клиновидный ремень

Формула изобретения

1. Клиновидный ремень, выполненный из эластомерного материала, содержащий корд, образованный путем косоугольной укладки кордных нитей, отличающийся тем, что приводной ремень выполнен из косоугольно армированного эластомерного материала, причем армирование выполнено в плоскости, параллельной продольной оси ремня и плоскости вращения шкивов.

2. Клиновидный ремень по п.1, отличающийся тем, что угол между направлением укладки и продольной осью ремня составляет 20°.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в клиноременных передачах.

Для обеспечения сцепления со шкивом в клиноременной передаче создается натяжение ремня. Для регулировки натяжения к ремню прикладывается поперечное усилие, создаваемое пружиной /Пат. США № 4634407, F16Н 7/10, опубл. 1987 г.; Пат. США № 4985010, F16Н 7/08, опубл. 1992 г.; Заяв. Японии № 18065, F16Н 13/04, опубл. 1992 г.; Заяв. Франции № 2676790, F16G 1/00, опубл. 1993 г./, гидроцилиндром / Заяв. ЕПВ № 0234732, F16Н 7/08, опубл. 1988 г.; Заяв. Германии № 4035202, F16Н 7/08, F16L 7/08, опубл. 1992 г.; Пат. США № 4985010, F16Н 7/08, опубл. 1992 г./ и т.п.

Недостатком указанных технических решений является необходимость использования специальных натяжных устройств, состоящих из нескольких элементов (гидроцилиндра или пружины, толкателя, ролика или колодки и т.д.).

Известны также конструкции приводных ремней, исключающие необходимость применения натяжных устройств.

В частности, известен клиновидный ремень /А.с. СССР № 1709144, F16G 3/00, F16G 5/22, опубл. 1992 г./, содержащий эластомерную основу, состоящую из слоев сжатия и растяжения, несущий слой и предварительно натянутый на заданную величину слой эластомера.

Недостатком известного устройства является сложность изготовления, связанная с необходимостью предварительного натяжения на заданную величину слоя эластомера ремня.

Известны также конструкции приводных ремней /Заяв. Германии № 4038465, F16Н 7/08, опубл. 1988 г.; Заяв. Японии № 1-56297, F16G 1/08, опубл. 1990 г./, имеющие натяжной элемент в виде скрученного корда, который предварительно подвергают тепловой обработке при начальном растягивающем усилии.

Недостатком данных устройств является сложность изготовления, связанная с необходимостью термомеханической обработки корда.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является клиновидный ремень /Пат. США № 4708702, F16G 5/08, опубл. 1987 г. - прототип/, содержащий несколько групп слоев эластомерного материала, каждая из которых состоит из трех слоев с отрезками армирующих волокон (кордных нитей). В одном слое волокна расположены поперек ремня, обеспечивая стабильность его поперечного размера при продольном растяжении, а два других слоя имеют косоугольное армирование посредством волокон, расположенных в противоположных направлениях под углом к продольной оси ремня, выбираемом в диапазоне 0-45°.

Недостатком прототипа является отсутствие автоматического натяжения ремня, так как в известном устройстве рост передаваемой нагрузки не сопровождается увеличением силы сцепления ремня со шкивом. Это обусловлено тем, что поперечный размер ремня не увеличивается при его растяжении, что обусловлено косоугольным армированием в плоскости, перпендикулярной плоскости шкивов и армирующим действием поперечных волокон, расположенных перпендикулярно к продольной оси ремня. Кроме того, конструкция прототипа отличается сложностью, так как включает несколько групп слоев эластомерного материала с двумя типами укладки армирующих волокон (косоугольным и поперечным).

Задачей изобретения является обеспечение автоматического натяжения приводного ремня и увеличение максимального передаваемого момента без использования специального натяжного устройства.

Поставленная задача решается тем, что приводной ремень выполнен из косоугольно армированного эластомерного материала, причем армирование выполнено в плоскости, параллельной продольной оси ремня и плоскости вращения шкивов.

Поставленная задача решается также тем, что угол между направлением армированием и продольной осью ремня составляет 20°.

