Приводной ремень - RU2286492C2
Код документа: RU2286492C2
Чертежи
Описание
Область техники
Настоящее изобретение касается приводного ремня, который используется для передачи вращательной силы в трансмиссии скутера и тому подобного.
Уровень техники
Обычно проводной клиновой ремень в трансмиссии скутера используется при высоких температурах и подвергается высоким давлениям в поперечном направлении в процессе работы. Поэтому клиновой ремень выполнен из хлоропренового каучука, который имеет относительно высокую жаростойкость, и рубленых параарамидных волокон, которые перемешены в клиновом ремне и сориентированы в поперечном направлении клинового ремня так, чтобы улучшить прочность ремня относительно бокового давления. Благодаря этому долговечность приводного клинового ремня была улучшена до определенной степени. Тем не менее, если приложено более высокое давление в поперечном направлении клинового ремня, долговечность еще не достаточна.
Поэтому было предложено, что рубленые арамидные волокна, которые перемешиваются в ремне, должны быть длиннее так, чтобы улучшить свойство ориентации и дополнительно улучшить долговечность клинового ремня. Тем не менее, модуль рубленого арамидного волокна высокий, и дисперсионное свойство относительно резиновой смеси плохое, так что трудно формовать приводной ремень из резиновой смеси, которая имеет более длинные рубленые арамидные волокна, перемешанные в ней. Поэтому невозможно получить приводной ремень, имеющий высокую долговечность посредством использования резиновой смеси, в которой перемешаны более длинные рубленые арамидные волокна.
Описание изобретения
Принимая во внимание вышеизложенное, задачей настоящего изобретения является обеспечить приводной ремень, который имеет высокую долговечность.
Согласно настоящему изобретению приводной ремень имеет тело ремня, которое сформовано из резиновой смеси, рубленых арамидных волокон, которые перемешаны в теле ремня и сориентированы в заданном направлении тела ремня, и рубленых полиэфирных волокон, которые перемешаны в теле ремня и сориентированы в заданном направлении. В этом ремне рубленые полиэфирные волокна длиннее, чем рубленые арамидные волокна.
Предпочтительно рубленые арамидные волокна и рубленые полиэфирные волокна сориентированы в поперечном направлении (в направлении ширины) тела ремня.
Предпочтительно 5-30 частей от общего веса рубленых арамидных волокон и рубленых полиэфирных волокон перемешаны в резиновой смеси относительно 100 частей каучукового компонента в резиновой смеси.
Предпочтительно длина рубленых арамидных волокон менее 3 мм, и длина рубленых полиэфирных волокон менее 5 мм.
Каучуковый компонент является одним из этиленпропиленового сополимера, тройного сополимера этилена, пропилена и диена, нитрилбутадиенового каучука, гидрированного нитрилбутадиенового каучука, хлоропренового каучука и так далее.
Предпочтительно рубленые полиэфирные волокна подвергаются обработке, включающей покрытие резорцино-формалино-латексом. Дополнительно рубленое полиэфирное волокно является рубленым PET (полиэтилентерефталатовым) волокном. Рубленое полиэтиленизофталатовое волокно, рубленое полибутилентерефталатовое волокно, рубленое волокно, полученное из полимера с раскрытием цикла из β-пропионлактона, или рубленое волокно из полимера, полученного полимеризацией диметиломтерефталата и 1,4-циклогександиметанола, может использоваться в качестве рубленого полиэфирного волокна.
Предпочтительно рубленое арамидное волокно является одним из рубленого параарамидного волокна и рубленого мета-арамидного волокна.
Предпочтительно приводной ремень является клиновым ремнем, в особенности зубчатым клиновым ремнем.
Согласно настоящему изобретению приводной ремень имеет тело ремня, которое получено и сформовано из резиновой смеси, в которой перемешаны рубленые арамидные волокна и рубленые полиэфирные волокна. В этом ремне рубленые полиэфирные волокна длиннее, чем рубленые арамидные волокна, и рубленые полиэфирные волокна сориентированы в заданном направлении тела ремня.
