Система ременной передачи и ремень, используемый в данной системе - RU2507424C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к технологии фрикционной передачи при помощи ремня и, в частности, к мерам по предотвращению змеевидного движения ремня, имеющего плоскую рабочую (передающую) поверхность.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Клиновые (V-образные) и поликлиновые (с V-образными ребрами) ремни широко используются в качестве ремней для передачи мощности за счет трения. В частности, поликлиновые ремни могут обеспечить такое же заклинивание, что и клиновые ремни, и обладают относительно высокой упругостью, а также низкими потерями при изгибе. Соответственно, поликлиновые ремни подходят для систем ременной передачи, например приводов вспомогательных механизмов автомобиля, от которых требуется компактность и обеспечение высокой эффективности передачи, несмотря на большую скорость их вращения и значительные изменения этой скорости.

В обычных системах ременной передачи, в которых используется поликлиновой ремень, клиновым шкивом является не только ведущий шкив, но также и большинство ведомых шкивов. Для клиновых шкивов требуется высокая точность обработки и увеличенное число технологических операций, что приводит к повышению стоимости.

Поликлиновой ремень характеризуется значительными потерями при изгибе по сравнению с плоским ремнем, а также значительными потерями за счет трения, когда ребра поликлинового ремня трутся о ребра клинового шкива при вхождении поликлинового ремня на клиновой шкив или схождении с него. Кроме того, так как поликлиновой ремень установлен огибающим шкив таким образом, что со шкивом контактирует толстый ребристый слой каучука, существенные потери возникают из-за деформаций сдвига в этом слое. Таким образом, эффективность передачи у поликлинового ремня уменьшается по сравнению с плоским ремнем, и из-за выделения тепла может снизиться качество каучука.

Когда ребристый слой каучука деформируется при возникновении заклинивания, слой каучука, в который введены корды, может деформироваться с появлением волнистости в поперечном направлении ремня. Это может привести к появлению различных недостатков, таких как отделение кордов и т.д. Кроме того, из-за заклинивания становится менее вероятным проскальзывание ремня даже при воздействии на него сильного удара. Это может привести к разрушению ремня.

Когда ребра поликлинового ремня трутся о ребра клинового шкива, как описано выше, может возникать шум, и срок службы ремня, как правило, будет сокращаться из-за износа. Такие проблемы становятся более серьезными в результате рассогласования, например смещения, перекоса и т.д. вала шкива.

Плоский ремень не имеет описанных выше недостатков, связанных с поликлиновым ремнем. Однако у плоского ремня может возникать такой недостаток, как змеевидное движение, либо его центровка относительно шкива может нарушаться из-за рассогласования и т.д.

Известным решением для устранения змеевидного движения и смещения плоского ремня является создание насечки на внешней окружной поверхности плоского шкива (см., например, патентный документ 1) либо фланцев на боковых сторонах шкива. Однако таких мер недостаточно, чтобы предотвратить змеевидное движение и смещение ремня, и они меньше применяются на практике из-за того, что нагрузка концентрируется в определенной части ремня. По этим причинам плоский ремень практически не используется в системах передачи.

Чтобы устранить змеевидное движение и т.п. плоского ремня, авторы настоящего изобретения сосредоточили свое внимание на том факте, что положение нагрузки, приложенной к валу шкива, меняется в зависимости от натяжения ремня, когда центровка ремня нарушена. На основе обнаруженной информации авторы предложили новаторский механизм (шкив, препятствующий змеевидному движению), в котором шкив, воспринимающий нагрузку, выполнен с возможностью качания для принятия положения, диагонально противоположного ремню, что позволяет устранить смещение ремня (см., например, патентный документ 2).

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

Патентные документы

Патентный документ 1: Японский патент на полезную модель № S59-45351,

Патентный документ 2: Японский патент на изобретение № 2006-10072.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема

Как описано выше, система ременной передачи, в которой используется поликлиновой ремень, по-прежнему имеет недостатки с точки зрения стоимости и долговечности по сравнению с системой ременной передачи, в которой используется плоский ремень, а также может быть усовершенствована с точки зрения эффективности. При этом система ременной передачи, в которой используется плоский ремень, имеет недостаток в виде змеевидного движения и на практике не используется.

Если принять во внимание такие недостатки плоского ремня, как змеевидное движение и т.д., то применение шкива, препятствующего змеевидному движению, который соответствует описанному выше предложению (патентный документ 2), приводит к увеличению стоимости. Кроме того, способность препятствовать змеевидному движению может быть снижена, если, в зависимости от условий эксплуатации, на такой шкив попадают дождевая вода, грязь или пыль.

Задачей настоящего изобретения является предложить систему передачи с относительно низкой стоимостью, в которой эффективность передачи и долговечность повышены настолько, что они сравнимы с имеющими место в системах, в которых используется плоский ремень, и можно сохранить устойчивый режим работы ремня даже при попадании на ремень дождевой воды и т.п.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Чтобы выполнить эту задачу, согласно настоящему изобретению, мощность передают через по существу плоскую рабочую (передающую) поверхность ремня, чтобы снизить стоимость системы ременной передачи, включающей шкивы. Кроме того, на внешней поверхности ремня выполнено множество выступов, проходящих в продольном направлении ремня, чтобы ограничить перемещение ремня в поперечном направлении с одновременным сохранением эффективности передачи и долговечности на таком уровне, чтобы они были сравнимы с эффективностью передачи и долговечностью плоского ремня.

А именно, согласно пункту 1 формулы изобретения, предлагается система ременной передачи, включающая в себя бесконечный ремень для передачи мощности, который огибает ведущий шкив и по меньшей мере один ведомый шкив, причем ремень для передачи мощности включает в себя корды, которые введены в него с прохождением в продольном направлении ремня и с выравниванием в поперечном направлении ремня, внутреннюю поверхность с внутренней стороны кордов, образующую по существу плоскую рабочую поверхность, и множество выступов, которые выполнены на внешней поверхности ремня для передачи мощности с прохождением в продольном направлении ремня и с выравниванием в поперечном направлении ремня.

