ПЕРЕДАЧА РЕМЁННАЯ
BELT TRANSMISSION

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при конструировании машин, в приводах которых используются ременные передачи с расположением ведущего и ведомого валов под некоторым углом.
Известны классические конструкции ременных передач, содержащие ведущий и ведомый валы, с приводными шкивами и бесконечный ремень (пассик), охватывающий эти шкивы. Нагрузка в передаче передается силами трения, возникающими между шкивами и ремнем, посредством силы натяжения последнего (см., например, Интернет - ресурс «Википедия» https://ru.wikipedia.org/wiki/Peменнaя_пepeдaчa). Проблемой данных конструкций является возможность выпадения - схода приводного ремня со шкивов при ослаблении величины его рекомендованного натяжения и/или при резком торможении одного из шкивов. Ведомый шкив обычно связан с рабочим органом привода, который может испытывать резкое торможение по ходу работы, а ведущий шкив обычно связан с двигателем, который может быть выключен и остановлен, что и будет являться причинами указанного выхода из строя ременной передачи. Эта проблема частично устраняется введением в конструкцию паразитного шкива-ролика, снабженного устройством его перемещения, т.е. устройством для натяжения ремня (натяжного устройства). Указанный шкив-ролик с натяжным устройством расположен, обычно, на сбегающей с ведущего шкива (несиловой) ветви ременной передачи. На этой же ветви расположен успокоитель, представляющий собою ограничитель смещения положения ремня от его нормального рабочего положения (Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Том 2, М: «Машиностроение», 2001, с. 709.). Плоскости симметрии канавок ведущего и ведомого шкивов обычно совпадают. Однако, существуют ременные передачи в которых ведущий и ведомый валы расположены в разных плоскостях под некоторым углом, например в полуперекрестной передаче, в которой данный угол составляет 90°. В таких передачах приводной ремень испытывает деформации скручивания и изгиба, как в силовой, так и в не силовой своих ветвях. В несиловой ветви ремень также может совершать колебания. Все эти явления значительно усугубляют износ ремня по его боковым поверхностям, как в шкивах, так и в натяжном устройстве, что приводит к быстрому уменьшению его натяжения и более вероятному выпадению из канавок ведущего и ведомого шкивов, схода его со шкивов, а так же к существенному сокращению ресурса ремня.
По совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом -прототипом патентуемой ременной передачи является техническое решение, защищенное патентом RU №2437013 (опубл. 20.12.2011, бюл. №35). От известных и классических клиноременных передач это техническое решение отличается тем, что направляющий ролик, выполняющий одновременно функцию натяжного устройства, выполнен с углом канавки, совпадающим с верхним углом между наружной и боковой поверхностями клинового ремня, а успокоитель выполнен Г-образной формы с вертикальной отбортовкой, направленной к сбегающей ветви ремня ведомого шкива. Очевидный недостаток прототипа заключаются в том, что позиционирование приводного ремня в направляющем ролике осуществляется по одной рабочей, т.е. боковой поверхности ремня и по его наружной нерабочей поверхности. Это неизбежно имеет своим результатом односторонний износ ремня, износ кромки сопряжения наружной поверхности с боковой, т.е. быстрое изменение исходной геометрии поперечного сечения ремня. Вследствие этого приводной ремень неизбежно начнет проскальзывать в канавках шкивов, даже при нормальном его натяжении, и передача потеряет работоспособность.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности и ресурса ременной передачи.
При использовании патентуемого технического решение достигается совокупность двух важных первичных эффектов (технических результатов), обеспечивающих надежность и ресурс ременной передачи, а именно:
1. уменьшается износ ремня
2. уменьшается вероятность выпадения ремня из канавок ведущего и ведомого шкивов и схода его со шкивов
Указанные технические результаты неразрывно и совместно достигаются единой совокупностью существенных признаков, определяющих сущность изобретения, которая заключается в том, что в известной ременной передаче, содержащей ведущий и ведомый шкивы, приводной ремень, охватывающий эти шкивы, направляющий ролик, установленный с возможностью предварительного натяжения ремня и расположенный на набегающей на ведомый шкив силовой ветви ремня, дополнительно на силовой ветви ремня, набегающей на ведущий шкив, с прогибом этой ветви на глубину, не превышающую глубины канавки шкива и на расстоянии от ведущего шкива не превышающем 25% от общей длины силовой ветви приводного ремня, установлен выравнивающий ролик, ось которого параллельна оси ведущего шкива. Кроме того, между ведомым шкивом и направляющим роликом, на оси, которая параллельна оси ведомого шкива, установлен натяжной ролик-успокоитель, снабженный механизмом натяжения, а направляющий ролик установлен таким образом, чтобы ось его вращения была параллельна спинке приводного ремня в центре зоны контакта ремня с направляющим роликом.
