Результат интеллектуальной деятельности: ДЕМПФИРУЮЩИЙ МЕХАНИЗМ

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к демпфирующему механизму, более конкретно к асимметричному демпфирующему механизму, для устройства натяжения.

Предпосылки создания изобретения

Устройства натяжения ремней используются для приложения нагрузки к ремню. Обычно ремни используются в двигателях внутреннего сгорания для привода различного навесного оборудования, устанавливаемого на двигатель. Например, компрессор кондиционера и генератор являются двумя примерами такого навесного оборудования, которое может приводиться в действие системой ременного привода.

Устройство натяжения ремня содержит шкив, установленный на шейке рычага. Между рычагом и основанием установлена пружина. Пружина также может взаимодействовать с демпфирующим механизмом. Демпфирующий механизм содержит фрикционные поверхности, контактирующие друг с другом. Демпфирующий механизм гасит колебательные движения рычага, возникающие при работе ременного привода. Это, в свою очередь, продлевает срок службы ремня.

Такое решение представляет патент США №5632697, выданный Шерху (1997), в котором раскрывается пружинный демпфирующий механизм, который обеспечивает нормальное усилие, превышающее усилие пружины, приложенное к тормозной колодке, которая взаимодействует с цилиндрическим элементом.

Следует упомянуть также параллельно рассматриваемую заявку на патент США №09861338, поданную 18 мая 2001 года, в которой раскрывается устройство натяжения с демпфирующим механизмом.

Имеется потребность в демпфирующем механизме, имеющем асимметричный коэффициент демпфирования в диапазоне от прибл.1,5 до 5,0. Имеется потребность в устройстве натяжения, имеющем демпфирующий механизм, содержащем два элемента, имеющих шарнирное соединение. Настоящее изобретение отвечает этим требованиям.

Краткое описание изобретения

Первый аспект настоящего изобретения заключается в создании демпфирующего механизма, имеющего асимметричный коэффициент демпфирования в диапазоне от 1,5 до 5,0.

Другой аспект настоящего изобретения заключается в создании устройства натяжения, имеющего демпфирующий механизм, состоящий из двух элементов с шарнирным соединением.

Другие аспекты настоящего изобретения будут показаны или станут очевидны из последующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - перспективный вид сверху демпфирующего механизма согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 - сечение по линии 2-2 на фиг.1.

Фиг.3 -перспективный вид сверху демпфирующего механизма согласно настоящему изобретению.

Фиг.4 - сечение по линии 4-4 на фиг.3.

Фиг.5 - перспективный вид сверху запирающего механизма на демпфирующей колодке демпфирующего механизма согласно настоящему изобретению.

Фиг.6 - перспективный вид сверху запирающего механизма на демпфирующей накладке демпфирующего механизма согласно настоящему изобретению.

Фиг.7 - перспективный вид сверху демпфирующего механизма согласно прототипу.

Фиг.8 - перспективный вид сверху демпфирующей колодки демпфирующего механизма согласно прототипу.

Фиг.9 - перспективный вид сверху демпфирующей накладки демпфирующего механизма согласно прототипу.

Фиг.10 - диаграмма сил, действующих на демпфирующий механизм.

Фиг.11 - сечение, показывающее направление сил, действующих на устройство натяжения, по линии 11-11 на фиг.12.

Фиг.12 - вид сверху, показывающий силы, воздействующие на устройство натяжения.

Фиг.13 - диаграмма сил, действующих на демпфирующий механизм.

Фиг.14 - сечение, показывающее направление сил, действующих на устройство натяжения, по линии 14-14 на фиг.15.

Фиг.15 - вид сверху, показывающий силы, воздействующие на устройство натяжения.

Фиг.16 - разнесенный вид устройства натяжения с демпфирующим механизмом.

Фиг.17 - разнесенный вид устройства натяжения с демпфирующим механизмом.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 приведен вид сверху в перспективе демпфирующего механизма согласно настоящему изобретению. Демпфирующий механизм согласно настоящему изобретению используется в устройстве натяжения ремня, фиг.17. Устройство натяжения взаимодействует с ремнем через шкив, установленный на шейке рычага. Устройство натяжения используется для предварительного натяжения ремня и демпфирования колебаний ремня.

