Натяжное устройство

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано на двигателях с приводом вспомогательных механизмов ремнем или цепью. Натяжное устройство состоит из корпуса (1) с винтовыми поверхностями, упорной втулки (6), подпружиненного штока (3) и опорной пяты (5). На штоке выполнены винтовые поверхности в один или более заходов. В корпусе выполнена продольная прорезь для стопорения пружины до срабатывания. Для подпружинивания штока использована комбинированная пружина (4) сжатия-кручения, рабочий рычаг которой входит в прорезь опорной пяты и продольную прорезь корпуса. Прорезь корпуса может быть расположена под углом к оси. Ось опорной пяты выполнена конической или на ней выполнена косая лыска. Изобретение обладает низкой себестоимостью изготовления при массовом выпуске, стабильными параметрами натяжения в течение всего срока службы, большим ресурсом, малой массой и улучшенными эксплуатационными характеристиками. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Данное изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано на двигателях внутреннего сгорания (ДВС) для натяжения ремней (цепи) привода основных и вспомогательных агрегатов (генератора, кондиционера и т.д.).

Известен механический натяжитель цепи (Ремонт автомобилей «Москвич» моделей 2140, 2138. М., Транспорт, 1983 г., стр.11, 14 и 16), содержащий плунжер, пружину, которая воздействует на пяту, и стопорный болт, которым фиксируется положение натяжителя после выборки зазора (поднатяжки).

Недостатком данного устройство является отсутствие автоматического отслеживание положения цепи.

Известно гидравлическое натяжное устройство (патент РФ №2110715), содержащее корпус с глухим цилиндрическим пазом и поршень, установленный в пазу с возможностью перемещения. Поршень для обеспечения натяжения цепи взаимодействует с пятой, находящейся в контакте с бесконечной передачей. В дне паза выполнено отверстие, связанное с источником жидкости под давлением. Перепускной клапан выполнен в виде закрывающей это отверстие упругой сгибаемой пластины. Диск разделен линией разреза на центральную часть, образующую упругую пластину, и периферийную часть, соединенную с центральной - соединительной частью. Периферийная часть удерживается у дна паза с помощью нажимной винтовой пружины, установленной в пазу между поршнем и диском. Пружина имеет с одного конца витки постоянного диаметра и со второго конца витки возрастающего диаметра в направлении удаления от первого конца. Натяжное устройство содержит заплечик ограничения возвратного хода поршня, выполненный в боковой стенке паза, а также радиальный зазор между поршнем и боковой стенкой паза, образующий калиброванный проход жидкости под давлением.

Данное устройство отличается сложностью изготовления и требует подвода давления масла, а следовательно, и дополнительной маслоподводящей системы, что удорожает конструкцию.

Известно гидравлическое натяжное устройство (патент РФ №2197654), содержащее корпус, расположенные в его цилиндрической полости, подпружиненные в осевом направлении плунжер и регулировочный стержень, закрытые с торца корпуса накидной гайкой, дополнительно снабженное закрепленным в торце корпуса натяжителя, под накидной гайкой гидрокомпенсатором зазора, выполненным в виде заполненного жидкостью корпуса, в цилиндрической полости которого расположен подпружиненный в направлении регулировочного стержня поршень со сквозными продольными каналами и кольцевым пазом по наружной цилиндрической поверхности с установленным в нем уплотнительным кольцом, при этом между корпусом натяжителя и корпусом гидрокомпенсатора установлена эластичная мембрана.

Недостатком данного устройства является ограничение по углу наклона, исходя из работоспособности гидрокомпенсатора, и необходимость подвода давления масла.

Известно гидравлическое натяжное устройство (патент РФ №2154760), содержащее полый цилиндрический корпус, крышку с обратным клапаном, силовую пружину, плунжер, выполненный в виде стакана и составляющий с корпусом прецизионную пару. На плунжере имеется ряд кольцевых канавок несимметричного профиля, а на корпусе имеются радиальные отверстия с расположенными в них фиксаторами, имеющими сферическую поверхность, контактирующую с канавками на плунжере. Фиксаторы прижимаются к канавкам на плунжере посредством упругого кольца. Дополнительная крайняя канавка со стороны открытого торца плунжера имеет сечение прямоугольного профиля.

