Система складеної клиноремінної передачі, що поєднує в собі фрикційну передачу й передачу зачепленням

Реферат: Система клиноремінної передачі містить малий шків (2) і великий шків (1). Клиновий ремінь (3) обхоплює великий шків (1) і малий шків (2). Клиновий ремінь (3) утворює фрикційну передачу з великим шківом (1). Зазначена передача між клиновим ременем (3) і малим шківом (2) є складеною передачею, що поєднує в собі фрикційну передачу й передачу зачепленням. У даному винаході запропонована система клиноремінної передачі, яка ефективно усуває виникнення проковзування, покращує ефективність передачі, зменшує деформацію ременів і подовжує термін служби ременів, вирішуючи проблему проковзування й холостого обертання відомої ремінної передачі. UA 99580 C2 (12) UA 99580 C2 UA 99580 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід стосується системи передачі, зокрема, системи клиноремінної передачі високої потужності для великих навантажень і з великим передавальним числом, яка усуває виникнення проковзування й холостого обертання між ременем і ремінним шківом. У галузі машинобудування відома велика кількість видів передач, включаючи зубчасту, ланцюгову, ремінну передачі й т.п., у яких механізм передачі зачепленням відрізняється точним передавальним числом, а також може забезпечувати велике передавальне число й витримувати високі навантаження. Однак, зазначена передача може бути використана тільки при малих відстанях між двома валами передачі. Якщо відстань між двома валами передачі є великою, то зазвичай вибирають ланцюгову або ремінну передачу. При цьому ланцюгова передача в основному здійснюється зачепленням між ланцюгом і зірочкою, проте, ланцюгова передача за своїм характером має недоліки, такі як прикладення навантаження з миттєвим ударом, який виникає при використанні ланцюгової передачі з низьким передавальним числом. Зазначена передача підходить тільки за умови низької швидкості передачі й при відсутності прикладення навантаження з миттєвим ударом. Зачеплення й контакт між ланцюгом і ланцюговим колесом являє собою зачеплення між двома твердими компонентами, у той час як зачеплення між ременем і ремінним шківом являє собою зачеплення між твердим компонентом і одним гнучким (м'яким) компонентом, причому зазначені два зачеплення значно відрізняються одне від одного. Якщо в зачепленні знаходяться два твердих компоненти, то характер зачеплення зазначених двох компонентів повинен бути в повній відповідності, оскільки найменша невідповідність може викликати зачеплення із зазором і зачеплення з натягом. Однак якщо в зачепленні знаходяться один твердий компонент і один гнучкий компонент, то завдяки гнучкості гнучкого компонента зачеплення з натягом між твердим компонентом і гнучким компонентом також може задовольняти вимогам зачеплення, тому що твердий компонент стискає гнучкий компонент до необхідного зачіплюваного розміру і таким чином здійснює зачеплення. Звичайна ремінна передача в основному являє собою фрикційну передачу (трикутний ремінь або клиновий ремінь) і передачу зачепленням (зубчастий ремінь). Фрикційну передачу зазвичай використовують в умовах високої потужності, важкого навантаження і з урахуванням вимоги захисту від перенавантаження, при цьому для фрикційної передачі в цілому використовують гуму й пластик або еластичні матеріали, причому пружне проковзування й пружна деформація неминучі під час процесу передачі. Таким чином, проковзування й холосте обертання також неминучі під час процесу передачі. Однак, зубчаста ремінна передача сконструйована на основі теорії передач зачепленням і має точне передавальне число, а також, завдяки взаємовідношенню зачепленням між ременем і ремінним шківом, проковзування й холосте обертання не відбувається під час процесу передачі. Однак, це застосовно тільки для передачі малого навантаження. Для підтримки нормального стану зачеплення зубчастого ременя його каркас зазвичай вибирають відносно тонким, і таким чином він може