Демпфирующий механизм гасит колебательные движения рычага устройства натяжения. Рычаг обычно совершает двунаправленные или колебательные движения, вызванные изменением рабочего состояния ременного привода, например, при изменении нагрузки. Демпфирование необходимо для отвода энергии от ремня и, тем самым, обеспечения надлежащей работы устройства натяжения для максимального продления срока службы ремня и улучшения рабочих характеристик.

Более подробно демпфирующий механизм согласно настоящему изобретению показан на фиг.1. Демпфирующий механизм 100 содержит демпфирующую накладку 102. Демпфирующая накладка 102 соединена с внешней дугообразной поверхностью 104 демпфирующей колодки 101. Участок 103 размещения пружины или смещающего средства содержит паз в демпфирующей колодке 101. В участок 103 размещения входит хвостовик спиральной пружины (не показан, см. 500 на фиг.15). Поверхность 105 взаимодействует со спиралью пружины для обеспечения поддержки во время работы.

Демпфирующая накладка 102 состоит из скользкого пластика, такого как нейлон, РА, РРА или их эквиванакладки.

На фиг.2 показано сечение демпфирующего механизма согласно настоящему изобретению по линии 2-2 на фиг.1. По внешней окружности внешней дугообразной поверхности 104 проходит кольцевой вырез 106. Обод или выступ 107 проходит по части окружности демпфирующей колодки 101. Кольцевой вырез 106 в комбинации с выступом 107 служит для механического крепления демпфирующей накладки 102 к демпфирующей колодке 101.

На фиг.3 показан вид сверху в перспективе альтернативного демпфирующего механизма. Демпфирующий механизм 200 согласно настоящему изобретению содержит первый дугообразный элемент 210 и второй дугообразный элемент 220. Первый дугообразный механизм имеет участок 211 размещения пружины, в который может вставляться конец пружины (см. фиг.12). Стенка участка размещения имеет максимальную толщину 211а в зоне контакта с пружиной. Стенка 211а может быть скошена от контактного участка в одном направлении или в обоих направлениях, по мере своего прохождения в обоих направлениях. Для сравнения, подобный участок стенки в устройстве согласно прототипу имеет равномерную толщину.

Первый дугообразный элемент 210 содержит демпфирующую накладку 213, которая прикреплена к демпфирующей колодке 212. Второй дугообразный элемент 220 содержит демпфирующую накладку 215, прикрепленную к демпфирующей колодке 214.

Первый дугообразный элемент 210 находится в шарнирном контакте со вторым дугообразным элементом 220 в точке контакта 216. Точка контакта 216 содержит конец 228 демпфирующей колодки 212 и конец 219 демпфирующей колодки 214. Положение точки контакта 216 может быть любым - от минимального радиуса до максимального радиуса по ширине W каждой демпфирующей колодки относительно оси вращения R-R рычага (см. фиг.11).

Для того, чтобы получить требуемый асимметричный коэффициент демпфирования, точка контакта 216 расположена на заданном радиальном расстоянии от оси вращения R-R рычага. На фиг 3 показано минимальное радиальное положение точки контакта 216, которое дает наибольший ассиметричный коэффициент демпфирования для демпфирующего механизма, работающего в устройстве натяжения. Точка контакта может быть расположена на внешнем радиусе 288, что дает уменьшенный асимметричный коэффициент демпфирования по сравнению с вышеуказанным положением на минимальном радиусе.

В альтернативной конструкции конец 218 первого дугообразного элемента 210 контактирует с концом 217 второго дугообразного элемента. В этом альтернативном варианте применяется пружина (не показана), направление витков которой противоположно показанному на фиг.3. Таким образом, перенося точку контакта с одного конца первого дугообразного элемента и второго дугообразного элемента на другой конец, можно использовать либо правую, либо левую пружину.

Демпфирующая накладка 213, 215 выполнена из фрикционного материала, такого как пластик, фенольных соединений и металла. Рабочая поверхность 230, 231 демпфирующей накладки 213, 215 соответственно, под давлением пружины находится в скользящем взаимодействии с основанием или рычагом устройства натяжения (см. фиг.12 и фиг.15). Фрикционная демпфирующая сила генерируется, когда демпфирующая накладка скользит по основанию или рычагу.

Каждая демпфирующая колодка 212, 213 выполнена из конструкционного материала, такого как сталь, литой пластик или их эквиваленты. Каждая демпфирующая колодка может изготавливаться с помощью технологии порошковой металлургии, литья под давлением или подобным процессом. К материалам, которые можно использовать, относятся сталь, алюминий (для деталей с небольшими нагрузками), термопласты с различными наполнителями или их эквиваленты.

