МНОГОРЕБЕРНЫЙ ШКИВ И СИСТЕМА С МНОГОРЕБЕРНЫМ ШКИВОМ
MULTI-RIB PULLEY AND SYSTEM WITH MULTI-RIB PULLEY

Область техники
Изобретение относится к многореберному шкиву и системе из шкива и ремня и, в частности, - к шкиву и системе из шкива и ремня, имеющей конфигурацию ребра шкива и профиля канавки, которая взаимодействует с формой ремня, когда ремень находится под растягивающей нагрузкой.
Уровень техники
Правильная работа клиноременной передачи включает в себя размещение ремня в канавках сопрягаемых шкивов и применение натяжения к ремню.
Большинство клиноременных передач работает с относительно маленькой величиной удлинения ремня. Однако если к системе добавить натяжение, то ремень удлинится в продольном направлении. Так как удлинение клинового ремня увеличивается, ширина и толщина ремня уменьшаются. Внешние края ремня испытывают большее изменение ширины, чем центральный участок ремня. В случае многониточного ремня внешние нити будут иметь размеры поперечного сечения, отличные от соответствующих размеров центральных нитей. Поскольку все канавки шкива имеют один и тот же размер и отстоят друг от друга на равных расстояниях, они не будут соответствовать форме и шагу ремня под натяжением.
Такое несоответствие в профиле между шкивом и ремнем будет вызывать шум, ускоренный износ ремня и уменьшенную долговечность ремня.
В патенте США №4981462 раскрыта конструкция бесконечного приводного ремня, вращающего шкив, а также раскрыты комбинация ремня и шкива и способы их изготовления, причем ремень имеет расположенные напротив друг друга боковые края и внутреннюю поверхность, определяющую множество расположенных в продольном направлении и поочередно разнесенных выступов и канавок для сцепления с внешней периферийной ребристой поверхностью вращающегося шкива, при этом каждый выступ ремня имеет в основном V-образную поперечную конфигурацию, определяемую двумя по существу прямыми боковыми краями, которые сходятся из соответствующих вершин канавок конструкции ремня, которые находятся на противоположных сторонах выступа, к вершине этого выступа, причем боковые края каждого выступа конструкции ремня образуют угол приблизительно 60° между ними, а толщина ремня является по существу такой же, как толщина аналогичной конструкции ремня, в которой угол равен приблизительно 40°, и расстояние между средними линиями канавок конструкции ремня, которые находятся на противоположных сторонах выступа, превышает такое же расстояние аналогичной конструкции ремня.
Таким образом, существует потребность в создании многореберного шкива и системы шкив/ремень, имеющей конфигурацию ребра шкива и профиля канавки, которая взаимодействует с формой ремня, когда ремень находится под растягивающей нагрузкой. Настоящее изобретение удовлетворяет эту потребность.
Краткое описание изобретения
Главным аспектом изобретения является создание многореберного шкива и системы из шкива и ремня, имеющей конфигурацию ребра шкива и профиля канавки, которая взаимодействует с формой ремня, когда ремень находится под растягивающей нагрузкой.
Другие аспекты изобретения будут указаны или очевидны из нижеследующего описания изобретения и прилагаемых чертежей.
Изобретение включает многореберный шкив и систему из шкива и ремня, имеющую конфигурацию ребра шкива и профиля канавки, которая взаимодействует с формой ремня, когда ремень находится под растягивающей нагрузкой.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи, которые включены в состав и образуют часть описания, иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения. На чертежах:
Фиг.1 - поперечное сечение ремня и шкива;
Фиг.2 - поперечное сечение ремня под растягивающей нагрузкой, зацепленного со шкивом;
Фиг.3 - схематичное поперечное сечение канавок шкива;
Фиг.4 - вид в поперечном сечении ремня под растягивающей нагрузкой, зацепленного со шкивом согласно изобретению;
Фиг.5 - схематичное поперечное сечение канавок шкива;
Фиг.6 - вид в поперечном сечении ремня под растягивающей нагрузкой, зацепленного со шкивом согласно изобретению;
Фиг.7 - схематический вид в поперечном сечении конфигурации ребра шкива согласно изобретению;
Фиг.8 - вид в поперечном сечении ремня под растягивающей нагрузкой, зацепленного со шкивом согласно изобретению; и
Фиг.9 - вид в поперечном сечении сравнения профиля шкива известного уровня техники и профиля шкива согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
Изобретение включает многореберный шкив, имеющий реберное и канавочное расположение, которое выполнено с возможностью дополнять форму ремня, когда ремень подвергается рабочему натяжению (растягивающей нагрузке), и систему из шкива и ремня.
