверстию для захвата каждого язычка 13, когда фиксатор 5 прижимается к регулятору 1. Аркообразный вырез 56 обеспечивает зазор для крепежа для его помещения через отверстие 12.

Термины, приведенные в формуле изобретения, должны восприниматься в их общем и обычном значении, как определено ссылкой на соответствующие входные данные. Прилагаемая формула изобретения должна быть прочтена в наиболее широкой интерпретации, принимая во внимание предшествующий уровень техники и обычное значение терминов формулы изобретения.

Используемые здесь пространственные или направляющие термины, такие как «левый», «правый», «передний», «задний» и тому подобное, относятся к предмету изобретения, как оно показано на прилагаемых Фигурах. Однако следует понимать, что предмет изобретения, описанный здесь, может принимать различные альтернативные ориентации и, соответственно, эти термины не должны рассматриваться как ограничивающие.

Если прямо не указано другое, все числа и выражения, например обозначающие размеры, физические характеристики и т.д., использованные в спецификации, должны пониматься как изменяемые во всех случаях, при помощи использования термина «примерно». В конечном счете, не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов формулы изобретения, каждый числовой параметр, приведенный в спецификации или формуле изобретения, являющийся изменяемым при помощи термина «примерно», должен по меньшей мере быть рассмотрен в свете количества перечисленных значащих цифр, и путем применения обычных техник округления.

Несмотря на то что здесь была описана форма изобретения, специалистам в данной области техники очевидно, что в конструкции и отношениях частей могут быть выполнены изменения, не нарушающие пределов и сущности изобретения, описанного здесь.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ремённом приводе. Натяжной механизм содержит муфту, регулятор, совместно соединенный с внутренней поверхностью муфты, шарнирный рычаг, шарнирно соединенный с муфтой, шкив, установленный на одной оси с шарнирным рычагом, торсионную пружину, зацепляющуюся с муфтой для смещения шарнирного рычага и фиксирующий элемент, присоединенный к регулятору и совместно зацепляющийся с муфтой. Кроме того, натяжной механизм содержит эластомерное демпфирующее кольцо, соединенное с рычагом и находящееся в сжатом фрикционном контакте между муфтой и рычагом, посредством чего тангенциальная сила трения демпфирует перемещения шарнирного рычага, а эластомерное демпфирующее кольцо оказывает радиальную силу на муфту. Достигается повышенное демпфирование в маслосодержащих средах. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Натяжной механизм, содержащий:
муфту (9);
регулятор (1), совместно зацепляющийся с внутренней поверхностью (92) муфты;
шарнирный рычаг (4), шарнирно зацепляющийся с муфтой;
шкив (2), установленный на одной оси с шарнирным рычагом;
торсионную пружину (6), зацепляющуюся с муфтой для смещения шарнирного рычага;
эластомерное демпфирующее кольцо (7), присоединенное к рычагу и находящееся в сжатом фрикционном контакте между муфтой и рычагом, посредством чего тангенциальная сила трения демпфирует перемещение шарнирного рычага, эластомерное демпфирующее кольцо оказывает радиальную силу на муфту; и
фиксирующий элемент (5), соединенный с регулятором и совместно зацепляющийся с муфтой, посредством чего регулятор и муфта поддерживаются в определенном отношении.

2. Натяжной механизм по п.1, в котором фиксирующий элемент содержит язычок (51), который подпружинен и который совместно зацепляется с упором (91) в муфте.

3. Натяжной механизм по п.1, дополнительно содержащий индикатор (41) рычага, расположенный совместно с индикатором (81) основания для индикации состояния нагрузки натяжного механизма.

4. Натяжной механизм по п.1, в котором регулятор находится во временном подвижном контакте с муфтой.

5. Натяжной механизм по п.1, в котором эластомерное демпфирующее кольцо содержит любой натуральный или синтетический каучук, или любую их комбинацию, включая, без ограничения, EVA (этиленвинилацетат), ACSM (acsium алкилированный хлорсульфированный полиэтилен), EEA (Vamac, этилен/акрил), FKM (фторэластомеры), CR (Неопрен или полихлоропрен), ЕСО (эпихлоргидрин этиленовый оксид), NBR (нитрил), MQ (силиконовый каучук), FVMQ (фторсиликоновый каучук), CSM (хлорсульфированный полиэтилен), CPE (хлорированный полиэтилен), FFKM (перфторэластомер), OT или EDT (полисульфид), AU (полиэстер), EV (полиэфир), уретаны, PZ (фосфазен).

6. Натяжной механизм, содержащий:
муфту (9);
регулятор (1), совместно зацепляющийся с внутренней поверхностью (92) муфты;
шарнирный рычаг (4), шарнирно зацепляющийся с муфтой;
шкив (2), установленный на одной оси с шарнирным рычагом;
торсионную пружину (6), зацепляющуюся с муфтой для смещения шарнирного рычага;
эластомерное демпфирующее кольцо (7), соединенное с рычагом и находящееся в сжатом фрикционном контакте между муфтой и рычагом, посредством чего тангенциальная сила трения демпфирует перемещение шарнирного рычага, эластомерное демпфирующее кольцо оказывает радиальную силу на муфту;
фиксирующий элемент (5), соединенный с регулятором и совместно зацепляющийся с муфтой, посредством чего регулятор и муфта поддерживаются в определенном отношении; при этом
фиксирующий элемент содержит язычок (51), который подпружинен и который совместно зацепляется с упором (91) в муфте.

7. Натяжной механизм по п.6, в котором эластомерное демпфирующее кольцо содержит любой натуральный или синтетический каучук, или любую их комбинацию, включая, без ограничения, EVA (этиленвинилацетат), ACSM (acsium алкилированный хлорсульфированный полиэтилен), EEA (Vamac, этилен/акрил), FKM (фторэластомеры), CR (Неопрен или полихлоропрен), ЕСО (эпихлоргидрин этиленовый оксид), NBR (нитрил), MQ (силиконовый каучук), FVMQ (фторсиликоновый каучук), CSM (хлорсульфированный полиэтилен), CPE (хлорированный полиэтилен), FFKM (перфторэластомер), OT или EDT (полисульфид), AU (полиэстер), EV (полиэфир), уретаны, PZ (фосфазен).