На фиг.1 показана схема ременной передачи, состоящей из ведомого 1 и ведущего 2 шкива и охватывающего их бесконечного ремня 3; на фиг.2 показано поперечное сечение ремня в зоне контакта со шкивом; на фиг.3 приведена схема косоугольного армирования ремня и вид образца; на фиг.4 показана зависимость коэффициента Пуассона от угла армирования; на фиг.5 показана схема испытания (стрелками показано направление сил трения); на фиг.6 показан фрагмент образца; на фиг.7 показано закрепление образца в клиновой захват испытательной машины; на фиг.8 показана зависимость усилия от перемещения образца ремня из материала с косоугольным армированием по предлагаемому способу.

Как показано на фиг.2 и 3, клиновидный ремень содержит эластомерную основу 4 и кордные нити 5, расположенные по схеме косоугольной укладки в плоскости, совпадающей с плоскостью вращения шкива.

При использовании предлагаемой схемы армирования растяжение ремня приводит к увеличению его размера в плоскости, перпендикулярной плоскости армирования /Конек Д.А., Войцеховский К.В., Плескачевский Ю.М., Шилько С.В. Материалы с отрицательным коэффициентом Пуассона (обзор). // Механика композиц. Матер. и констр. - 2004. - Т.10, № 1. - С.35-69/. В пренебрежении деформацией межслойного сдвига и учетом того, что жесткость эластомерной матрицы существенно меньше жесткости наполнителя /Шилько С.В., Черноус Д.А., Конёк Д.А., Бодрунов Н.Н. Ауксетичные материалы на полимерной основе: расчетно-экспериментальное определение деформационных характеристик. // Полимерные композиты Поликом-2000: Тез. докл. межд. научн. конф., Гомель, 11-13 сент. 2000 г. / Акад. наук Респ. Беларусь. Ин-т механики металлопол. систем. - Гомель, 2000. - С.17-18/, коэффициент Пуассона косоугольно армированного материала определяется следующей приближенной зависимостью от угла армирования:

,

где - угол армирования.

Из вышеуказанной зависимости, график которой приведен на фиг.4, следует, что коэффициент Пуассона в рассматриваемой плоскости является отрицательным и его минимум достигается при значении угла =20°.

Таким образом, предлагаемая конструкция ремня придает ему свойство расширения в поперечной плоскости при увеличении продольного усилия, что приводит к увеличению сил сцепления и автоматическому натяжению ремня в результате его удаления от центра вращения шкива. Максимальный эффект достигается при значении угла армирования =20°.

Устройство работает следующим образом.

Ведущий шкив 1 посредством ремня 3 сообщает вращение ведомому шкиву 2. При возрастании передаваемой нагрузки происходит увеличение продольного усилия в ремне. В результате растяжения ремня с косоугольным расположением кордных нитей происходит его поперечное расширение в направлении, перпендикулярном плоскости армирования. Ограничивающее действие рабочих поверхностей жесткого шкива приводит к возрастанию сил трения на контактирующих поверхностях, уменьшая проскальзывание ремня по шкиву. Кроме того, вследствие наклонной боковой поверхности клиновидного ремня в результате его расширения увеличивается вертикальная силовая реакция, вызывающая перемещение (подъем) ремня в ручье шкива. При этом увеличивается расстояние между осью вращения шкива и зоной контакта ремня со шкивом. В результате возрастает максимальный передаваемый момент и обеспечивается натяжение ремня без использования специального натяжного устройства.

Предлагаемое устройство испытывалось в лабораторных условиях ГНУ ИММС НАН Беларуси. Был изготовлен образец участка ремня в виде призмы, склеенной из четырех однонаправленных резинокордных монослоев толщиной 1,5 мм, получаемых в условиях шинного производства на ОАО «Белшина». Наслаивание производилось по схеме косоугольного армирования с углом между направлением укладки и продольной осью образца, равным 20° с последующей вулканизацией. Это обеспечивало теоретически минимальное значение коэффициента Пуассона и соответственно максимальное увеличение поперечного размера ремня при растяжении в плоскости, перпендикулярной плоскости армирования.

Для оценки несущей способности фрикционного контакта образцы материалов с известной и предлагаемой схемой укладки армирующих волокон устанавливались в зажим, имитирующий шкив ременной передачи с одинаковым усилием предварительной затяжки, и клиновые захваты испытательной машины Instron 5567. Затем производилось нагружение соединения растягивающим усилием до выхода образца из клинового захвата. Испытания проводились при скорости нагружения 100 мм/мин.

При сравнении полученных силовых характеристик установлено, что предложенное техническое решение обеспечивает существенное повышение предельного усилия, передаваемого ременной передачей, без использования специальных натяжных элементов.