Демпфирующая накладка 215 второго дугообразного элемента имеет толщину материала меньше, чем толщина материала демпфирующей накладки 213 второго участка. Это дает два преимущества: во-первых, можно использовать больший размер монтажного конца пружины и, следовательно, пружину большего размера. Во-вторых, благодаря тому, что второй участок 220 демпфирующего механизма имеет более высокую нагрузку, чем первый участок 210, уменьшенная толщина первой демпфирующей накладки 213 уравнивает срок службы обеих деталей.

На фиг.4 показано сечение альтернативного демпфирующего механизма по линии 4-4 на фиг.3. Кольцевая канавка 221 проходит по внешней окружности демпфирующей колодки 212. Выступ 222 выступает над частичной окружностью демпфирующей колодки 212. Кольцевая канавка 223 проходит по внешней окружности демпфирующей колодки 214. Выступ 224 выступает над частичной окружностью демпфирующей колодки 214. Каждая канавка 221, 223 в комбинации с каждым выступом 222, 224 служит для механического крепления каждой демпфирующей накладки 213, 215 к каждой демпфирующей колодке 212, 214, соответственно. На фиг.5 показан вид сверху в перспективе запирающего механизма на демпфирующей колодке демпфирующего механизма согласно настоящему изобретению. Запирающий механизм 30 соединяет демпфирующую колодку 101 с демпфирующей накладкой 102 (см. фиг.6). Запирающий механизм содержит вертикальные канавки 110 на дугообразной внешней рабочей поверхности 111 демпфирующей колодки 101. На верхней кромке дугообразной внешней поверхности 111 выполнена кольцевая канавка 112 для усиления взаимного соединения демпфирующей накладки 102 с демпфирующей колодкой 101. Соответственно, выступ 227 на демпфирующей накладке 102 зацепляется с кольцевой канавкой 112. Раскрытый многоканавочный запирающий механизм обеспечивает улучшенное, прочное и равномерное соединение между демпфирующей колодкой и демпфирующей накладкой. Такое соединение распределяет фрикционную нагрузку, прилагаемую к демпфирующей накладке 102 во время работы, тем самым продлевая срок службы по сравнению с прототипом.

На фиг.6 показан вид сверху в перспективе запорного механизма на демпфирующей ленте демпфирующего механизма согласно настоящему изобретению. Участок демпфирующей накладки запорного механизма 300 содержит разнесенные вертикальные ребра 120 на дугообразной внутренней взаимодействующей поверхности 121 демпфирующей накладки 102. Ребра 120 демпфирующей накладки 102 совместно взаимодействуют с канавками 110 на демпфирующей колодке 101. Выступы 228 выступают из нижнего участка 229 демпфирующей колодки 102. Выступы 228 взаимодействуют с ответными пазами или углублениями 231 в основании демпфирующей колодки 101 для дополнительной фиксации демпфирующей накладки 102.

Запирающий механизм согласно настоящему изобретению существенно уменьшает ослабление демпфирующей колодки и, следовательно, демпфирующий механизм согласно настоящему изобретению значительно прочнее, чем прототип. Нагрузочные характеристики демпфирующей колодки/демпфирующей накладки также значительно улучшены благодаря лучшему распределению нагрузки по демпфирующей колодке, которое реализуется распределяющими силы характеристиками запирающего механизма.

На фиг.7 показан вид сверху в перспективе демпфирующего механизма согласно предшествующему уровню техники. Демпфирующая накладка DB прототипа соединена с демпфирующей колодкой DS прототипа. Язычки Т механически крепят демпфирующую накладку DB (см. фиг.9) к демпфирующей колодке DS (см. фиг.8).

На фиг.8 показан вид сверху в перспективе прототипа демпфирующей колодки демпфирующего механизма. Демпфирующая колодка DS содержит прорези S. В прорези S вставляются соответствующие язычки Т для механического соединения демпфирующей накладки DB и демпфирующей колодки DS (см. фиг.9).

На фиг.9 показан вид сверху в перспективе прототипа демпфирующей накладки демпфирующего механизма. Демпфирующая накладка DB содержит язычки Т. Каждый язычок Т механически взаимодействует с соответствующей прорезью S для соединения демпфирующей накладки DB и демпфирующей колодки DS.