Фиг.1 представляет собой поперечное сечение ремня и шкива. Ремень 100 содержит ребра 101 и канавки 102. Ребра 101 проходят в продольном направлении на ремне 100. Растяжимые корды 103 также проходят в продольном направлении в ремне. Ремень 100 также называется как поликлиновый, многократно ребристый или многореберный ремень.
Шкив 200 содержит несущую ремень поверхность, имеющую ребра 201 и канавки 204. Ребра 101 ремня 100 зацепляют канавки 202 шкива 200. Ребра 201 шкива 200 зацепляют канавки 102 ремня 100. Перемычка 300 присоединяет несущую ремень поверхность к ступице 301. Ступица 301 предназначена для присоединения шкива к валу (не показан).
Ремень сконструирован с использованием материала и способов, известных в данной области техники. Ремень может содержать полимерные материалы, включающие в себя полибутадиен, каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (EPDM), гидрированный бутадиен-нитрильный каучук (HNBR), бутадиен стирольный каучук (SBR), полихлорпрен, натуральный каучук и изобутен изопреновые каучуки или комбинацию двух или более из вышеперечисленных. Растяжимые корды могут содержать арамид, полиэфир, стекловолокно, нейлон, полиолефин, зилон (PBO), полиэтиленнафталат (PEN), углерод, металлическую проволоку/трос, хлопок и вискозу или комбинацию двух или более из вышеперечисленных.
Такие ремни обычно используются на вспомогательных системах ременной передачи на автомобильных двигателях, хотя они также могут быть использованы в различных промышленных применениях, включая передачу привода для приведения насосов, компрессоров и двигателей, а именно любой установки, где желательна передача привода ремнем. Ремень, показанный на Фиг.1, находится под минимальной или без растягивающей нагрузки и имеет ширину W1.
Фиг.2 представляет собой поперечное сечение ремня под растягивающей нагрузкой, зацепленного со шкивом. На Фиг.2 ремень 100 находится под нормальной растягивающей нагрузкой, испытываемой в рабочем состоянии. Вследствие растягивающей нагрузки наиболее удаленные ребра 101, 104 слегка вытянуты к средней линии CL ремня 100, то есть ремень слегка растянут и, следовательно, немного уже из-за растягивающей нагрузки. Ремень имеет рабочую ширину W2, которая меньше ширины W1. Форма суженного ремня показана наложенной на профиль шкива.
На оптимальную посадку ремня на шкив неблагоприятно влияет суживание ремня под нагрузкой, особенно, что касается соотношения внешних ребер 101 и 104 с канавками 202, 204, где эффект является наиболее выраженным.
Рассматриваемое в данный момент изобретение конфигурирует шкив по размерам, чтобы учитывать суживание ремня так, что ремень достигает надлежащей посадки со всеми канавками шкива, будучи в работе и под нагрузкой. Улучшенная посадка увеличивает полезный срок службы ремня, в то же время уменьшая тенденцию создавать шум, вызываемый ненадлежащим зацеплением ребер ремня с канавками шкива. Шкив согласно изобретению содержит канавки, имеющие шаг между соседними канавками, который уменьшается как функция расстояния канавок от средней линии CL шкива.