забезпечувати вигин каркаса ременя й відсутність деформації зубців ременя, але каркас такого ременя не може витримувати великі навантаження. При великих навантаженнях зубці такого ременя можуть бути зрізані зубцями ремінного шківа, або може бути розірваний каркас зазначеного ременя зубчастого ременя. Крім того, у випадку великого передавального числа, зі збільшенням розміру шківа, збільшується складність виготовлення зубчастого ременя для нього, а процес виготовлення такого ременя стає складним, ціна його зростає, і таким чином це економічно не ефективно. У патентній публікації Китаю CN1183338 описана "клиноремінна система", яка містить зубці, зачеплені зі шківом для зубчастого ременя, розташовані на поверхні клинового ременя. Великий ремінний шків являє собою шків із V-подібними канавками, а малий ремінний шків являє собою шків для зубчастого ременя, використовуваний тільки для передачі зачепленням. Коли система починає працювати, виникає невелике проковзування клиноподібного ременя у Vподібній канавці шківа, і це може пом'якшити удар у системі при первинному запуску. Завдяки зубчастому взаємному зачепленню між клиновим ременем і малим ремінним шківом проблема проковзування між ними долається, але численні випробування доводять, що зазначена конструкція обмежена тільки системою ремінної передачі низької потужності й легким навантаженням. При використанні у випадку великої потужності або важкого навантаження на ремені передачі спостерігається явище "з'їдання зубців". Таким чином, зубці ременя (м'які зубці) ''з'їдаються" зубцями малого ремінного шківа (твердими зубцями), який використовується для передачі зачепленням. Таким чином, зазначена передача стає несправною. Зазначена система не усуває проблему проковзування й холостого обертання у випадку великої потужності, важкого навантаження й великого передавального числа, тому зазначена система не має практичного значення. Із цієї причини зазначений винахід дотепер не здійснено. Зокрема конструкція ременя, описана в цьому патенті, суперечить основній передумові конструкції 1 UA 99580 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ременя, тобто несучий каркас ременя, який передає обертальний момент, повинен бути кордною тканиною або іншим міцним шаром замість шару гуми, і таким чином, принцип конструювання, що усуває проблему "з'їдання зубців", у зазначеному патенті порушений, і зазначений патент по суті не вирішує проблему "з'їдання зубців", незважаючи на те, що вона є дуже серйозною, таким чином, термін служби такого ременя є дуже коротким, і по суті він не може бути використаний у нормальному виробництві. У патентній публікації Китаю CN201187558Y описана нафтоперегінна установка із пристроєм клиноремінної передачі, оснащеної зубчастим ременем. Описана конструкція запобігає виникненню проковзування завдяки трапецієподібним виступам, спеціально розташованим на ремені у відповідності до канавок, які мають трапецієподібний профіль і розташовані на ремінному шківі. Через те, що в конструкції не усунутий натяг, що виникає при практичному застосуванні через пружне проковзування й пружну деформацію ременя, трапецієподібні виступи, що розташовані на ремені, і трапецієподібні канавки, що розташовані на ремінному шківі, не забезпечують досягнення повної відповідності й зачеплення, і виникає натяг між зазначеними трапецієподібними виступами й зазначеними трапецієподібними канавками. "Трапецієподібні канавки", розташовані на жорсткому (твердому) ремінному шківі, "з'їдають" "трапецієподібні виступи", розташовані на гнучкому (м'якому) ремені, тобто має місце ефект "з'їдання зубця". При цьому зазначений ефект "з'їдання зубця" буде завжди тривати при його виникненні, і трапецієподібні канавки, розташовані на твердому ремінному шківі, завжди будуть "з'їдати"' "трапецієподібні виступи", розташовані на ремені, поки зазначені "трапецієподібні виступи" не будуть повністю "з'їдені". Крім того, такий руйнівний ефект "з'їдання зубців" призведе до того, що