На фиг.10 представлена диаграмма сил, действующих на демпфирующий механизм. Показанный демпфирующий механизм является вариантом, описанным со ссылками на фиг.3 и фиг.4. Силы F1 - это реактивные силы контакта пружины, вызываемые контактом конца 500 пружины с участком 211, в который вставляется конец пружины. Конец 500 пружины контактирует с участком 211 размещения в двух точках, создавая пару реактивных сил F1. F2 - это нормальная реактивная сила на демпфирующей поверхности 230. F3 - это фрикционная сила, направленная по касательной к демпфирующей поверхности 230. F8 - это нормальная реактивная сила на демпфирующей поверхности 231. F9 - это фрикционная сила, направленная по касательной к демпфирующей поверхности 231. F4 - нормальная реактивная сила на дугообразном элементе 220 демпфирующего механизма, передаваемая на него в результате контакта демпфирующей колодки 214 с рычагом 1030 (см. фиг.16).

Асимметричный коэффициент демпфирования является функцией разности фрикционных сил F3 и F9 для движения рычага 1030. При работе нормальная реактивная сила F8 на демпфирующей поверхности 231 больше, чем нормальная реактивная сила F2 на демпфирующей поверхности 230. Более конкретно, когда рычаг 1030 перемещается в направлении +А, направление векторов фрикционных сил F3 и F9 соответствует показанному на фиг.10. Когда рычаг движется в направлении -А, векторы фрикционных сил F3 и F9 меняют направление на противоположное. Изменение направления векторов фрикционных сил F3 и F9 приводит к изменению результирующей силы на каждой демпфирующей поверхности 230, 231. В результате, когда рычаг движется в направлении -А, нормальная реактивная сила F4 на демпфирующем механизме превышает силу, когда рычаг движется в направлении +А. Пропорционально, крутящий момент, генерируемый на рычаге относительно оси вращения рычага R-R силой F4, больше, когда рычаг движется в направлении -А, чем когда он движется в направлении +А. Величина крутящего момента на рычаге, когда рычаг движется в направлении -А, больше, чем величина крутящего момента, генерируемого парой сил F1. Разница между двумя величинами крутящего момента определяется как демпфирующий момент в направлении -А. Величина крутящего момента на рычаге, когда рычаг движется в направлении +А, меньше, чем величина крутящего момента, генерируемого парой сил F1. Разница между этими двумя величинами крутящего момента определяется как демпфирующий момент в направлении +А. Отношение между величиной демпфирующего момента в направлении -А и величиной демпфирующего момента в направлении +А представляет асимметричный коэффициент демпфирования.

Асимметричный коэффициент демпфирования регулируется в зависимости от радиального положения точки 216 контакта, описанной на фиг.3 и фиг.4. Асимметричный коэффициент демпфирования увеличивается по мере того, как точка 216 контакта приближается радиально к оси вращения рычага 1020. Наоборот, асимметричный коэффициент демпфирования уменьшается по мере того, как точка 216 контакта удаляется в радиальном направлении от оси вращения рычага 1030. Путем радиального перемещения точки 216 контакта, асимметричный коэффициент демпфирования можно менять в диапазоне прибл. от 1,5 до 5.

Фиг.11 - это сечение по линии 11-11 на фиг.12, показывающее силы, действующие на устройство натяжения. Сила F7 - это нормальная реактивная сила, действующая на рычаг в точке контакта демпфирующего механизма. F6 - реактивная сила втулки шарнира, действующая на интерфейс между втулкой 1040 и рычагом 1030. F5 - нагрузка на ступицу, вызванная нагрузкой на ремень В, см. фиг.12.

Фиг.12 - вид сверху, показывающий силы, воздействующие на устройство натяжения. На фиг.12 показаны силы, описанные со ссылками на фиг.11.

Фиг.13 - диаграмма сил, действующих на демпфирующий механизм. Этот демпфирующий механизм описан со ссылками на фиг.1 и 2. Силы F11 - это реактивные силы на контактном конце пружины, возникающие при контакте конца 500 пружины с участком 103 размещения. На чертеже видно, что конец 500 пружины контактирует с участком размещения в двух точках, создавая пару реактивных сил F11. F12 - нормальная реактивная сила на демпфирующей поверхности 109. F13 - фрикционная сила на демпфирующей поверхности 109, направленная по касательной к ней. F14 - реактивная сила на участке 102 демпфирующего механизма, передаваемая в результате контакта с рычагом 2030 (см. фиг.17).