Фиг.3 является схематичным поперечным сечением шкива согласно изобретению, при этом шаг ребер для шкива в направлении наружу от средней линии CL шкива (т.е. параллельно оси вращения А-А) вычисляется с использованием Уравнения 1.
Несущая ремень поверхность шкива согласно изобретению имеет множество ребер шкива и канавок шкива. Шаг ребра шкива между соседними ребрами шкива уменьшается по мере увеличения расстояния (D) каждого ребра шкива от средней линии (CL) шкива. Кроме того, угол канавки шкива уменьшается по мере увеличения расстояния (D2) каждой канавки шкива от средней линии (CL) шкива.
Уравнение 1 - шаг ребра шкива:
где
gn
S - шаг ребра для n-го ребра;
g
S - номинальный шаг ребра;
B
d - диаметр шара;
n
Θ - угол канавки шкива в градусах для n-й канавки шкива;
Θ - номинальный угол канавки шкива в градусах.
Следует отметить, что для этих уравнений ребра пронумерованы, начиная от средней линии шкива, двигаясь к внешнему краю шкива, и симметричны вокруг средней линии CL. Для шкивов с четным количеством всех канавок будут две канавки "номер 1", которые являются соседними (охватывают с двух сторон) с ребром средней линии CL шкива. Для шкивов с четным количеством канавок угол ребра шкива для ребра между соседними канавками "номер 1" равен углу канавки "номер 1". Для шкивов с нечетным количеством всех канавок есть только одна канавка "номер 1", причем она центрирована на средней линии CL шкива.
Как показано на Фиг.3, шаг ребра и угол ребра уменьшаются для каждого ребра, расположенного в направлении наружу от центрального ребра. На Фиг.3 показан 10 канавочный, 9 реберный ремень. Это является только примером и не ограничивает объем изобретения. Шкив согласно изобретению может быть с таким же успехом использован для ремней, имеющих три или более ребра.
Кроме того, шкив согласно изобретению компенсирует перекос углов ребер, когда ремень под растягивающей нагрузкой.
Так как ребра ремня под нагрузкой слегка вытянуты по направлению внутрь к продольной средней линии ремня, углы для канавок шкива постепенно сокращаются, смещаясь от средней линии шкива.
Угол для канавок шкива улучшенного шкива вычисляется из Уравнения 2.
Уравнение 2 - угол канавки шкива:
где
n
Θ - угол канавки шкива в градусах для n-й канавки шкива;
n - номер ребра шкива;
t - общее число канавок в шкиве;
n
a=Θ - [%растяжения  (8.2t+2n)];
b=% растяжения  (6t+Θ);
где
Θ - номинальный угол канавки шкива в градусах;
% растяжения = процент растяжения ремня при номинальной расчетной растягивающей нагрузке.
g
B
Пример 1. Размеры шкива вычислены в Таблице 1 и показаны на Фиг.3 для зацепления 10-реберного многореберного ремня с номинальным шагом ребра (S) 0,092" (2,34 мм), номинальным углом ребра (Θ) 40°, работающим при растягивающей нагрузке, приводящей к 10% растяжению, используя стандартный диаметр (d) шара 0,0625” (1,59 мм). Соотношение канавки и ребра улучшенной комбинации ремень/шкив показано на Фиг.4.
Таблица 1Размеры канавки шкива - пример
Номер канавки шкива - n
1
2
3
4
5
Угол канавки - Θ<sub>n</sub>
39,6°
38,3°
36,2°
34,1°
32,8°
Шаг ребра - S<sub>gn</sub>
0,0920" 2,34 мм
0,0908" 2,31 мм
0,0890" 2,26 мм
0,0872" 2,21 мм
0,0861" 2,19 мм
g
B
Пример 2. Размеры шкива вычислены в Таблице 2 и показаны на Фиг.5 для зацепления 9-реберного многореберного ремня с номинальным шагом ребра ремня (S) 0,092" (2,34 мм), номинальным углом ребра ремня (Θ) 40°, работающим при растягивающей нагрузке, приводящей к 10% растяжению, используя стандартный диаметр (d) шара 0,0625” (1,59 мм). %растяжения относится к увеличению в общей длине, вызванному нагрузкой ремня.