зубці ременя будуть повністю "з'їдені" протягом короткого часу. І "з'їдання" "трапецієподібних виступів", розташованих на ремені, вказує, що технічний ефект запобігання проковзуванню завдяки відповідності між "трапецієподібними виступами", розташованими на ремені, і "трапецієподібними канавками", розташованими на ремінному шківі, заявлений у цьому патенті, не може бути досягнутий. У даному винаході запропонована інноваційна система складеної клиноремінної передачі, яка усуває недоліки відомих передач різних видів. У даному винаході запропонована система складеної клиноремінної передачі, яка ефективно усуває виникнення проковзування, покращує к.к.д. передачі, зменшує деформацію ременів, збільшує термін служби ременів, вирішуючи проблему проковзування й холостого обертання відомих ремінних передач. Згідно з даним винаходом вищевказана технічна проблема усунута наступним технічним рішенням: система клиноремінної передачі містить малий шків, виконаний із можливістю роботи як ведучий шків, і великий шків, виконаний із можливістю роботи як ведений шків, причому зазначений малий шків виконаний із можливістю керування обертанням зазначеного великого шківа за допомогою клинового ременя, і зазначений великий шків є робочим шківом На зазначеному великому шківі розташована ремінна канавка, виконана відповідно до клинового ременя. Фрикційна передача забезпечена відповідністю між двома бічними поверхнями зазначеної ремінної канавки й двома бічними поверхнями клинового ременя. Ремінна канавка розташована на зазначеному малому шківі й виконана відповідно до клинового ременя, а фрикційна передача також забезпечена відповідністю між двома бічними поверхнями зазначеної ремінної канавки, розташованої на малому шківі, і двома бічними поверхнями клинового ременя. Опуклі й увігнуті зубці рівномірно розташовані на нижній поверхні ремінної канавки зазначеного малого шківа. Зазначені увігнуті зубці, розташовані на нижній поверхні ремінної канавки зазначеного малого шківа, містять сегмент зачеплення, розташований у самому нижньому кінці. Зубці ременя, виконані з можливістю кочення в зазначений сегмент, і зубці ременя, виконані з можливістю кочення із зазначеного сегмента, симетрично розташовані по обидва боки зазначеного сегмента зачеплення. Зазначені зубці ременя, виконані з можливістю кочення в зазначений сегмент, і зубці ременя, виконані з можливістю кочення із зазначеного сегмента, виконані з можливістю взаємодії з опуклими зубцями на обох частинах увігнутих зубців, розташованих на малому шківі. Опуклі й увігнуті зубці рівномірно розташовані на внутрішній нижній поверхні зазначеного клинового ременя. Опуклі зубці, розташовані на внутрішній нижній поверхні зазначеного клинового ременя, виконані з можливістю здійснення передачі зачепленням із сегментом зачеплення, розташованим на нижній поверхні ремінної канавки, розташованої на зазначеному малому шківі. Форми й розміри увігнутих зубців, розташованих на внутрішній нижній поверхні клинового ременя, і опуклих зубців, розташованих на внутрішній нижній поверхні клинового ременя, є однаковими. Опуклі зубці, що розташовані на малому шківі, виконані з можливістю стиснення у відповідності з увігнутими зубцями таким чином, що між нижньою частиною увігнутих зубців, розташованих на зазначеному клиновому 2 UA 99580 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ремені, залишаються зазори, які таким чином забезпечують розсіювання тепла, виділеного ременем на шківі, і зменшують напругу згину ременя. У даному винаході великий шків, який служить веденим шківом, формує фрикційну передачу ковзання, у той час як малий шків, який служить ведучим шківом, формує складену передачу, яка сполучає фрикційну передачу ковзання з передачею зачепленням, і у випадку перенавантаження із фрикційною передачею кочення. У режимі ремінної передачі лінійні швидкості великого шківа й малого шківа є рівними, але їхні діаметри є різними, і таким чином кутові швидкості великого й малого