Ремень для передачи мощности огибает ведущий шкив и упомянутый по меньшей мере один ведомый шкив таким образом, что упомянутая внутренняя поверхность контактирует с этими шкивами, и ограничительный шкив, имеющий множество кольцевых канавок, выполненных на его внешней окружной поверхности, прижат к внешней поверхности ремня для передачи мощности таким образом, что он взаимодействует с выступами, что позволяет ограничить перемещение ремня для передачи мощности в поперечном направлении этого ремня.

В описанной выше системе ременной передачи ведущий шкив и упомянутый по меньшей мере один ведомый шкив являются плоскими шкивами, которые не требуют высокой точности обработки и увеличенного числа технологических операций. За счет этого можно значительно снизить стоимость по сравнению с системой ременной передачи, в которой используется обычный поликлиновой ремень. Кроме того, ремень огибает плоские шкивы таким образом, что с плоскими шкивами контактирует по существу плоская рабочая поверхность ремня, и корды расположены очень близко к рабочей поверхности. Соответственно, потери, вызванные изгибом и трением, столь же низки, как и у плоского ремня, и предотвращается чрезмерная деформация сдвига в слое каучука. Таким образом, увеличивается передающая способность, и выделение тепла уменьшается настолько, что оно сравнимо с имеющим место в системах, в которых используется плоский ремень.

В частности, так как к ведущему шкиву приложена относительно большая нагрузка, использование плоского шкива в качестве ведущего обеспечивает значительные преимущества. Если говорить конкретно, чем больше нагрузка на шкив, тем больше деформируется слой каучука в ремне, когда ремень огибает шкив, что приводит к увеличению потерь и выделению тепла.

В описанной выше конструкции, рабочая поверхность ремня является по существу плоской и не вызывает заклинивания. Соответственно, выделение тепла не будет увеличиваться из-за заклинивания. Кроме того, даже при приложении большой нагрузки, слой каучука вокруг кордов не будет деформироваться, становясь волнистым, и в слое каучука не возникнет большая нагрузка. Это выгодно с точки зрения повышения долговечности ремня. Даже при воздействии сильного удара рабочая поверхность может подходящим образом проскользнуть. Это также выгодно с точки зрения повышения долговечности ремня.

При описанной выше конструкции кольцевые канавки ограничительного шкива сцеплены с множеством выступов, выполненных на внешней поверхности ремня для передачи мощности. Это может устойчивым и надежным образом ограничить перемещение ремня для передачи мощности в его поперечном направлении, что позволяет предотвратить змеевидное движение и смещение ремня для передачи мощности, даже когда на шкив или ремень попадает дождевая вода, пыль и т.п. Когда змеевидное движение и смещение ремня ограничены при помощи множества выступов, нагрузка не будет концентрироваться в определенной части ремня. Число выступов в предпочтительном случае составляет 3 или более.

Ограничительный шкив не должен работать как передающий шкив. Поэтому, например, в предпочтительном случае при его использовании к ограничительному шкиву прикладывают как можно меньшую нагрузку, как к промежуточному шкиву. Однако ограничительный шкив также можно использовать как один из множества ведомых шкивов, к которым приложена относительно небольшая нагрузка (пункт 2 формулы изобретения). Ограничительный шкив можно использовать в качестве натяжного шкива. В итоге, учитывая общую конфигурацию ремня, в положении, где можно эффективным образом предотвратить змеевидное движение, устанавливают минимальное требуемое число ограничительных шкивов (т.е. по меньшей мере один).

Каждый из выступов ремня для передачи мощности имеет трапециевидную форму в поперечном сечении, при которой боковые поверхности выступа наклонены с уменьшением расстояния между ними в направлении дистального конца выступа, и каждая из кольцевых канавок ограничительного шкива, в которую входит соответствующий выступ, имеет боковые поверхности, наклоненные таким образом, чтобы они расходились в направлении от дна к открытой части канавки (пункт 3 формулы изобретения). При такой конфигурации выступы ремня могут плавно проскальзывать в кольцевые канавки ограничительного шкива без существенного истирания об эти кольцевые канавки. Это может уменьшить потери, вызываемые трением, а также износ, и может выгодным образом уменьшить возникающий шум.

Когда кольцевые канавки ограничительного шкива выполнены такой формы, которая соответствует форме выступов ремня для передачи мощности, может возникнуть заклинивание. Так как ограничительный шкив не передает мощность, неблагоприятный эффект от заклинивания, если он имеется, является относительно небольшим. Чтобы ограничить перемещение ремня в его поперечном направлении, заклинивание не является необходимым и может снизить эффективность передачи и долговечность, как описано выше. Поэтому форму выступов ремня, форму кольцевых канавок шкива и их взаимное расположение в предпочтительном случае задают таким образом, чтобы заклинивание не возникало либо значительно уменьшалось.

Если говорить конкретно, соотношение между высотой и интервалом выступов на ремне для передачи мощности и глубиной и интервалом кольцевых канавок на ограничительном шкиве, либо степень наклона их боковых поверхностей, выбирают, например, таким образом, чтобы торцевая поверхность на дистальном конце каждого из выступов контактировала с поверхностью дна кольцевой канавки, что позволяет легко уменьшить заклинивание (пункт 4 формулы изобретения). Торцевая поверхность каждого из выступов в предпочтительном случае выполнена плоской, но изобретение этим не ограничивается. Торцевая поверхность может иметь любую форму, соответствующую форме поверхности дна канавки на шкиве.

При этом сумма размеров торцевых поверхностей выступов в поперечном направлении ремня в предпочтительном случае составляет половину или более от размера ремня для передачи мощности в поперечном направлении ремня (пункт 5 формулы изобретения). При такой конфигурации торцевые поверхности выступов занимают половину или более площади внешней поверхности ремня. Это выгодно с точки зрения обеспечения описанных выше преимуществ. Кроме этого, с частью ремня для передачи мощности, расположенной между соседними выступами, может контактировать внешняя окружная поверхность ограничительного шкива, кроме кольцевых канавок (пункт 6 формулы изобретения).