Краткое описание чертежей
Задачи и преимущества настоящего изобретения будут лучше поняты из следующего описания со ссылкой на сопроводительные чертежи, в которых:
фиг.1 - вид в разрезе клинового ремня в варианте осуществления изобретения;
фиг.2 - частичный вид сбоку клинового ремня, показанного на фиг.1;
фиг.3 - график результатов испытания на предел прочности при растяжении;
фиг.4 - график результатов испытания на предел прочности при растяжении;
фиг.5 - график результатов испытания на сжимающее давление;
фиг.6 - диаграмма результатов измерения коэффициента трения;
фиг.7 - схема прибора для измерения коэффициента трения;
фиг.8 - схема прибора для испытания на долговечность;
фиг.9 - диаграмма результатов испытания на долговечность;
фиг.10 - график изменений жесткости и натяжения обычного клинового ремня в испытании на долговечность;
фиг.11 - график изменений жесткости и натяжения клинового ремня согласно настоящему изобретению в испытании на долговечность; и
фиг.12 - диаграмма результатов испытания на жаростойкость.
Наилучший вариант осуществления изобретения
Настоящее изобретение будет описано ниже со ссылкой на вариант осуществления, показанный на чертежах.
Фиг.1 является видом в разрезе клинового ремня 10 в варианте осуществления. Фиг.2 является частичным видом сбоку клинового ремня 10, показанного на фиг.1. Тело клинового ремня 10 сформовано из резиновой смеси. Резиновая смесь состоит из EPDM (тройного сополимера этилена, пропилена и диена), который является каучуковым компонентом, и других дополнительных веществ. Клиновой ремень 10 имеет верхний резиновый слой 11, который выполнен на верхней стороне, нижний резиновый слой 12, который выполнен на нижней стороне. Корд 14, тянущийся в продольном направлении ремня 10, вставлен между верхним резиновым слоем 11 и нижним резиновым слоем 12. Адгезивные резиновые слои 13 размещены в близком контакте с верхней и нижней поверхностями корда 14. Верхняя поверхность верхнего резинового слоя 11 покрыта внешним защитным материалом 16. Нижний резиновый слой 12 снабжен зубцами 15, выполненными в форме волны в продольном направлении. Нижняя поверхность нижнего резинового слоя 12 покрыта зубчатым материалом 18. Верхний резиновый слой 11 и нижний резиновый слой 12 снабжены рублеными волокнами 20, сориентированными в поперечном направлении. Рубленые волокна 20 являются рублеными арамидными волокнами и рублеными полиэфирными волокнами. Рубленые полиэфирные волокна длиннее, чем рубленые арамидные волокна.
Верхний резиновый слой 11 и нижний резиновый слой 12 клинового ремня 10 получены и сформованы из листа резиновой смеси вулканизацией. Лист резиновой смеси имеет рубленые волокна, которые перемешаны и сориентированы в заданном направлении заранее. Лист резиновой смеси производится перемешиванием резиновой смеси, которая имеет перемешанные рубленые волокна, и затем прокаткой резиновой смеси роликом или каландром. В это время рубленые волокна 20 ориентируются в направлении прокатки.
Чем длиннее рубленые волокна 20, тем хуже дисперсионное свойство относительно резиновой смеси, и, следовательно, хуже технологичность. Поэтому предпочтительно длина рубленых арамидных волокон составляет от приблизительно 1 до 3 мм.
Тем не менее, если в листе резиновой смеси перемешиваются только рубленые арамидные волокна с длиной приблизительно от 1 до 3 мм, рубленые волокна такие короткие, что не все из них могут сориентироваться в направлении прокатки в течение прокатки.