шківів є різними, при цьому кути обхвату зазначених шківів також є різними, зокрема кут обхвату великого шківа перевищує 180°, а кут обхвату малого шківа менше 180°. Завдяки широкому куту обхвату й великому діаметру великого шківа довжина контактної області між клиновим ременем і великим шківом набагато перевищує довжину контактної області між клиновим ременем і малим шківом, і площа контакту між клиновим ременем і великим шківом більше площі контакту між клиновим ременем і малим шківом, і таким чином проковзування з більшою ймовірністю може виникнути на малому шківі, а холосте обертання з більшою ймовірністю може виникнути на великому шківі. Великий шків, який служить як ведений шків, є робочим шківом, і холосте обертання на великому шківі означає втрату потужності й марну роботу. Для підвищення ефективності необхідно усунути проблему виникнення холостого обертання на великому шківі, крім того, для усунення проблеми виникнення холостого обертання на великому шківі, насамперед, необхідно усунути проблему проковзування на малому шківі. Для усунення проблеми проковзування на малому шківі в нижній частині ремінної канавки, що розташована на малому шківі, розташований сегмент зачеплення. Зазначений сегмент зачеплення усуває виникнення проковзування за допомогою зачеплення між сегментом зачеплення й опуклими зубцями, розташованими на клиновому ремені. Незважаючи на те, що передача зачепленням працює тільки під час зачеплення сегмента між клиновим ременем і малим шківом і тільки в сегменті зачеплення, на малому шківі розташовані опуклі й увігнуті зубці, відповідно до теорії зачеплення. В області передачі, за винятком області зачеплення на малому шківі, через вплив розтягування й згинання, каркас ременя й зубці ременя згідно із даним винаходом подовжуються й розширюються. Форма розширених зубців деформована до тієї ж форми й того ж розміру, що й форма зубців малого шківа при стисненні зубців твердого малого ременя, коли розширені зубці вступають у площу зачеплення, і це забезпечує нормальну роботу зачеплення. Оскільки тільки один сегмент у нижній частині малого шківа розташований на основі теорії зачеплення, а зубці ременя, що котяться в сегмент, і зубці ременя, що котяться із сегмента, розташовані по обидва боки сегмента зачеплення, то зазначена конструкція зменшує ймовірність блокування зубців, розташованих на клиновому ремені, зубцями, розташованими на малому шківі, а також запобігає ефекту "з'їдання зубців", зменшує зношування клинового ременя й збільшує термін служби клинового ременя. Конструкції зубців, розташованих на малому шківі, повністю відмінні від зубчастого ременя передачі зачепленням, і система складеної передачі, запропонована в даному винаході, по суті застосовна в пристроях великої потужності, з високим навантаженням і з великим передавальним числом. Теорія зачеплення, що використовує зубчастий ремінь, по суті не досягає зазначеної задачі. Крім того, сегмент зачеплення можна регулювати. Через наявність твердих зубців, розташованих на малому шківі, подовження ременя передачі, викликане його пружною деформацією, може бути відновлене в сегменті зачеплення. При нормальній роботі опуклі зубці клинового ременя формують передачу зачепленням із сегментом зачеплення, розташованим на малому шківі, переміщення якого не є повним зачепленням між зубцями ременя й зубцями шківа, глибина зачеплення яких коротше радіуса зубців ременя, але, у випадку зміни навантаження або у випадку перенавантаження, зубці ременя полегшують вихід із зачеплення з наступним вступом у передачу тертям кочення, при якій зубці ременя котяться в сегмент і котяться із сегмента, який є внутрішньою частиною увігнутих зубців, розташованих на малому шківі, крім того, зазначена передача тертям кочення відбувається відповідно до кривої, якою переміщається точка контакту між сегментом зачеплення, розташованим у малому шківі, і опуклими зубцями клинового ременя. Таким чином, зазначена конструкція не тільки забезпечує