Если взглянуть под другим углом, настоящим изобретением предлагается ремень для передачи мощности, используемый в описанной выше системе передачи. Ремень для передачи мощности включает внутреннюю поверхность тела бесконечного ремня, образующую по существу плоскую рабочую поверхность, при этом ремень для передачи мощности огибает ведущий шкив и по меньшей мере один ведомый шкив для передачи мощности, причем в тело ремня введены корды, проходящие в продольном направлении ремня и выровненные в поперечном направлении ремня, и на внешней поверхности ремня с внешней стороны кордов образовано множество выступов, проходящих в продольном направлении ремня и выровненных в поперечном направлении ремня, таким образом, чтобы эти выступы взаимодействовали с ограничительным элементом, предназначенным для ограничения перемещения ремня в поперечном направлении этого ремня (пункт 7 формулы изобретения).

Ремень для передачи мощности огибает плоский ведущий шкив и упомянутый по меньшей мере один плоский ведомый шкив таким образом, чтобы внутренняя поверхность (по существу, плоская рабочая поверхность) контактировала со шкивами, а ограничительный элемент, такой как описанный выше ограничительный шкив, прижат к внешней поверхности ремня для передачи мощности, что позволяет выступам ремня взаимодействовать с кольцевыми канавками. Соответственно, создается описанная выше система ременной передачи, соответствующая пункту 1 формулы изобретения, и достигаются упомянутые преимущества. Элемент, предназначенный для ограничения перемещения ремня в поперечном направлении этого ремня, может представлять собой и другой элемент, помимо описанного выше ограничительного шкива.

Как описано выше, каждый из выступов на ремне для передачи мощности в предпочтительном случае имеет трапециевидную форму в поперечном сечении, при которой боковые поверхности выступа наклонены с уменьшением расстояния между ними в направлении дистального конца этого выступа (пункт 8 формулы изобретения).

Как описано выше, каждый из выступов имеет поверхность примыкания, которая образована на его дистальном конце и контактирует с поверхностью дна кольцевой канавки (пункт 9 формулы изобретения). В качестве альтернативы, между соседними выступами может быть образован участок примыкания, контактирующий с внешней окружной поверхностью шкива, кроме кольцевых канавок (пункт 10 формулы изобретения).

ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с описанной выше системой ременной передачи, предлагаемой настоящим изобретением, передачу мощности от ведущего шкива ведомому шкиву выполняют, главным образом, через по существу плоскую рабочую поверхность, находящуюся на внутренней поверхности ремня для передачи мощности. Это может значительно снизить стоимость системы ременной передачи, включающей шкивы, и может повысить эффективность передачи и долговечность системы ременной передачи настолько, чтобы они были сравнимы с имеющими место в системах ременной передачи, в которых используется плоский ремень. Кроме того, на внешней поверхности ремня образовано множество выступов, проходящих в его продольном направлении, и перемещение ремня в его поперечном направлении ограничено этими выступами. Это может устойчивым и надежным образом предотвратить змеевидное движение и т.п. ремня, даже при попадании на ремень или шкив дождевой воды и т.п.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг.1 схематично показана конструкция системы ременной передачи, предлагаемой настоящим изобретением, которая применена для привода вспомогательных механизмов двигателя.

На Фиг.2 приведено поперечное сечение, иллюстрирующее взаимосвязь между выступами на ремне для передачи мощности и кольцевыми канавками на ограничительном шкиве.

На Фиг.3 приведено поперечное сечение, иллюстрирующее состояние сцепления ремня со шкивом.

На Фиг.4 показана примерная конфигурация устройства для испытаний с целью проверки передающей способности ремня.

На Фиг.5 приведен график, иллюстрирующий взаимосвязь между коэффициентом проскальзывания ремня и крутящим моментом нагрузки.

На Фиг.6 приведен график, иллюстрирующий взаимосвязь между эффективностью передачи ремня и крутящим моментом нагрузки.

Фиг.7 - вид, соответствующий Фиг.4, который иллюстрирует размещение шкивов для испытания на длительность тепловой стойкости.

Фиг.8 - вид, соответствующий Фиг.4, который иллюстрирует размещение шкивов для испытания на многоосный изгиб.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже один из вариантов реализации настоящего изобретения будет описан подробно со ссылкой на чертежи. Приведенный далее вариант реализации настоящего изобретения предназначен, по сути, всего лишь для иллюстрации предпочтительных примеров и не должен восприниматься как ограничивающий объем, область и способ применения этого изобретения.

Система ременной передачи

На Фиг.1 схематично показано размещение ремня и шкивов как примера системы А ременной передачи, предлагаемой настоящим изобретением, которая применена для привода вспомогательных механизмов двигателя. На Фиг.1 ссылочным номером 1 обозначен шкив коленчатого вала, представляющий собой ведущий шкив, прикрепленный к коленчатому валу (не показан) двигателя E с возможностью вращения вместе с этим валом, а ссылочными номерами 2-4 обозначены ведомые шкивы, прикрепленные к вспомогательным механизмам двигателя Е. Например, ссылочным номером 2 обозначен шкив насоса рулевого управления с усилителем, прикрепленный к валу насоса рулевого управления с усилителем (не показан), являющегося одним из вспомогательных механизмов двигателя, с возможностью вращения вместе с этим валом. Ссылочным номером 3 обозначен шкив генератора переменного тока, прикрепленный к оси вращения этого генератора (не показан). Ссылочным номером 4 обозначен шкив компрессора для кондиционирования воздуха, прикрепленный к оси вращения этого компрессора (не показан).

Ссылочным номером 5 на Фиг.1 обозначен натяжной шкив автоматического натяжителя 7, предназначенного для регулирования натяжения ремня В для передачи мощности, а ссылочным номером 6 обозначен промежуточный шкив. Конструкция системы А ременной передачи, показанной на Фиг.1, приведена всего лишь в качестве примера. Система ременной передачи, предлагаемая настоящим изобретением, применима к различным типам промышленных машин и других устройств, и размещение ремня может меняться в зависимости от требований, предъявляемых этими устройствами и т.д.

Шкив 1 коленчатого вала, шкив 2 насоса рулевого управления с усилителем, шкив 3 генератора переменного тока и шкив 4 компрессора являются плоскими шкивами. На внешних окружных поверхностях натяжного шкива 5 и промежуточного шкива 6 образовано множество кольцевых канавок 5а (на Фиг.2 показаны только кольцевые канавки 5а, созданные на натяжном шкиве 5). Бесконечный ремень В для передачи мощности огибает шкивы 1-6. При вращении коленчатого вала (шкива 1 коленчатого вала) во время работы двигателя Е ремень В перемещается в направлении по часовой стрелке от шкива 1 коленчатого вала к натяжному шкиву 5, шкиву 2 насоса PS, шкиву 3 генератора переменного тока, промежуточному шкиву 6, шкиву 4 компрессора и обратно к шкиву 1 коленчатого вала, что приводит в действие вспомогательные механизмы.