Асимметричный коэффициент демпфирования получается за счет разницы во фрикционной силе F13 для движения рычага 2030. Более конкретно, когда рычаг 2030 движется в направлении +А, F13 действует, как показано на фиг.13. Когда рычаг движется в направлении -А, F13 действует в противоположном направлении. Перемена направления F13 приводит к изменению результирующей силы на демпфирующей поверхности 109. В результате, когда рычаг движется в направлении +А, сила F14 на демпфирующем механизме больше, чем когда рычаг движется в направлении - А. Пропорционально, крутящий момент, возникающий на рычаге относительно его оси вращения R-R под воздействием силы F14, больше, когда рычаг движется в направлении +А, чем когда рычаг движется в направлении -А. Величина крутящего момента на рычаге, когда рычаг движется в направлении +А, больше, чем величина крутящего момента, создаваемого парой сил F11 на пружине. Разница между этими величинами крутящего момента определяется как демпфирующий момент в направлении +А. Величина крутящего момента на рычаге, когда рычаг движется в направлении -А, меньше, чем величина крутящего момента, создаваемого парой сил F11 на пружине. Разница между этими величинами определяется как демпфирующий момент в направлении -А. Отношение между величиной демпфирующего момента в направлении +А и величиной демпфирующего момента в направлении -А представляет асимметричный коэффициент демпфирования.

На фиг.14 показано сечение по линии 14-14 на фиг.15, иллюстрирующее силы, действующие на устройство натяжения. Сила F17 - нормальная реактивная сила, действующая на точку контакта демпфирующего механизма. F16 - реактивная сила на втулке шарнира, действующая на интерфейс между втулкой 1040 и рычагом 1030. F15 - нагрузка на ступицу, создаваемая ремнем В.

Фиг.15 - вид сверху, иллюстрирующий силы, действующие на устройство натяжения. На фиг.15 показаны силы, описанные в пояснении к фиг.14.

Фиг.16 - разнесенный вид устройства натяжения, имеющего демпфирующий механизм. Демпфирующий механизм 200 взаимодействует с рычагом 1030 через выступ 1031. Смещающий элемент или пружина 1020 одним концом соединен с основанием 1010, а вторым концом - с приемным участком 211 демпфирующего механизма, как описано выше. Рычаг 1030 шарнирно соединен с основанием 1010 через втулку 1040. Пылезащитное уплотнение 1050 препятствует попаданию постороннего материала в устройство натяжения во время работы. Шкив 1070 установлен на рычаге 1030 на подшипнике 1070. Ремень (не показан) взаимодействует с поверхностью 1061 шкива.

Подшипник 1070 крепится с помощью крепежного элемента, например, болта 1080. Демпфирующие поверхности 230, 231 находятся в скользящем взаимодействии с внутренней поверхностью 1011 основания 1010 устройства натяжения.

Выступ 1031 при работе взаимодействует с демпфирующей колодкой 212, что приводит к движению внутренней поверхности 1011 основания по поверхности 230 демпфирующего механизма.

На фиг.17 показан разнесенный вид устройства натяжения с демпфирующим механизмом. Демпфирующий механизм 100 взаимодействует с рычагом 2030 через выступ 2031. Смещающий элемент или пружина 2020 одним концом соединена с основанием 2010, а вторым концом - с участком 103 размещения пружины демпфирующего механизма, как описано выше. Рычаг 2030 шарнирно соединен с основанием 2010 через втулку 2040. Пылезащитное уплотнение 2050 препятствует попаданию постороннего материала в устройство натяжения во время работы. Шкив 2060 установлен на рычаг 2030 на подшипнике 2070. Ремень (не показан) взаимодействует с поверхностью 2061 шкива.

Подшипник 2070 крепится с помощью крепежного элемента, например, болта 2080. Поверхность 109 демпфирующего механизма находится в скользящем взаимодействии с внутренней поверхностью 2011 основания 2010 устройства натяжения.

Выступ 2031 во время работы взаимодействует с демпфирующим механизмом 100, что приводит к движению внутренней поверхности 2011 основания по поверхности 109 демпфирующего механизма.

Несмотря на то, что выше описана единственная форма изобретения, специалистам очевидно, что в конструкцию деталей могут быть внесены изменения, не выходящие за пределы идеи и объема настоящего изобретения.