точність передачі зачепленням, але також забезпечує захист ременя у випадку зміни навантаження або перенавантаження. У цьому полягає найбільш видатна новизна даного винаходу. При використанні даного винаходу передача між двома бічними поверхнями ременя й двома бічними поверхнями шківа забезпечена тертям ковзання, і в сегменті зачеплення опуклі зубці клинового ременя формують передачу зачепленням з ремінним шківом, якщо змінюється навантаження на передачу або виникає перенавантаження, клиновий ремінь знову формує передачу, забезпечену тертям кочення з малим шківом, зубці ременя навіть можуть знову здійснювати передачу зачепленням і 3 UA 99580 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 входять у зазначений сегмент зачеплення за допомогою зубців ременя, що котяться в сегмент, при підйомі по опуклих зубцях ременя в максимально обмеженому ступені. Зазначена система складеної передачі з тертям ковзання, переміщенням, зачепленням і тертям кочення оригінально вирішує проблему проковзування малого шківа, і в той же час вона також оригінально вирішує проблему, яка полягає в тому, що передача зачепленням не може бути захищена у випадку перенавантаження. Якщо зубці ременя знаходяться в процесі кочення по зубцях шківа, то традиційне тертя ковзання змінюється на тертя кочення, у результаті чого значно зменшується коефіцієнт тертя, значно збільшується термін служби ременя і зменшується витрата енергії тертя, і таким чином зазначений ремінь сприяє ефекту збереження енергії. У конструкції, в якій опуклі зубці, розташовані на ремінному шківі, менше увігнутих зубців, розташованих на клиновому ремені, між опуклими зубцями, розташованими на ремінному шківі, і нижньою частиною увігнутих зубців, розташованих на клиновому ремені, залишається зазор, який таким чином покращує розсіювання тепла й пом'якшує напруження згину ременя під час роботи й додатково збільшує термін служби ременя. Опуклі зубці клинового ременя спроектовані на основі теорії взаємодії з сегментом зачеплення, розташованим на нижній частині ремінної канавки, розташованої на ремінному шківі, при цьому форма увігнутих зубців, розташованих на клиновому ремені, ідентична формі опуклих зубців, і таким чином полегшується формування й виготовлення клинового ременя. Переважно форма зазначених зубців ременя, виконаних із можливістю кочення в сегмент, ідентична формі зазначених зубців ременя, виконаних із можливістю кочення із сегмента, а форма зубців ременя, виконаних із можливістю кочення в сегмент, і форма зубців ременя, виконаних із можливістю кочення із сегмента, є однією з наступних: дугоподібною, параболічною, евольвентою, еліптичною й циклоїдною. Радіус кривизни зубців ременя, виконаних із можливістю кочення в сегмент, і зубців ременя, виконаних із можливістю кочення із сегмента, більше радіуса кривизни сегмента зачеплення, а радіус кривизни опуклих зубців, розташованих на зазначеному малому шківі, менше радіуса кривизни сегмента зачеплення. Форма зубців ременя, виконаних із можливістю кочення в сегмент, і зубців ременя, виконаних із можливістю кочення з сегмента, забезпечує положення, при якому протягом зазначеного сегмента клиновий ремінь знаходиться саме в стані тертя кочення, при цьому радіус кривизни опуклих зубців, розташованих на малому шківі, сегмента зачеплення, зубців ременя, виконаних із можливістю кочення в сегмент, і зубців ременя, виконаних із можливістю кочення із сегмента, у свою чергу збільшений. Сегмент зачеплення спроектований на основі теорії зачеплення, і радіус кривизни опуклих зубців, розташованих на малому шківі, менше радіуса кривизни сегмента зачеплення, і таким чином залишається зазор між опуклими зубцями, розташованими на малому ремінному шківі, й увігнутими зубцями, розташованими на клиновому ремені, що покращує розсіювання тепла, а також сприяє зниженню напруження при згинанні ременя. Радіус кривизни зубців ременя, виконаних із можливістю кочення в сегмент, і зубців ременя, виконаних із можливістю