Если говорить конкретно, ремень В для передачи мощности огибает шкив 1 коленчатого вала и шкивы 2-4 вспомогательных механизмов таким образом, что он прижат к внешним окружным поверхностям плоских шкивов 1-4, по существу, плоской внутренней рабочей поверхностью b1, и огибает натяжной шкив 5 и промежуточный шкив 6 таким образом, что он прижат к шкивам 5 и 6 внешней поверхностью (обратной поверхностью). То есть, ремень В для передачи мощности огибает шкивы по так называемой серпантинной схеме.

Если говорить вкратце, система А ременной передачи, предлагаемая настоящим изобретением, позволяет передавать мощность между плоским шкивом 1 коленчатого вала и шкивами 2-4 вспомогательных механизмов посредством, по существу, плоской рабочей поверхности b1 ремня В для передачи мощности, имеющего множество выступов 82а, выполненных на его внешней поверхности (см. Фиг.2), которые сцеплены с кольцевыми канавками 5а, выполненными на внешних окружных поверхностях шкивов 5 и 6, что ограничивает перемещение ремня в поперечном направлении этого ремня. Поэтому при последующем описании натяжной шкив 5 и промежуточный шкив 6 можно называть ограничительными шкивами.

Ремень для передачи мощности и ограничительный шкив

Как конкретно показано на Фиг.2, тело 8 ремня В для передачи мощности включает обладающий адгезионными свойствами слой 80 каучука, в который в качестве средства, обеспечивающего натяжение, введены корды 9, изготовленные из арамида или полиэстера, относительно тонкий внутренний слой 81 каучука, созданный на внутренней поверхности обладающего адгезионными свойствами слоя 80 каучука, и относительно толстый внешний слой 82 каучука, созданный на внешней поверхности обладающего адгезионными свойствами слоя 80 каучука.

В изображенном примере обладающий адгезионными свойствами слой 80 каучука имеет толщину приблизительно 0,8-1,2 мм, а корды 9 введены в обладающий адгезионными свойствами слой 80 каучука таким образом, чтобы они проходили в продольном направлении ремня и были выровнены в поперечном направлении ремня. Корды 9, например, имеют диаметр приблизительно 0,7-1,0 мм и размещены с интервалом приблизительно 0,8-1,2 мм. Обладающий адгезионными свойствами слой 80 каучука состоит из твердого каучукового состава, смешанного с коротким волокном на основе арамида, чтобы предотвратить отделение этого слоя 80 от кордов 9.

Внутренний слой 81 каучука представляет собой слой каучука, который имеет рабочую поверхность b1 и образует внутреннюю поверхность ремня. В изображенном примере внутренний слой 81, например, имеет толщину приблизительно 0,4-0,6 мм и состоит из каучукового состава, содержащего в качестве основного компонента этилен-альфа-олефиновый эластомер, такой как EPDM (Ethylene-Propylene-Diene Monomer Rubber - каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера). Если во внутреннем слое 81 каучука содержится гидрофильный материал, такой как диоксид кремния, можно уменьшить снижение передающей способности в присутствии воды.

Внешний слой 82 каучука, образующий внешнюю поверхность ремня, снабжен множеством выступов 82а (тремя в изображенном примере), которые проходят в продольном направлении ремня и выровнены в его поперечном направлении. Каждый из выступов 82а имеет трапециевидную форму в поперечном сечении и на его дистальном конце создана плоская поверхность для контакта с поверхностью дна кольцевой канавки 5а, выполненной на ограничительном шкиве 5, 6, как описано ниже. Боковые поверхности каждого из трапециевидных выступов наклонены таким образом, чтобы ширина выступа постепенно уменьшалась в направлении дистальнего конца, при этом между соседними выступами 82а возникает углубление, имеющее, по существу, V-образную форму, если смотреть в поперечном сечении. В изображенном примере расстояние (интервал) между соседними выступами 82а составляет приблизительно 3,5-3,6 мм.

Как и описанный выше внутренний слой 81 каучука, внешний слой 82 каучука состоит из каучукового состава, содержащего в качестве основного компонента этилен-альфа-олефиновый эластомер. Однако в отличие от внутреннего слоя 81 каучука, внешний слой 82 каучука не участвует в передаче мощности. Соответственно, во внешний слой 82 каучука может быть добавлено короткое волокно, чтобы уменьшить коэффициент трения между внешним слоем 82 каучука и кольцевыми канавками 5а ограничительного шкива 5, 6. При такой конструкции шум, создаваемый ремнем, входящим на ограничительный шкив 5, 6 и сходящим с него, как описано ниже, может быть уменьшен. Кроме того, к внешнему слою 82 каучука за счет адгезии может быть прикреплено армирующее волокно, чтобы уменьшить коэффициент трения, что может повысить сопротивление износу.

Ограничительный шкив 5, 6 прижат к внешней поверхности ремня В для передачи мощности, снабженной выступами 82а, чтобы предотвратить змеевидное движение этого ремня. В примере, показанном на Фиг.2, выступы 82а взаимодействуют с соответствующими кольцевыми канавками 5а, выполненными на всей окружной поверхности натяжного шкива 5. Ниже будет описано взаимодействие выступов и кольцевых канавок 5а натяжного шкива 5, но то же справедливо и для взаимодействия выступов и кольцевых канавок промежуточного шкива 6.

Как показано на Фиг.2 и 3, каждая из кольцевых канавок 5а ограничительного шкива 5 имеет трапециевидную форму в поперечном сечении и включает плоское дно канавки и боковые поверхности, которые наклонены с уменьшением расстояния между ними в направлении плоского дна таким образом, чтобы соответствовать форме выступа 82 ремня В, который взаимодействует с кольцевой канавкой. Если говорить конкретно, каждый из выступов 82а постепенно сужается в направлении дистального конца, при этом каждая из кольцевых канавок 5а постепенно расширяется в направлении к ее открытой части. Таким образом, когда они взаимодействуют друг с другом, меньше вероятность возникновения значительного трения и, как следствие, меньше вероятность возникновения шума. Если согласование ремня В со шкивом существенно нарушено, выступы 82а могут плавно проскользнуть внутрь канавок 5а.