С другой стороны, так как модуль рубленого полиэфирного волокна ниже, чем модуль рубленого арамидного волокна, то если перемешаны более длинные рубленые полиэфирные волокна, дисперсионные свойства не становятся хуже. И дополнительно, чем длиннее рубленые волокна, которые перемешиваются, тем больше часть рубленых волокон, сориентированных в направлении прокатки. Поэтому может быть получен клиновой ремень, имеющий почти все рубленые полиэфирные волокна, сориентированные в заданном направлении, если используются более длинные рубленые полиэфирные волокна. Тем не менее, прочность рубленого полиэфирного волокна ниже, чем прочность рубленого арамидного волокна, так что долговечность не очень улучшается, если перемешиваются только рубленые полиэфирные волокна.
Поэтому в этом варианте изобретения в резиновой смеси перемешиваются рубленые арамидные волокна и рубленые полиэфирные волокна, которые длиннее, чем рубленые арамидные волокна. В этом случае почти все рубленые полиэфирные волокна ориентируются в направлении прокатки, ориентируя почти все рубленые арамидные волокна в направлении прокатки. Благодаря этому, часть рубленых волокон, сориентированных в направлении прокатки, больше, чем когда перемешиваются только рубленые арамидные волокна.
Длина рубленого арамидного волокна должна быть меньше, чем примерно 3 мм, предпочтительно примерно 1-3 мм и более предпочтительно примерно 1 мм. Длины рубленого полиэфирного волокна должны быть меньше, чем примерно 5 мм, предпочтительно примерно 1-5 мм и более предпочтительно примерно 3 мм.
В этом варианте осуществления резиновая смесь снабжена 5-30 частями от общего веса рубленых волокон 20 (рубленые арамидные волокна и рубленые полиэфирные волокна) относительно 100 весовых частей EPDM как каучукового компонента. Точнее говоря, в этом случае резиновая смесь должна быть снабжена 5-15 весовыми частями рубленых арамидных волокон, более предпочтительно примерно 10 весовыми частями и примерно 5-15 весовыми частями рубленых полиэфирных волокон, более предпочтительно примерно 10 весовыми частями, относительно 100 весовых частей EPDM как каучукового компонента.
Также возможно использовать этиленпропиленовый сополимер (EPM), нитрилбутадиеновый каучук (NBR), гидрированный бутадиеновый каучук (H-NBR), хлоропреновый каучук (CR) или другой каучук как каучуковый компонент вместо тройного сополимера этилена, пропилена и диена (EPDM).
Рубленые мета-арамидные волокна, которые менее дорогие, чем рубленые параарамидные волокна, являются предпочтительными. Но когда требуется приводной ремень с более высокой долговечностью, рубленые параарамидные волокна, имеющие более высокую прочность, чем рубленые мета-арамидные волокна, являются предпочтительными.
Рубленое полиэфирное волокно предпочтительно является рубленым PET (полиэтилентерефталатовым) волокном, но оно также может быть рубленым полиэтиленизофталатовым волокном, рубленым полибутилентерефталатовым волокном, рубленым волокном, полученным из полимера с раскрытием цикла из β-пропионлактона, рубленым волокном из полимера, полученного полимеризацией диметилтерефталата и 1,4-циклогександиметанола, или другим рубленым волокном.
Рубленые полиэфирные волокна подвергаются обработке, включающей покрытие резорцино-формалино-латексом (RFL). Например, рубленые полиэфирные волокна выполняются погружением длинных волокон в раствор RFL, высушиванием их и затем нарезанием их на заданные длины.
Примеры
Образцы резины и резины для сравнения
Настоящее изобретение будет объяснено со ссылкой на образцы согласно изобретению, так же, как на сравнительные образцы. Обращаем внимание, что настоящее изобретение не ограничено каким-либо образом этими образцами.
Следующая таблица 1 показывает сочетание рубленых волокон образцов A-H и сравнительных образцов 1 и 2.