кочення з сегмента, є максимальним, який може забезпечити клиновий ремінь, при цьому опуклі зубці з пружною деформацією можуть входити в увігнуті зубці малого шківа без розривів зубців ременя в момент входження малого ремінного шківа в контакт із клиновим ременем, і таким чином здійснюється передача зачепленням. Переважно зубці ременя, виконані з можливістю кочення в сегмент, і зубці ременя, виконані з можливістю кочення з сегмента, симетрично розташовані на двох сторонах зазначеного сегмента зачеплення, а передача між опуклими зубцями, розташованими на зазначеному клиновому ремені, виконана з можливістю забезпечення фрикційної передачі кочення з зубцями ременя, виконаними з можливістю кочення в зазначений сегмент, і зубцями ременя, виконаними з можливістю кочення із зазначеного сегмента. Радіус кривизни опуклих зубців клинового ременя відрізняється від радіуса кривизни зубців ременя, виконаних із можливістю кочення в сегмент, і зубців ременя, виконаних із можливістю кочення з сегмента, і таким чином забезпечується точковий контакт між зазначеними двома компонентами, що утворюють контакт, і здійснюється передача між ними за допомогою тертя кочення, при цьому зазначене тертя кочення є мінімальним і викликає мінімальне зношування ременя й малого ремінного шківа. Переважно зазначений сегмент зачеплення являє собою дугу, виконану з можливістю перехідного з'єднання з зазначеними зубцями ременя, виконаними з можливістю кочення в зазначений сегмент, і зазначеними зубцями ременя, виконаними з можливістю кочення із зазначеного сегмента, і опуклі зубці, розташовані на зазначеному малому ремінному шківі, являють собою дугу, виконану з можливістю перехідного з'єднання із зазначеними зубцями ременя, виконаними з можливістю кочення в зазначений сегмент, і зазначеними зубцями ременя, виконаними з можливістю кочення із зазначеного сегмента. Кожен сегмент підходить 4 UA 99580 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 для дугоподібного переходу, у результаті чого забезпечується хороша стійкість взаємодії й підвищується к.к.д. передачі. Переважно зазначені ремінні канавки, розташовані на зазначеному малому ремінному шківі, розділені на від 1 до 100 паралельних ремінних підканавок, розташованих уздовж напрямку осі ремінного шківа, а внутрішня нижня сторона зазначеного клинового ременя розділена на кількість клинових підременів, розташованих уздовж напрямку осі, рівну кількості зазначених ремінних підканавок, а бічні поверхні ремінних підканавок виконані з можливістю взаємодії тертям ковзання з бічними поверхнями зазначених клинових підременів, причому нижня сторона ремінних підканавок виконана з можливістю забезпечення складеної передачі, що поєднує в собі тертя ковзання й передачу зачепленням із внутрішньою нижньою стороною клинових підременів. Це покращує к.к.д. передачі й переміщення обертального моменту за допомогою одночасної передачі, здійсненої кількома групами. Переважно пошарова структура зазначеного клинового ременя містить шар кордної тканини, причому вище шару кордної тканини розташовані демпфуючий шар гуми, захисний шар тканини, демпфуючий шар гуми, широкий діагональний шар тканини, демпфуючий шар гуми й широкий діагональний шар тканини, які у свою чергу склеєні разом. Нижче зазначеного шару кордної тканини розташовані демпфуючий шар гуми, волоконний шар гуми, демпфуючий шар гуми, захисний шар тканини, демпфуючий шар гуми, волоконний шар гуми й демпфуючий шар гуми, які у свою чергу склеєні разом. Поверхня опукло-увігнутих зубців, розташованих на зазначеному клиновому ремені, оснащена еластичним шаром тканини. Така конструкція підвищує жорсткість ременя й запобігає його розриву. Переважно між верхньою частиною опуклих зубців, розташованих на зазначеному малому шківі, і нижньою частиною увігнутих зубців, розташованих на зазначеному клиновому ремені, залишений зазор h, а радіус кривизни увігнутих зубців, розташованих на клиновому ремені, є величиною R, описаною нерівністю: 0,2 ммh