В представленном варианте реализации настоящего изобретения соотношение между высотой и интервалом выступов 82а и глубиной и интервалом кольцевых канавок 5а, или углами их боковых поверхностей и т.д., задают таким образом, чтобы плоские поверхности на дистальных концах выступов 82а (верхних концах на чертеже) примыкали к дну кольцевых канавок 5а, когда выступы 82а взаимодействуют с кольцевыми канавками 5а, как показано на Фиг.3. Таким образом, в отличие в обычного поликлинового ремня выступы 82а, входящие в кольцевые канавки 5а, как показано на Фиг.3, практически не вызывают заклинивания, и неблагоприятные эффекты, являющиеся его следствием, такие как уменьшение эффективности передачи и долговечности, в большинстве случаев могут быть исключены.

В частности, в изображенном примере реализации настоящего изобретения, сумма размеров торцевых поверхностей трех выступов 82а в поперечном направлении составляет половину или более от размера ремня в поперечном направлении. Это указывает на то, что торцевые поверхности выступов занимают половину или более площади ремня В для передачи мощности. Нагрузка между ремнем В и шкивом 5, 6 воспринимается торцевыми поверхностями, что позволяет значительно уменьшить заклинивание. В этом примере кольцевые канавки 5а ограничительного шкива 5, например, размещены с интервалом 3,55-3,65 мм, что немного больше интервала между выступами 82а ремня В для передачи мощности. Таким образом, даже если ремень В наклоняется относительно шкива из-за рассогласования, меньше вероятность возникновения шума из-за истирания ремня о шкив.

Описанные выше ограничительные шкивы 5 и 6 могут быть изготовлены с низкими затратами, например, путем литья под давлением с использованием термопластичного полимера. В этом случае механическая прочность ограничительных шкивов 5 и 6 не может быть очень высокой, но это не является недостатком, так как ограничительные шкивы 5 и 6 не участвуют в передаче мощности. Например, для использования в качестве упомянутого полимера подходящим образом может быть использован полиамид, являющийся недорогим и универсальным, а для увеличения прочности в полимер может быть добавлено стекловолокно.

Хотя при изготовлении плоского шкива 1 коленчатого вала и плоских шкивов 2-4 вспомогательных механизмов может быть использован полимер, имеющий более высокую прочность, применение стального листа может уменьшить затраты. На внешней окружной поверхности шкива в качестве необязательного варианта может быть создана насечка. Когда создана насечка, можно немного повысить передающую способность, и можно ожидать, что насечка будет препятствовать змеевидному движению. Это может привести к уменьшению числа ограничительных шкивов и выгодно с точки зрения снижения затрат. В этом примере натяжной шкив 5 или промежуточный шкив 6 может быть плоским шкивом.

Преимущества

Таким образом, в соответствии с описанной выше системой А ременной передачи, предлагаемой представленным вариантом реализации настоящего изобретения, в отличие от систем передачи, в которых используется обычный поликлиновой ремень, шкив 1 коленчатого вала и шкивы 2-4 вспомогательных механизмов являются плоскими шкивами, и передача мощности осуществляется через, по существу, плоскую рабочую поверхность b1 ремня В для передачи мощности. Как следствие, потери, вызванные изгибом ремня В, потери, вызванные трением между ремнем и шкивом, и потери, вызванные деформацией сдвига в слое каучука, снижаются настолько, что они сравнимы с имеющими место в системе, в которой используется плоский ремень, что позволяет повысить эффективность передачи, а также долговечность.

Если говорить конкретно, так как обычный широко применяемый поликлиновой ремень содержит толстый ребристый слой каучука, потери, вызванные изгибом, являются высокими по сравнению с плоским ремнем. Ребристый слой каучука сжимается между кордами и внешней окружной поверхностью клинового шкива, и в нем возникает значительная деформация сдвига, что приводит к существенным потерям и снижает эффективность передачи по сравнению с плоским ремнем. Значительная деформация ребристого слоя каучука увеличивает количество выделяющегося тепла, что ускоряет ухудшение качества каучука.

Так как каждое из V-образных ребер вызывает заклинивание, ремень деформируется таким образом, что большой участок ремня "утапливается" в шкив, что приводит к значительному временному уменьшению натяжения. Учитывая этот феномен, необходимо устанавливать более высокое первоначальное натяжение. Это также приводит к увеличению механических потерь, ускоряет описанное выше выделение тепла и вызывает значительный износ ремня или подшипника шкива.

Когда каждое из V-образных ребер вызывает заклинивание, обладающий адгезионными свойствами слой каучука с введенными в него кордами деформируется, становясь волнистым в поперечном направлении ремня, и между кордами и окружающим их каучуком возникают большие напряжения сдвига, что приводит к отделению каучука от кордов. Заклинивание, которое снижает вероятность проскальзывания ремня даже при воздействии на него сильного удара, может привести к разрушению ремня.

В представленном варианте реализации настоящего изобретения, в отличие от обычного поликлинового ремня, шкив 1 коленчатого вала и шкивы 2-4 вспомогательных механизмов, к которым приложена большая нагрузка, ремень В огибает по существу плоской рабочей поверхностью b1, и тонкий внутренний слой 81 каучука, расположенный поблизости от кордов, деформируется по существу равномерно. Таким образом, потери, возникающие при изгибе, трении или деформации сдвига, не являются очень высокими. Так как внешний слой 82 каучука не вызывает заклинивания, количество выделяющегося тепла не увеличивается, и на обладающий адгезионными свойствами слой 80 каучука, окружающий корд 9, не воздействует существенная нагрузка, в отличие от поликлинового ремня. При воздействии сильного удара рабочая поверхность b1 может подходящим образом проскользнуть. Как следствие, можно значительным образом повысить долговечность ремня В для передачи мощности.