Целесообразные частные решения патентуемой ременной передачи, отвечающие обозначенной выше сущности и способствующие достижению заявленных технических результатов, предусматривают конструктивные особенности, которые заключаются в следующем:
- центр зон контакта ремня с направляющим роликом расположен на середине участка ремня между ведущим шкивом и натяжным роликом-успокоителем или смещен относительно нее по направлению этого участка в любую сторону не более чем на 15% от его длины.
- ведущий и ведомый шкивы взаимно расположены таким образом, чтобы при отсутствии деформации от выравнивающего ролика, ось скручивания набегающей на ведомый шкив ветви приводного ремня совпадала с линией пересечения плоскостей симметрии канавок указанных шкивов.
- наружные поверхности выравнивающего ролика, направляющего ролика и ролика-успокоителя выполнены в форме круговых цилиндров.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежами.
На Фиг. 1 схематично изображена ременная передача с выравнивающим роликом, направляющим роликом и натяжным роликом-успокоителем в проекции на плоскость симметрии канавки ведущего шкива
На Фиг. 2 схематично изображена ременная передача с выравнивающим роликом, направляющим роликом и натяжным роликом-успокоителем в проекции на плоскость симметрии канавки ведомого шкива.
На Фиг. 3 схематично изображен местный радиальный разрез ведущего шкива в плоскости поперечного сечения приводного ремня по линии его касания с ведущим шкивом.
На Фиг. 4 схематично изображен диаметральный разрез направляющего ролика в плоскости поперечного сечения приводного ремня по центру линии его касания с направляющим роликом.
На Фиг. 5 схематично изображен разрез направляющего ролика.
На Фиг. 6 схематично изображен диаметральный разрез ролика-успокоителя в плоскости поперечного сечения приводного ремня по центру линии его касания с натяжным роликом-успокоителем.
Передача ременная (см. Фиг. 1, Фиг. 2), содержит ведущий шкив (1), ведомый шкив (2), приводной ремень (3), охватывающий эти шкивы, выравнивающий ролик (4), установленный на силовой ветви (5) ремня, набегающей на ведущий шкив (1) с прогибом ветви (5) на глубину, не превышающую глубины канавки шкива (1). Выравнивающий ролик установлен в непосредственной близости от ведущего шкива (1), но как показали натурные эксперименты, технический результат удовлетворительно достигается и при расположении выравнивающего ролика (4) на расстоянии от шкива (1) вплоть до 25% от общей длины силовой ветви (5) приводного ремня (3). Направляющий ролик (6), установлен на не силовой, т.е. набегающей на ведомый шкив (2) ветви ремня (3) с возможностью перемещения в плоскости его вращения посредством механизма натяжения для предварительного натяжения ремня (3). Конструкция механизма натяжения может быть использована типовая, такая же, как и в аналогах и поэтому она на чертежах не показана. Между ведомым шкивом (2) и направляющим роликом (6), на оси, которая параллельна оси ведомого шкива (2) установлен натяжной ролик-успокоитель (7), также снабженный механизмом натяжения (на чертежах не показан). Направляющий ролик (6) установлен таким образом, чтобы до его упора в ремень (3) посредством механизма натяжения, ось его вращения М-М была параллельна спинке (8) приводного ремня (3) в центре (9) зоны контакта ремня (3) с направляющим роликом (6). При этом указанный центр (9) совмещен с серединой участка (10) не силовой ветви ремня (3), что однозначно определяет линейные координаты установки направляющего ролика (6). Длина L участка (10) определяется расстоянием между линиями касания ремнем (3) канавки ведущего шкива (1) и поверхности натяжного ролика-успокоителя (7) (Фиг. 1, Фиг. 5). Такое расположение направляющего ролика (6) является предпочтительным, но не обязательным. Как показали натурные эксперименты, удовлетворительное достижение заявленных технических результатов также обеспечивается при незначительном смещении центра (9) по направлению участка (10) не силовой ветви ремня (3) в любую сторону. Заявитель полагает разумным и достаточным, с точки зрения истребованных патентных прав, ограничить величину максимально допустимого такого смещения величиной 15% от длины участка (10) в любую сторону. Предпочтительным также является такое взаимное расположение ведущего (1) и ведомого (2) шкивов, при котором ось NN скручивания набегающей на ведомый шкив (2) силовой ветви (5) приводного ремня (3) совпадает с линией пересечения плоскостей симметрии XX и YY канавок шкивов (1) и (2) (Фиг. 3). Целесообразной формой выполнения наружных поверхностей выравнивающего ролика (4), направляющего ролика (6) и натяжного ролика-успокоителя (7) является форма кругового цилиндра (Фиг. 4, Фиг. 6).