Таблица 2Размеры канавки шкива - пример
Номер канавки шкива - n
1
2
3
4
5
Угол канавки - Θ<sub>n</sub>
39,5°
37,9°
35,8°
34,2°
33,2°
Шаг ребра - S<sub>gn</sub>
0,0920" 2,34 мм
0,0906" 2,30 мм
0,0877" 2,25 мм
0,0873" 2,22 мм
0,0865" 2,20 мм
Фиг.6 представляет собой вид в поперечном сечении ремня под растягивающей нагрузкой, зацепленного со шкивом согласно изобретению. Шаг ребра и канавки обеспечивает надлежащий контакт между ремнем и шкивом по всей ширине ремня.
В стандартном шкиве внешние участки ремня находятся при более высоком рабочем натяжении, чем центр ремня. Эта неравномерная нагрузка уменьшает способность ремня передавать привод по сравнению с ремнем, который нагружен равномерно. Следовательно, для дополнительного повышения эффективности шкива согласно изобретению профиль шкива может быть слегка изогнут так, чтобы нагрузка корда ремня являлась последовательной по ширине целого участка ремня. Кривизна профиля шкива, как устанавливается позициями вершин (А) множества ребер, определяется эллипсом (см. Фиг.7). Шаг канавки шкива и углы канавок шкива устанавливаются Уравнениями 1 и 2 соответственно. Как показано на Фиг.7, размер и ориентация эллипса описываются посредством следующих параметров:
большой диаметр = 1,5  номинальная ширина ремня;
малый диаметр = 2  номинальный шаг ребра шкива.
Ориентация большого диаметра: ориентация большого диаметра по существу параллельна с осью вращения (А-А) шкива, и кривизна вершин (А) по существу вогнутая в направлении оси (А-А) шкива.
Например, свойства ремня для типичного ремня, который будет использоваться с предлагаемым шкивом, имели бы продольные упругие свойства, аналогичные показанным на Диаграмме 1, и номинальный модуль 1530 фунтов/ребро (6800 N/ребро) в рабочем диапазоне натяжения, то есть при приблизительно 8% деформации (растяжении). Номинальная ширина устанавливается количеством ребер, а именно номинальная ширина ремня=#ребер ремня2,34 мм.
Фиг.8 представляет собой схематический вид в поперечном сечении конфигурации изогнутого шкива согласно изобретению. Ремень, показанный в качестве примера, имеет номинальную ширину, равную 23,4 мм. Используя предшествующие уравнения, большой диаметр = 23,4 мм  1,5=35,1 мм. Малый диаметр = 2  номинальный шаг ребра шкива = 20,092” (2,34 мм)=4,68 мм. Описанные ремень и вычисления предложены только с целью примера и не ограничивают объем изобретения.
Изгиб ремня по существу выравнивается с изогнутой конфигурацией ребер шкива. Фиг.8 иллюстрирует форму дуги вершин шкива, описанных на Фиг.7. Такая конфигурация шкива обеспечивает полный контакт ремня со шкивом, тем самым доводя до максимума передачу энергии между ремнем и шкивом. Шкив, показанный на Фиг.8, содержит шаг ребер, описанный для Фиг.3, а также эллиптическое соотношение для кривизны шкива, как описано со ссылкой на Фиг.7.
Фиг.9 представляет собой вид в поперечном сечении сравнения профиля шкива известного уровня техники и профиля шкива согласно изобретению. Очевидно, значительное различие в зацеплении между ремнем и шкивом согласно известному уровню техники по сравнению с комбинацией согласно изобретению.
Хотя здесь были описаны различные формы изобретения, специалистам в данной области техники будет очевидно, что могут быть сделаны различные изменения в конструкции и взаимосвязи частей, не выходя за рамки идеи и объема описанного здесь изобретения.