При эффективности передачи и долговечности, повышенных настолько, что они сравнимы с имеющими место в системе, в которой используется плоский ремень, систему А ременной передачи, предлагаемую представленным вариантом реализации настоящего изобретения, можно подходящим образом применять в системах, где существуют относительно высокие натяжение ремня и нагрузка на ремень. Даже при приложении существенной нагрузки можно уменьшить ширину ремня, соответствующего представленному варианту реализации настоящего изобретения, по сравнению с поликлиновым ремнем, что позволяет уменьшить габариты системы и в значительной степени способствовать уменьшению стоимости системы, включающей шкивы. Как описано для представленного варианта реализации настоящего изобретения, использование натяжного шкива 5 и промежуточного шкива 6 в качестве ограничительных шкивов, которые препятствуют змеевидному движению ремня В, позволяет выгодным образом уменьшить габариты системы.

Шкив 1 коленчатого вала и шкивы 2-4 вспомогательных механизмов, которые участвуют в передаче мощности и от которых требуется механическая прочность, являются плоскими шкивами. Поэтому, в отличие от клиновых шкивов, нет необходимости обрабатывать плоские шкивы с высокой точностью. Например, плоские шкивы могут быть изготовлены из листового металла, что приведет к дополнительному снижению стоимости. Нет необходимости обрабатывать с высокой точностью натяжной шкив 5 и промежуточный шкив 6, являющиеся клиновыми шкивами, а также нет необходимости в наличии у них высокой прочности, так как они не участвуют в передаче мощности. Таким образом, натяжной шкив 5 и промежуточный шкив 6 могут изготавливаться с низкими затратами, например, путем литья полимера под давлением.

В представленном варианте реализации настоящего изобретения ограничительный шкив 5, 6 прижат к внешней поверхности ремня В для передачи мощности, на которой выполнено множество выступов 82а. Это может ограничить поперечное перемещение ремня В для передачи мощности, что позволяет устойчивым и надежным образом предотвратить змеевидное движение и смещение ремня. Возможное попадание на ремень или шкив дождевой воды, пыли и т.п. не оказывает на них значительного влияния. Так как множество выступов 82а взаимодействуют с соответствующими кольцевыми канавками 5а шкива 5, 6, нагрузка не концентрируется в определенной части ремня В.

Так как выступы 82а входят во взаимодействие с кольцевыми канавками 5а, часть внешнего слоя 82 каучука в ремне В для передачи мощности, который огибает ограничительный шкив 5, 6, может вызвать заклинивание. Однако в связи с тем, что на эти шкивы 5 и 6 практически не воздействует вращательная нагрузка, в ремне не возникает значительная деформация сдвига. Даже если возникает заклинивание, его неблагоприятное влияние невелико. Кроме того, в представленном варианте реализации настоящего изобретения торцевые поверхности выступов 82а приводятся в контакт с дном кольцевых канавок 5а таким образом, чтобы заклинивания не возникало. Поэтому заклинивание, по существу, не оказывает неблагоприятного влияния.

Примеры

Ниже будут описаны испытания, проведенные для оценки возможностей системы А ременной передачи, предлагаемой настоящим изобретением. Соответствующий примеру ремень для передачи мощности был тем же, что и ремень, показанный на Фиг.2, и имел длину 1120 мм, ширину 10,7 мм и толщину 3,2 мм (включая выступы). Были созданы три выступа, и они имели высоту 0,9 мм и интервал 3,56 мм. Отношение суммы размеров торцевых поверхностей выступов в поперечном направлении к поперечному размеру ремня составляло приблизительно 70%.

Корды были изготовлены из полиэстерового волокна. Каждый из кордов имел диаметр 1,0 мм и был получен путем окончательного скручивания трех нитей, каждая из которых была изготовлена путем первоначального скручивания двух пучков пряжи плотностью 1100 дтекс. Корды были размещены в поперечном направлении ремня с интервалом 1,15 мм.

Обычный поликлиновой ремень, используемый в качестве ремня, соответствующего сравнительному примеру, имел длину 1150 мм, ширину 10,7 мм и толщину 4,3 мм (включая ребра). Было создано три ребра, и они имели высоту 2,0 мм и интервал 3,56 мм. Отношение суммы размеров торцевых поверхностей ребер в поперечном направлении к поперечному размеру ремня составляло приблизительно 40%. Корды, как и в упомянутом примере, были изготовлены из полиэстерового волокна. Каждый из кордов имел диаметр 1,0 мм и был получен путем окончательного скручивания трех нитей, каждая из которых была изготовлена путем первоначального скручивания двух пучков пряжи плотностью 1100 дтекс. Корды были размещены в поперечном направлении ремня с интервалом 1,15 мм.

В Таблице 1 приведены характеристики ремней из примера и сравнительного примера, а также характеристики шкивов, использованных для описанных ниже испытаний. В Таблице 2 приведен химический состав слоев каучука в ремнях.

Испытание для оценки передающей способности и т.д.

В соответствии с обычной методикой испытаний были проверены передающая способность, эффективность передачи и выделение тепла для ремней, соответствующих примеру и сравнительному примеру. На Фиг.4 показано размещение шкивов в устройстве для испытания ремней. Были использованы ведущий шкив 41 и ведомый шкив 42 с диаметром 68 мм, а также неподвижный промежуточный шкив 43 с диаметром 70 мм. Ремень В был направлен между ведущим шкивом 41 и ведомым шкивом 42, а неподвижный промежуточный шкив 43 был прижат к внешней поверхности того из прямолинейных участков ремня между шкивами 41 и 42, который был слабее натянут. Ведомый шкив 42 имел подвижную ось вращения, и при помощи него на ремень можно было воздействовать весом груза DW.

В примере ведущий шкив 41 и ведомый шкив 42, которые огибала, по существу, плоская внутренняя поверхность ремня В, были плоскими шкивами, а промежуточный шкив 43, который огибала внешняя поверхность ремня, снабженная выступами, был ограничительным шкивом (в этом случае в качестве ограничительного шкива использовался обычный клиновой шкив). В противоположность этому, ведущий шкив 41 и ведомый шкив 42, которые огибал поликлиновой ремень из сравнительного примера, были клиновыми шкивами, а промежуточный шкив 43 был плоским шкивом. То же применялось и в других испытаниях.