Функционирование заявленной ременной передачи принципиально не отличается от работы аналогов и ременной передачи - прототипа. Ведущий шкив (1), вращаясь, передает момент на ведомый шкив (2) через натяжение силовой ветви (5) ремня (3) за счет сил трения, возникающих между ремнем (3) и шкивами (1) и (2). При этом направляющий ролик (6), вращаясь на неподвижной оси, дает необходимое направление и устраняет поперечные колебания участка (10) не силовой ветви ремня (3). Кроме того, направляющий ролик (6) обеспечивает предварительное натяжение ремня (3) путем его предварительного перемещения и фиксации посредством натяжного механизма, который на чертежах не показан. Так же как и в прототипе, направляющий ролик (6) не способствует дополнительному скручиванию приводного ремня (3) и поддерживает естественное положение ремня (3) в пространстве. Этот эффект, однако, обеспечивается иными, отличными от прототипа признаками, характеризующими особенности установки направляющего ролика (6). В отличие от прототипа, контакт приводного ремня (3) с направляющим роликом (6) осуществляется не по боковой и по наружной поверхностям ремня (3), а только по наружной его поверхности, т.е. по его спинке (8). Этим устраняется отмеченный недостаток ременной передачи-прототипа, связанный с односторонним износом и нарушением исходной геометрии поперечного сечения приводного ремня (3). Незначительные технологические неточности при установке направляющего ролика (6) могут быть скомпенсированы тем, что его контактная поверхность выполнена как цилиндрическая, что обеспечивает возможность смещения ремня (3) относительно этой поверхности и способствует «самоустановке» ремня (3), вследствие чего уменьшается трение и износ ремня (3) в зоне его контакта с направляющим роликом (6). Введенный в конструкцию выравнивающий ролик (4), установленный на силовой ветви (5) ремня (3), с прогибом этой ветви, обеспечивает выравнивание ремня (3) при его набегании на ведущий шкив (1), в результате чего спинка ремня (8) оказывается параллельной оси вращения ведущего шкива (1) как и в обычных классических одноплоскостных ременных передачах. Этот эффект обеспечивает подачу ремня (3) без перекоса на канавку шкива (1) и, как результат, минимизацию износа боковых поверхностей ремня (3), который подвергается скручиванию в своей силовой ветви (5) при передаче усилия от ведущего шкива (1) к ведомому шкиву (2). Как показали натурные испытания, вполне достаточной величиной указанного прогиба является величина, не превышающая глубины канавки ведущего шкива (1). Введенный также в конструкцию натяжной ролик-успокоитель (7), снабженный механизмом натяжения позволяет регулировать натяжение ремня (3), а также, по аналогии с выравнивающим роликом (4), выравнивает и направляет ремень на ведомый шкив (2), выполняя при этом функцию успокоителя. Преимущество такого решения, по сравнению с неподвижным фрикционным успокоителем прототипа, заключается в следующем. Так же как и для выравнивающего ролика (4) и направляющего ролика (6) цилиндрическая форма ролика - успокоителя (7) обеспечивает возможность смещения ремня (3) относительно поверхности его контакта с этим роликом (7), что способствует «самоустановке» ремня (3) и, как следствие, уменьшению его трения и износа в зоне этого контакта. При этом сила трения спинки (8) ремня (3) о цилиндрическую поверхность ролика-успокоителя (7) обеспечивает эффективное гашение поперечных колебаний, возникающих в ременной передаче на участке между роликом-успокоителем (7) и ведомым шкивом (2) при резком торможении ременной передачи, что препятствует выпадению ремня (3) из канавки ведомого шкива (2). Взаимодействие ремня (3) с роликом - успокоителем (7) сопровождается вращением последнего, что исключает вредное и разрушительное трение - скольжения ремня (3) об успокоитель, характерное для прототипа. Наилучшее достижение заявленных технических результатов патентуемым техническим решением обеспечивается в том случае, если ведущий (1) и ведомый (2) шкивы взаимно расположены таким образом, чтобы при отсутствии деформации от выравнивающего ролика (4) ось NN скручивания набегающей на ведомый шкив ветви (5) приводного ремня (3) совпадала с линией пересечения плоскостей симметрии XX и YY канавок указанных шкивов. Ось скручивания NN является линией проходящей через центры тяжести поперечного сечения ремня (3), т.е. является естественной осью кручения силовой ветви (5) приводного ремня (3). Поэтому, при таком взаимном расположении шкивов (1) и (2), силовая ветвь (5) испытывает только деформацию кручения без вредного перекоса и деструкции ремня в канавках шкивов (1) и (2). Поскольку именно силовая ветвь (5) передает мощность с ведущего (1) на ведомый (2) шкив, и она нагружена значительным усилием растяжения, то отсутствие перекоса этой ветви (5) в зонах касания ею шкивов (1) и (2) является важнейшим условием минимизации износа ремня (3) в этих зонах.
Заявленное как полезная модель техническое решение является промышленно применимым, поскольку все составляющие его элементы и материалы известны из уровня техники, а производство заявленного устройства может быть основано на известных современных технологиях и осуществлено на промышленных предприятиях соответствующего профиля.