Недостатками существующего устройства являеются необходимость обеспечения высокой точности изготовления прецизионной пары и дискретное изменение положения, а так же подвод давления масла.

Известно натяжное устройство (№2000128233 опубл. 2002.10.10), состоящее из корпуса, подпружиненного штока с механизмом торможения обратного хода и проушин крепления с резинометаллическими шарнирами, отличающееся тем, что механизм торможения обратного хода выполнен в виде клинового шарикового замка, дополнительно установлена расклинивающая втулка и в одной из проушин выполнена углубленная фаска под вход специнструмента для расклинивания, а силовая пружина расположена снаружи штока и корпуса, в упругой шайбе сформованы радиальные отверстия по числу шариков, а в корпусе дополнительно выполнена проточка для фиксации устройства в сжатом состоянии - аналог.

Недостатками существующего устройства являются высокие контактные напряжения в местах взаимодействия шариков и штока, что приводит к преждевременному износу.

Поставлена задача создать устройство натяжения ремней (цепи) привода вспомогательных агрегатов, не критичное к углу наклона рабочего положения, без подвода давления масла, с большой опорной рабочей поверхностью для увеличения срока службы.

Поставленная цель достигается за счет того, что в натяжном устройстве, состоящем из корпуса, упорной втулки, подпружиненного штока и опорной пяты, согласно изобретению, на штоке выполнены винтовые поверхности в один или более заходов; в корпусе выполнена продольная прорезь для стопорения пружины до срабатывания, причем эта прорезь может быть расположена под углом к оси; ось опорной пяты выполнена конической или на ней выполнена косая лыска; в качестве накопителя потенциальной энергии используется комбинированная пружина сжатия-кручения, причем витки пружины могут быть навиты синусоидой; для снижения трения и износа применена трубка скольжения.

Данное устройство представлено на Фиг.1-6, где:

на Фиг.1 показан продольный разрез устройства в состоянии поставки (до установки на двигатель) с позициями-выносками всех деталей.

На Фиг.2 показан разрез А-А для пояснения заделки рабочего рычага комбинированной пружины 4 в прорези опорной пяты 5.

На Фиг.3 показан продольный разрез устройства Б-Б в перпендикулярной плоскости Фиг.1, но уже в промежуточном рабочем положении (двигатель и механизм натяжения с цепью условно не показаны). Продемонстрировано взаимодействие опорной пяты 5 своими плечиками с торцевой поверхностью штока 3 и выдвижение штока 3.

На Фиг.4 показан аксонометрический вид опорной пяты 5 с косой лыской.

На Фиг.5 показан аксонометрический вид выполнения продольной прорези в корпусе 1 под углом к его оси и тип стопорения рабочего рычага комбинированной пружины 4 в данной прорези.

На Фиг.6 показан местный вид разреза устройства, аналогичный Фиг.1, но с опорной пятой 5, у которой коническая ось.

В первоначальном состоянии (состоянии поставки) устройство представлено на Фиг.1:

натяжное устройство состоит из тонкостенного трубчатого корпуса 1, соединенного сваркой со стандартным фланцем 2, которым натяжное устройство крепится к двигателю; тонкостенного трубчатого штока 3 с винтовыми поверхностями; комбинированной (растяжения-сжатия) пружины 4, рабочий рычаг которой входит в завальцованную с одной стороны прорезь опорной пяты 5, просечное отверстие в штоке 3 и продольный паз корпуса 1 (до срабатывания) - аксонометрическая проекция данного соединения приведена на Фиг.5.

Опорным рычагом комбинированная пружина 4 входит в сквозное отверстие упорной втулки 6, наружные кромки которого используются для завальцовки корпуса 1. Таким способом упорная втулка 6 удерживается от проворота и осевого перемещения. В кольцевом пазу упорной втулки 6 размещено уплотнительное кольцо 7 для предотвращения проистекания масла из внутренней полости двигателя (на чертеже не показан) и попадания внутрь двигателя грязи. Для большей надежности упорная втулка 7 может быть завальцована в корпус 1.