На ведомый шкив 42 воздействовали грузами DW двух типов (588 Н ≈ 60 кгс, 883 Н ≈ 90 кгс) в направлении увеличения натяжения ремня (вправо на Фиг.4) в условиях атмосферы с нормальной температурой, и ведущий шкив 41 приводили во вращение со скоростью 3600 об/мин, чтобы измерить изменение коэффициента проскальзывания с увеличением вращательной нагрузки ведомого шкива 42. Передающая способность ремня В выражалась в виде взаимосвязи между осевой нагрузкой и крутящим моментом нагрузки при полученном коэффициенте проскальзывания ремня.

Если говорить конкретно, как показано на графике, приведенном на Фиг.5, чем выше был крутящий момент нагрузки, когда коэффициент проскальзывания достиг приемлемого предела (обычно 2%), тем выше была передающая способность ремня. В изображенном примере, когда коэффициент проскальзывания был 2%, ремень из примера продемонстрировал крутящий момент 19 Нм (груз DW: 588 Н, график в виде сплошной линии с символом о), и крутящий момент 27 Нм (груз DW: 883 Н, график в виде пунктирной линии с символом о). Ремень из сравнительного примера продемонстрировал крутящий момент 11 Нм (груз DW: 588 Н, график в виде сплошной линии с символом Δ), и крутящий момент 12 Нм (груз DW: 883 Н, график в виде пунктирной линии с символом Δ). Система ременной передачи, предлагаемая настоящим изобретением, продемонстрировала передающую способность, в два раза превышающую передающую способность системы, в которой используется поликлиновой ремень, при том что система ременной передачи, предлагаемая настоящим изобретением, не вызывала заклинивание.

Предположительно это связано с тем, что рабочая поверхность ремня и корды в ремне расположены близко друг к другу, и, благодаря упругому проскальзыванию, уменьшается коэффициент проскальзывания, что приводит к проскальзыванию с прилипанием только при высоком крутящем моменте. Известно, что деформация сдвига в слое каучука влияет на передающую способность ремня. Однако не было известно, что деформация сдвига оказывает столь значительное неблагоприятное влияние. Это можно считать эпохальным открытием.

В общем случае в ребристый слой каучука поликлинового ремня добавляют короткое волокно, чтобы снизить коэффициент трения поверхности ремня, что позволяет предотвратить возникновение шума, вызванного вхождением ремня на клиновой шкив и схождением с него. То же справедливо и для ремня из сравнительного примера. В ремне из Примера короткое волокно не добавлялось во внутренний слой каучука, образующий рабочую поверхность, и коэффициент трения был выше, чем в Сравнительном примере. Результаты испытаний предположительно вытекали из разницы в коэффициенте трения.

В ходе описанного выше испытания, чтобы вычислить эффективность передачи, соответствующую крутящему моменту нагрузки, измерялись число оборотов и крутящий момент ведущего шкива 41 и ведомого шкива 42. Результаты показаны на графике, приведенном на Фиг.6. Если рассматривать график на Фиг.6 совместно с графиком на Фиг.5, ремень из сравнительного примера имел максимальную эффективность 95-96% в диапазоне практического применения (диапазоне, где коэффициент проскальзывания составляет 2% или менее), в то время как ремень из Примера имел максимальную эффективность 97-98%. Это указывает на то, что эффективность системы ременной передачи, предлагаемой настоящим изобретением, выше на целых 2%, чем у системы, в которой используется поликлиновой ремень и которая, в общем, считается высокоэффективной. Предположительно это связано с тем, что были снижены все потери, вызванные изгибом, трением между ремнем и шкивом и деформацией сдвига в ребристом слое каучука.

Описанное выше устройство для испытания ремней в работе использовалось для проверки выделения тепла в ремне. Если говорить конкретно, первоначальная температура ремня была задана равной 30°С, и ремню дали поработать для приработки в течение 30 минут под грузом DW 588 Н и без нагрузки. После чего температура ремня из Примера повысилась до 47°С, а температура ремня из сравнительного примера повысилась до 43°С. Затем измерялась передающая способность при воздействии грузов DW 588 Н и 883 Н до тех пор, пока коэффициент проскальзывания не достиг 5%. Температура ремня из Примера повысилась до 73°С, а температура ремня из Сравнительного примера повысилась до 94°С.

Если говорить конкретно, несмотря на то, что к ремню из примера, имеющему более высокую передающую способность, была приложена большая вращательная нагрузка, его температура возросла меньше, чем температура ремня из сравнительного примера, разница составила целых 21°С. Это указывает на то, что выделение тепла достаточным образом снизилось за счет уменьшения потерь, вызываемых изгибом, трением и деформацией сдвига. По-видимому, это оказывает существенное влияние на долговечность ремня.

Испытание на долговечность

Затем было проведено испытание на длительность тепловой стойкости, стойкости к изгибу и стойкости к высокому натяжению. На Фиг.7 показано размещение шкивов для испытания на длительность тепловой стойкости. В этом испытании применялись ведущий шкив 51 и ведомый шкив 52 с диаметром 120 мм, неподвижный промежуточный шкив 53 с диаметром 70 мм и подвижный промежуточный шкив 54 с диаметром 55 мм, имеющий подвижную ось вращения. Ремень был направлен между ведущим шкивом 51 и ведомым шкивом 52. На одном из прямолинейных участков ремня между шкивами 51 и 52 с огибанием его ремнем был установлен неподвижный промежуточный шкив 53, а на другом прямолинейном участке с огибанием его ремнем был установлен подвижный промежуточный шкив 54. Ремень В огибал промежуточные шкивы 53 и 54 с образованием угла огибания 90 градусов.

В атмосфере с температурой 85±3°С ведущий шкив 51 был приведен во вращение со скоростью 4900 об/мин для приведения во вращение ведомого шкива 52 с мощностью 11,768 кВт (≈ 16 лошадиных сил), и к подвижному промежуточному шкиву 54 была приложена нагрузка DW (559 Н ≈ 57 кгс) в направлении увеличения натяжения ремня (вверх на Фиг.7). В этом состоянии измерялся ресурс каждого ремня. Как результат, в поликлиновом ремне из Сравнительного примера трещина на поверхности с V-образными ребрами возникла спустя 554 часа, в то время как в ремне из примера никаких трещин не возникало даже после 2000 часов.

