Ременная передача

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в передачах с гибкими звеньями. Ременная передача включает ведущий шкив (1), по меньшей мере один ведомый шкив и натяжное устройство. Натяжное устройство состоит из первого рычага (2) с закрепленным на нем роликом (3) ведущей ветви ремня (4) и второго рычага (5) с закрепленным на нем роликом (6) ведомой ветви ремня (7). Рычаги соединены друг с другом механической связью (10) с возможностью передачи усилий от натяжения ведущей ветви ремня (4) к ведомой (7). Ведомый шкив передачи может быть использован в качестве ролика. Данное изобретение позволит упростить конструкцию, повысить эффективность и надежность работы ременной передачи. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в передачах с гибкими звеньями.

Из современного уровня техники известно, что основным недостатком ременных передач, приводящим к повышенным потерям на трение и понижению долговечности ремня и подшипников, является необходимость натяжения ремня в соответствии с максимальной нагрузкой передачи, действующей сравнительно редко. Этот недостаток устранен в передачах, натяжение в которых увеличивается пропорционально передаваемому моменту, однако известные схемы натяжных устройств не находят широкого применения из-за сложности и дороговизны.

В частности, известна ременная передача, включающая ведущий шкив, натяжное устройство, состоящее из двух роликов, имеющих по два радиальных наружных фланца и среднюю часть меньшего диаметра, причем ведущий шкив расположен между роликами натяжного устройства таким образом, что ремень привода огибает ведущий шкив и оба ролика натяжного устройства (Патент США N 4019397 от 26.04.77 г., МКИ F 16 H 7/00, 7/12, 7/10; НКИ 74-227).

Недостатками указанной ременной передачи являются ее большая материалоемкость и повышенные габариты, так как ведомый шкив и ролики имеют дополнительные элементы - фланцы, диаметром заведомо большим, чем диаметры их средней части. Кроме того, работа натяжного устройства непосредственно с ведущим шкивом ограничивает возможность широкого применения передачи, например, в двигателестроении.

Известна также система натяжения с первым и вторым натяжными устройствами для эксцентричного перемещения ролика. Первое натяжное устройство имеет пружину, автоматически перемещающую ролик первой передачи. Система работает таким образом, что первое натяжное устройство, имеющее пружину, соединено со вторым так, что реактивные усилия, возникающие в первой передаче при работе по меньшей мере в верхнем диапазоне нагрузок, с целью перемещения ролика в направлении увеличения натяжения ремня, могут передаваться на второе натяжное устройство (Заявка ФРГ N OS3814525, от 17.11.88 г.; МКИ⁴ F 02 B 67/06).

Недостатком указанной системы натяжения является то, что она имеет пружину и поэтому работает с предварительным натяжением ремня, что снижает эффективность передачи в целом, а особенно сказывается на ресурсе ремня - самого недолговечного звена передачи.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, повышение эффективности и надежности работы ременной передачи (далее по тексту - передачи).

Достигается это тем, что в передаче, включающей ведущий шкив, по меньшей мере один ведомый шкив, а также натяжное устройство, состоящее из первого рычага с закрепленным на нем роликом ведущей ветви ремня и второго рычага с закрепленным на нем роликом ведомой ветви ремня, первый и второй рычаги соединены друг с другом посредством механической связи с возможностью передачи усилий от натяжения ведущей ветви ремня к ведомой ветви ремня, при этом силовое передаточное отношение рычагов натяжного устройства определено выражением: (1) где i - силовое передаточное отношение рычагов натяжного устройства при передаче усилий от натяжения ведущей ветви ремня к ведомой ветви ремня; Q₁ - равнодействующая от сил натяжения ведущей ветви ремня, (H); Q₂ - равнодействующая от сил натяжения ведомой ветви ремня, (H); k - коэффициент тяги ременной передачи; f₁ - угол обхвата ролика ведущей ветвью ремня, (град.); f₂ - угол обхвата ролика ведомой ветвью ремня, (град.).