Резина образца А состоит из 60 весовых частей сажи, 14.7 весовых частей органической металлической соли, 1 весовой части антиокислительного вещества, 0.3 весовой части замедлителя подвулканизации, 8.7 весовых частей парафинового масла, 5 весовых частей вулканизирующего вещества, 10 весовых частей рубленых мета-арамидных волокон, имеющих длину 1 мм и диаметр 14.32 мкм (торговое наименование ″Conex″, выполненное Teijin), и 10 частей веса рубленых PET волокон, имеющих длину 3 мм и диаметр 23.8 мкм, смешанных в 100 весовых частях EPDM (торговое наименование ″Keltan 2340A″, выполненное DSM), имеющих вязкость по Муни 25 при 100°С.
Резина образцов B-E имеет такой же состав, как состав резины образца A, за исключением весовых частей рубленых арамидных волокон и рубленых полиэфирных волокон относительно 100 частей каучукового компонента. Резина образца B имеет 5 весовых частей рубленых арамидных волокон и 15 весовых частей рубленых полиэфирных волокон относительно 100 частей каучукового компонента. Резина образца C имеет 15 весовых частей рубленых арамидных волокон и 5 весовых частей рубленых полиэфирных волокон относительно 100 частей каучукового компонента. То есть объединенные весовые части рубленых волокон образцов B и C являются такими же, как в образце A.
Резина образца D имеет 5 весовых частей рубленых арамидных волокон и 5 весовых частей рубленых полиэфирных волокон относительно 100 частей каучукового компонента. Резина образца E имеет 15 весовых частей рубленых арамидных волокон и 15 весовых частей рубленых полиэфирных волокон относительно 100 частей каучукового компонента. То есть объединенные весовые части рубленых волокон образцов D и E отличаются от частей в образце A.
Резина образцов F-H имеет такой же состав, как состав резины образца A, за исключением длин рубленых арамидных волокон и рубленых полиэфирных волокон. Резина образца F имеет рубленые арамидные волокна с длиной 2 мм и рубленые полиэфирные волокна с длиной 3 мм.
Резина образца G имеет рубленые арамидные волокна с длиной 2 мм и рубленые полиэфирные волокна с длиной 5 мм. Резина образца H имеет рубленые арамидные волокна с длиной 3 мм и рубленые полиэфирные волокна с длиной 5 мм. Каждая весовая часть рубленых арамидных волокон и рубленых полиэфирных волокон образцов F-H является такой же, как часть в образце A.
Резина сравнительных образцов 1 и 2 имеет тот же состав, что и состав резины образца A, за исключением того, что длина рубленых арамидных волокон такая же, как длина рубленых полиэфирных волокон. Резина сравнительного образца 1 имеет рубленые арамидные волокна с длиной 1 мм и рубленые полиэфирные волокна с длиной 1 мм. Резина сравнительного образца 2 имеет рубленые арамидные волокна с длиной 3 мм и рубленые полиэфирные волокна с длиной 3 мм.
Резины образцов A-H и сравнительных образцов 1 и 2 оценивались посредством использования первого испытания на сжимающее давление. Коэффициент сжатия (%) был измерен при приложении нагрузки. Результаты испытания показаны в таблицах 2-4. Образцами для испытаний были цилиндрические образцы резины, имеющие длины 12.5 мм и диаметры 29.0 мм. Направление сжатия было таким же, как направление ориентации рубленых волокон.
Как показано в таблицах 2-4, результаты образцов A-H были такими же результатами, как для сравнительных образцов 1 и 2 в первом испытании на сжимающее давление.
Резины образцов A, C и E и сравнительных образцов 1 и 2 были оценены посредством использования испытания на прочность при растяжении. Коэффициент удлинения (%) измерялся, когда прикладывалось растягивающее усилие (МПа). Результаты испытания показаны на фиг.3. Образы для испытаний были получены вырубкой резиновых образцов с использованием гантелей типа номер 5 по JIS K251. Направление растяжения было таким же, как направление ориентации рубленых волокон.