На Фиг.8 показано размещение шкивов в устройстве для испытаний на многоосный изгиб, использованном для оценки выносливости ремня. Устройство для испытаний включает ведущий шкив 61 и ведомый шкив 62 с диаметром 60 мм, установленные на удалении друг от друга в вертикальном направлении (верхний - ведомый шкив, а нижний - ведущий шкив), пару промежуточных шкивов 63 и 64 с диаметром 50 мм, установленных, по существу, в середине между шкивами 61 и 62 и в вертикальном направлении, и промежуточный шкив 65 с диаметром 60 мм, установленный справа от шкивов 63 и 64 на расстоянии от них.

Ремень В был установлен огибающим ведущий шкив 61, ведомый шкив 62 и промежуточный шкив 65 таким образом, чтобы с этими шкивами контактировала его внутренняя поверхность, и огибающим промежуточные шкивы 63 и 64 таким образом, чтобы с этими шкивами контактировала его внешняя поверхность с образованием угла огибания 90°. В то время как верхний ведомый шкив 62 тянули вверх за счет воздействия груза DW 392 Н (≈ 40 кгс) в атмосфере с нормальной температурой, нижний ведущий шкив 61 приводили во вращение со скоростью 5100 об/мин. В поликлиновом ремне из Сравнительного примера на поверхности с V-образными ребрами трещина возникла спустя 2250 часов. В ремне из примера никаких трещин не возникало даже после 5000 часов.

Хотя это и не показано, нагрузка DW, приложенная к подвижному промежуточному шкиву в тех же условиях, что и при испытании на длительность тепловой стойкости, была задана равной 981 Н (≈ 100 кгс), и измерялся ресурс каждого ремня в условиях высокого натяжения. В поликлиновом ремне из сравнительного примера спустя 23,5 часа произошло отделение кордов. Ремень из примера не разрушился даже после 500 часов.

Таким образом, ремень из примера продемонстрировал длительность тепловой стойкости, которая более чем в три раза превысила длительность тепловой стойкости ремня из сравнительного примера, длительность стойкости к изгибу, которая более чем в два раза превысила длительность стойкости к изгибу ремня из сравнительного примера, и длительность стойкости к высокому натяжению, которая более чем в двадцать раз превысила длительность стойкости к высокому натяжению ремня из Сравнительного примера. Это указывает на то, что существует меньшая вероятность отделения кордов от слоя каучука из-за деформации и/или выделения тепла в ремне даже при увеличении натяжения или нагрузки на единицу ширины ремня. Поэтому, как описано выше, ремень можно сделать более узким по сравнению с поликлиновым ремнем.

Другие варианты реализации изобретения

Конструкции системы А ременной передачи и ремня В для передачи мощности не ограничиваются теми, которые соответствуют описанному выше варианту реализации настоящего изобретения, и могут включать другие элементы, кроме описанных. Если говорить конкретно, в описанном выше варианте реализации настоящего изобретения в качестве ограничительных шкивов, предназначенных для ограничения змеевидного движения ремня В, используются натяжной шкив 5 и промежуточный шкив 6 без вращательной нагрузки. Однако в качестве ограничительного шкива можно использовать ведомый шкив, к которому приложена относительно небольшая нагрузка, например шкив водяного насоса.

В описанном выше варианте реализации настоящего изобретения торцевые поверхности выступов 82а, созданных на внешнем слое 82 каучука в ремне В для передачи мощности, выполнены плоскими, чтобы они контактировали с дном кольцевых канавок 5а шкива 5, а площадь этих торцевых поверхностей составляет половину или более от всей площади ремня В. Однако торцевые поверхности могут и не быть плоскими, и заданное отношение площадей является всего лишь одним из предпочтительных примеров.

В дополнение или вместо приведения торцевых поверхностей выступов 82а в контакт с дном кольцевых канавок 5а шкива 5, в контакт с дном углубления между соседними выступами 82а, помимо кольцевых канавок 5а, можно привести внешнюю окружную область ограничительного шкива 5, 6.

Материал ремня В, указанный в описанном выше варианте реализации настоящего изобретения, является всего лишь примером, и настоящее изобретение им не ограничивается. Вместо создания обладающего адгезионными свойствами слоя 80 каучука, ремень В может содержать корды 9, введенные во внутренний слой 81 каучука или внешний слой 82 каучука. Когда корды изготовлены из арамидного волокна, у ремня В уменьшаются проскальзывание и выделение тепла, что позволяет расширить преимущества настоящего изобретения.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Как описано выше, система ременной передачи, предлагаемая настоящим изобретением, может повысить эффективность передачи и долговечность ремня настолько, что они будут сравнимы с имеющими место в системе, в которой используется плоский ремень, а также может сохранить устойчивый режим работы ремня даже при попадании на ремень или шкив дождевой воды и т.п. Поэтому система ременной передачи, предлагаемая настоящим изобретением, особенно подходит для привода вспомогательных механизмов двигателя автомобиля.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

А - Система ременной передачи

1 - Шкив коленчатого вала (ведущий шкив)

2-4 Шкив вспомогательного механизма (ведомый шкив)

5 - Натяжной шкив (ограничительный шкив)

5а - Кольцевая канавка

6 - Промежуточный шкив (ограничительный шкив)

В - Ремень для передачи мощности

b1 - Рабочая поверхность

82а - Выступ

9 - Корд

Реферат

Изобретение относится к фрикционной передаче при помощи ремня. Система ременной передачи содержит бесконечный ремень, огибающий ведущий шкив (1) и по меньшей мере один ведомый шкив (2-4), которые являются плоскими шкивами. Передачу мощности между шкивами осуществляют по существу через плоскую рабочую поверхность ремня. На внешней поверхности ремня выполнено множество выступов, проходящих в продольном направлении ремня, которые взаимодействуют с кольцевыми канавками ограничительного шкива (5, 6), что позволяет ограничить перемещение ремня для передачи мощности в поперечном направлении ремня. Это позволяет сохранить устойчивый режим работы ремня, повысить эффективность передачи и долговечность ремня. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.

Формула