Между штоком 3 и пружиной 4 может быть размещена трубка скольжения 8 для снижения трения и износа в процессе работы.

Порядок сборки натяжного устройства: сваривают корпус 1 с фланцем 2, причем для фиксации положения перед сваркой на фланце 2 могут быть отформованы выступы (Фиг.3) с возможностью входа в винтовые поверхности корпуса 1. На упорную втулку 6 надевают уплотнительное кольцо 7 и вдевают опорный рычаг пружины 4. Данную подсборку устанавливают в корпус 1 и завальцовывают. На пружину 4 насаживают трубку скольжения 8 (если ее применение будет обусловлено необходимостью), а затем винтовой шток 3. Рабочий рычаг пружины 4 вдевают в прорезь опорной пяты 5 и, отжимая его вниз конусной осью или косой лыской (аксонометрический вид опорной пяты 5 с косой лыской приведен на Фиг.4, а с конической осью на Фиг.6), вводят в просечное отверстие штока 3. Пружину 4 вместе со всеми деталями сжимают до соприкосновения с корпусом 1, где по ответным винтовым поверхностям вкручивают шток 3 в корпус 1. При полностью закрученном штоке 3 вторично опорной пятой 5 отжимают вниз рабочий рычаг пружины 4 и заводят его в прорезь корпуса 1, после чего опорную пяту 5 отпускают (Фиг.2). В таком положении натяжное устройство транспортируют и устанавливают на двигатель.

Ввиду нагруженной работы штока 3 площадь контакта опорной рабочей поверхности с корпусом 1 могут быть увеличена с ростом количества заходов винтовых поверхностей для увеличения ресурса. Ограничением могут служить лишь технологические возможности оборудования. Предполагается использовать высокопроизводительные способы штамповки эластичной средой и магнитно-импульсную штамповку, практически исключающие последующую механическую обработку и минимизирующие отходы. Благодаря этому достигается высокий экономический эффект.

Наличие винтовых поверхностей на штоке 3 позволяет ему упруго демпфировать рывки и удары, приходящие с исполнительных механизмов натяжения, что благотворно сказывается на увеличение ресурса всех деталей.

Выполнять винтовые поверхности на корпусе 1 большой нужды нет - их могут заменить циклические выступы, по которым будет скользить шток 3. Однако площадь контакта в этом случае будет значительно меньше.

Продольная прорезь на носке корпуса 1 может быть выполнена под углом к оси (Фиг.5), чтобы предотвратить соскальзывание рабочего рычага пружины 4 в сжатом состоянии. Угол выбирается близким к углу наклона витков винтовой поверхности. Вместо прорези может быть выполнено и обычное отверстие, но в условиях массового производства эта операция будет менее производительна.

Необходимость применения комбинированной пружины 4 обусловлена схемой работы натяжного устройства: для выкручивания штока потребуется не только тангенциальная составляющая момента закручивания, но и осевое усилие для преодоления сил упругости цепи (ремня) двигателя; их соотношение составляет порядка 4/1. Благодаря большому числу витков осевое усилие остается практически постоянным в диапазоне рабочего хода штока 3, что дает возможность отказаться от подвода давления масла и обеспечить потребное натяжение цепи (ремня) в течение всего срока службы двигателя. Однако момент кручения и угол закручивания более требовательны к числу витков, увеличить которое можно применением синусоидальной навивки пружины 4. Это позволяет добавить порядка 20% витков, что является единственным способом при плотной компоновке подкапотного пространства и стесненных габаритов натяжного устройства. Одновременно снижается площадь контактирующих поверхностей пружины 4 и штока 3 (без использования трубки скольжения 8), а следовательно, и трение, и износ.

Когда применение синусоидальной пружины 4 может оказаться малоэффективным, используют трубку скольжения 8. Ее можно изготовить из материалов с небольшим коэффициентом трения, например политетрафторэтилена (фторопласта). В результате перемещение витков пружины 4 и их раскручивание будут происходить уже по гладкой цилиндрической поверхности трубки скольжения 8.