Как оказано на фиг.3, коэффициент удлинения образцов A, C и E был меньше, чем коэффициент удлинения сравнительных образцов 1 и 2, то есть прочность при растяжении в образцах A, C и E была лучше сравнительных образцов 1 и 2, потому что ориентация рубленых волокон улучшилась, когда рубленые полиэфирные волокна, будучи длиннее, чем рубленые арамидные волокна, смешивались в резиновой смеси.
Резины образцов F и Н и сравнительных образцов 1 и 2 были оценены посредством использования испытания на прочность при растяжении. Результаты испытаний показаны на фиг.4. Как показано на фиг.4, прочность при растяжении в образцах F и H была лучше, чем прочность сравнительных образцов 1 и 2, и была подобна результатам образцов A, С и E.
Как описано выше, прочность резиновой смеси была улучшена смешиванием рубленых арамидных волокон и рубленых полиэфирных волокон, которые длиннее, чем рубленые арамидные волокна, в резиновой смеси.
Резина образца и обычная резина
Далее будут объяснены результаты испытаний для образца A и обычного образца. Резина обычного образца обычно используется для клинового ремня скутера. Резина обычного образца была составлена из 56 весовых частей сажи, 3.4 весовых частей оксида магния, 4 весовых частей антиокислительного вещества, 7 весовых частей вулканизирующего вещества, 12.6 весовых частей рубленых параарамидных волокон (торговое наименование ″ Kevlar″, выполненных в Du Pont), и 8.4 весовых частей рубленого параарамидного волокна, имеющего длину 1 мм и диаметр 12.35 мкм (торговое наименование ″Technora″, выполненного Teijin), смешанных со 100 весовыми частями хлоропренового каучука.
Резины образца A и обычного образца были оценены посредством использования второго испытания на сжимающее давление. Коэффициент сжатия (%) был измерен при приложении давления. Результаты испытания показаны на фиг.5. Образцы для испытания являлись цилиндрическими образцами резины, имеющими длины 25.4 мм и диаметры 17.8 мм. Направление сжатия было таким же, как направление ориентирования рубленых волокон.
Как показано на фиг.5, коэффициенты сжатия резины образца A и обычного образца увеличивались пропорционально давлениям до тех пор, пока давления не достигли заданных значений. Когда давление превысило заданные значения, образцы для испытаний выгнулись, и коэффициенты сжатия быстро увеличились. Это было вызвано сгибанием перемешанного рубленого волокна, когда давления достигли точек изгиба Х1 и Х2.
Увеличение коэффициента сжатия резины портит резину. То есть, чем выше давление, требуемое для достижения точек изгиба Х1 и Х2, тем выше прочность резины. Как показано этим испытанием, волокна резины образца A имеют более высокую прочность, чем волокна обычного образца.
Дополнительно были измерены коэффициенты трения клиновых ремней, которые сформованы из резиновых смесей образца A и обычного образца. Результат показан на фиг.6. Рубленые волокна были сориентированы в поперечном направлении. Коэффициент трения был измерен прибором 30 для измерения коэффициента трения, таким как тот, что показан на фиг.7. Шкив 31 имел диаметр 80 мм, контактный угол (α) между шкивом 31 и клиновым ремнем 33 был 90 градусов (π/2). Натяжение (Т1) в горизонтальном направлении было измерено измерительным устройством 32, когда скорость шкива 31 была 42 об/мин и натяжение (Т2) в вертикальном направлении, действующее на клиновой ремень 33 было 17.2 Н. Коэффициент трения (μ) клинового ремня 33 был вычислен подстановкой натяжения (Т1) в формулу (1).
Как показано на фиг.6, коэффициент трения (μ) был 0.68 для обычного клинового ремня и 1.22 для клинового ремня образца A. Эмпирически было найдено, что подходящий коэффициент трения в трансмиссии скутера равен примерно 1.2. Клиновой ремень образца A, можно сказать, имеет более подходящий коэффициент трения, чем обычный клиновой ремень. То есть клиновой ремень образца А был улучшен в отношении выполнения передачи энергии по сравнению с обычным клиновым ремнем.
Испытание на долговечность было выполнено с использованием прибора 40 для испытания на долговечность, показанного на фиг.8. Клиновой ремень 43 был сформован в бесконечную форму, имеющую длину шага в зоне, где был вставлен корд, 760 мм, ширина верхней поверхности клинового ремня 18 мм, высота от задней поверхности до верхушек зубцов 9 мм. Клиновой ремень 43 был повешен на ведущий шкив 42 и ведомый шкив 41. Начальное растягивающее усилие было 500 Н. Ведущий шкив 42 вращался со скоростью 5000 об/мин под нагрузкой 10 Нм в атмосфере 100°С. Ведущий шкив 42 и ведомый шкив 41 были шкивами с V-образной канавкой, внешним диаметром 100 мм и углом V-образной канавки 30 градусов.
На фиг.9 показаны результаты испытания на долговечность. Срок службы ограничивался временем до тех пор, пока клиновой ремень 43 не мог больше двигаться. Для обычного образца нижний резиновый слой разорвался, и клиновой ремень не смог двигаться после примерно 320 часов. С другой стороны, для образца A клиновой ремень разорвался и не смог двигаться после примерно 680 часов. То есть это испытание на долговечность показало, что клиновой ремень образца A имел лучшую долговечность по сравнению с обычным клиновым ремнем.
Фиг.10 и 11 показывают изменения жесткости и установочного натяжения клинового ремня образца A и обычного клинового ремня в течение испытания на долговечность. Для обоих клиновых ремней образца A и обычного жесткость повышается, и натяжение падает в соответствии со временем работы. Дополнительно натяжение клинового ремня образца A быстро восстановилось на 600 часах, благодаря перетяжке клинового ремня.
На фиг.12 показано время до тех пор, пока клиновой ремень не может больше вращаться в испытании на жаростойкость. Испытание на жаростойкость было выполнено в атмосфере 120°С. Клиновой ремень образца A и обычный клиновой ремень были повешены между двумя плоскими шкивами, имеющими одинаковый диаметр шкива (77 мм), и вращались. Скорость шкива была установлена 6000 об/мин, и начальное установочное натяжение 150 Н. В этом испытании клиновые ремни были вывернуты и повешены на шкивы так, что внутренняя резиновая поверхность становится внешней резиновой поверхностью.
Как показано на фиг.12, обычный клиновой ремень рвется по зубцам после примерно 290 часов, в то время как клиновой ремень образца A разорвался по зубцам после примерно 1000 часов. То есть этот тест показывает, что клиновой ремень образца A имеет более высокую жаростойкость, чем жаростойкость обычного клинового ремня, потому что каучуковым компонентом является EPDM.
Хотя варианты осуществления настоящего изобретения были описаны здесь со ссылкой на сопроводительные чертежи, очевидно, что многие модификации и изменения могут быть выполнены специалистами в данной области техники без выхода за рамки изобретения.
Промышленная применимость
Таким образом, приводной ремень настоящего изобретения может использоваться для передачи вращательной силы почти во всех промышленных областях, и особенно он может использоваться для передачи вращательной силы в трансмиссии скутера и тому подобного.
Реферат
Изобретение относится к приводным ремням. Сущность изобретения заключается в том, что приводной ремень 10 сформирован из резиновой смеси, содержащей сориентированные в поперечном направлении тела ремня арамидные и полиэфирные волокна 20. При этом полиэфирные волокна длиннее, чем арамидные волокна. Технический результат заключается в повышении долговечности приводного ремня. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 12 ил., 4 табл.