Опорная пята 5 имеет грибовидную форму (Фиг.5), сферической поверхностью которой она упирается в исполнительный механизм натяжения цепи (ремня) двигателя. Продольная прорезь обеспечивает осевое перемещение опорной пяты 5 относительно рабочего рычага пружины 4 при сборке и страгивании. Коническая ось (Фиг.6) или косая лыска обеспечивают деформацию рабочего рычага пружины 4 при сборке и страгивании (Фиг.2).

Работа натяжного устройства в условном среднем рабочем положении показана на Фиг.3.

После установки натяжного устройства на двигатель необходимо вывести из зацепления рабочий рычаг пружины 4 из прорези на носке корпуса 1. Для этого исполнительным механизмом натяжения двигателя утапливают опорную пяту 5 внутрь натяжного устройства. Конической осью или конической поверхностью косой лыски опорной пяты 5 начинают отжимать радиусный участок рабочего рычага пружины 4 (Фиг.2). Как только рабочий рычаг пружины 4 выйдет из зацепления со стенкой прорези на носке корпуса 1, он начнет взаимодействовать с поверхностью просечного отверстия в штоке 3. Преодолевая трение в винтовой паре и местах соприкосновения витков пружины 4 с трубкой скольжения 8 (или штока 3 в общем случае), а также силы упругости исполнительных механизмов двигателя, шток 3 начинает выкручиваться из корпуса 1 под действием накопленной потенциальной энергии комбинированной пружины 4. Опорная пята 5 ложится своими плечиками на торцевую поверхность штока 3.

Выдвижение штока 3 заканчивается в каком-либо равновесном положении, когда уравновешиваются все силы, приходящиеся на шток 3. Таким образом обеспечивается первоначальное натяжение исполнительных механизмов двигателя.

В процессе работы двигателя происходит износ механизмов, который приводит к увеличению длины цепи (ремня). Точка равновесного состояния смещается наружу от натяжного устройства. Благодаря наличию комбинированной пружины 4 происходит постоянное отслеживание этого нового положения за счет выкручивания штока 3.

Наличие при работе двигателя вибраций и масляного тумана будет способствовать перемещению как штока 3 по корпусу 1, так и витков пружины 4 по трубке скольжения (штоку 3).

Небольшие кратковременные перемещения исполнительных механизмов натяжения, связанные с рывками и неуравновешенностью работы двигателя, компенсируются за счет зазоров между винтовыми поверхностями штока 3 и корпуса 1 (и их упругой деформации) без вращения штока 3. Возникающие напряжения распределяются на большой площади контактирующих рабочих опорных поверхностей, образованных многозаходными винтовыми изгибами, что в совокупности с присутствующим масляным туманом значительно снижают износ.

При ремонте двигателя, требующем ослабления натяжения цепи, натяжное устройство либо снимают и перезаряжают как при первоначальной сборке, либо при наличии доступа вкручивают шток 3 в корпус 1 без снятия устройства, что выгодно отличает его от аналогов.

Таким образом, предлагаемое натяжное устройство обладает низкой себестоимостью изготовления при массовом выпуске, стабильными параметрами натяжения в течение всего срока службы, большим ресурсом, малой массой и улучшенными эксплуатационными характеристиками.

1. Устройство для натяжения цепи (ремня) привода механизмов, содержащее корпус с винтовыми поверхностями, установленные в нем упорную втулку со сквозным отверстием, опорную пяту, пружину, опорный рычаг которой входит в сквозное отверстие упорной втулки, подпружиненный шток с винтовыми поверхностями, ответными винтовым поверхностям корпуса, отличающееся тем, что для подпружинивания штока использована комбинированная пружина сжатия-кручения, в опорной пяте выполнена прорезь, а в корпусе - продольная прорезь для стопорения пружины, рабочий рычаг которой входит в прорезь опорной пяты и продольную прорезь корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что витки пружины навиты синусоидой.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось опорной пяты выполнена конической.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что продольная прорезь для стопорения пружины выполнена в корпусе под углом к его оси.

5. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что снабжено трубкой скольжения, которую насаживают на пружину сжатия-кручения.

6. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что на опорной пяте выполнена косая лыска.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на опорной пяте выполнена косая лыска.