Ролики и ведущий шкив передачи не имеют дополнительных фланцев, что снижает вес, уменьшает габариты, упрощает конструкцию и позволяет разместить натяжное устройство в любом месте передачи. Отсутствие в конструкции пружины дает возможность обойтись без предварительного натяжения ремня во всем диапазоне нагрузок передачи.

Упрощение передачи может быть достигнуто тем, что первый и второй рычаги натяжного устройства размещены на общей оси и связаны друг с другом посредством механической связи. В этом случае силовое передаточное отношение рычагов натяжного устройства при передаче усилий от сил натяжения ведущей ветви ремня к ведомой ветви ремня также определяется выражением (1).

С целью упрощения передачи ведомый шкив передачи может быть применен в качестве ролика.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 схематично изображена передача с действующими в ветвях ремня силами натяжения и равнодействующими от сил натяжения, а также натяжное устройство с рычагами, роликами и механической связью.

На фиг. 2 схематично изображено натяжное устройство с первым и вторым рычагами, размещенными на общей оси и связанными друг с другом посредством механической связи, а также равнодействующими от сил натяжения ремня.

Передача содержит ведущий шкив 1, по меньшей мере один ведомый шкив (позиция не показана), натяжное устройство, состоящее из первого рычага 2 с закрепленным на нем роликом 3 ведущей ветви ремня 4, из второго рычага 5 с закрепленным на нем роликом 6 ведомой ветви ремня 7, осей рычагов 8 и 9 и механической связи 10.

Оси 8 и 9 рычагов 2 и 5 закреплены на станине (основе) 11 передачи. Для предотвращения спадания ремня, компенсирования разбросов в размерах, а также исключения проскальзывания ремня в начальный период движения на станине 11 имеется стопор 12, который может быть выполнен в виде винта.

При размещении рычагов на общей оси 13, они связаны друг с другом посредством механической связи 14.

Передача работает следующим образом.

Предлагаемая конструктивная схема натяжного устройства с роликами 3 и 6, охватываемыми ветвями ремня 4 и 7 и закрепленными на качающихся рычагах 2 и 5, соединенных посредством механической связи 10, позволяет поддерживать натяжение ремня в зависимости от нагрузки за счет окружной силы, приложенной к ведущему шкиву 1. Условие распределения сил натяжения между ведомой 7 и ведущей 4 ветвями будет определяться длиной плеч рычагов 2 и 5 и углами обхвата роликов 3 и 6 ветвями ремня 4 и 7. Оптимальные длины плеч и величины углов обхвата могут быть определены исходя из следующего.

Рассматривая первый 2 и второй 5 рычаги относительно осей вращения E и F, можно написать следующие зависимости: ω₁ = V_A/AE = V_C/CE, (2) ω₂ = V_B/BF = V_D/DF, (3)
Q₁/R = CE/AE, (4)
Q₂/R = DF/BF, (5)
где ω₁, ω₂ - угловые скорости первого и второго рычагов относительно осей вращения E и F, (сек^-1);
V_A, V_B, V_C, V_D - скорости соответствующих индексу точек рычагов, (м/сек);
AE, BF, CE, DF - длины соответствующих плеч рычагов, (м);
R и R' - силы в механической связи, (H).

Разделив выражение (2) на выражение (3), а выражение (5) на выражение (4) и проведя элементарные преобразования с очевидным условием R=R', получим следующее:
i_A-B = (i_A-C) · (i_D-B) = (AE/CE) · (DF/BF), (6)
Q₂/Q₁ = (AE/CE) · (DF/BF), (7)
где i_A-B - передаточное отношение натяжного устройства от точки A до точки B;
i_A-C - передаточное отношение рычага от точки A до точки C;
i_D-B - передаточное отношение рычага от точки D до точки B.

Или, приравнивая (6) и (7):
i_A-B = Q₂/Q₁ = i, (8)
где i есть, принимая силу на входном звене Q₁, а на выходном Q₂, по определению (Крайнев А.Ф., Словарь-справочник по механизмам, М., "Машиностроение", 1987 г., стр. 275), силовое передаточное отношение.

Величина равнодействующих Q₁ и Q₂ от сил натяжения S₁ и S₂ ветвей ремня 4 и 7 (см. фиг.1), без учета потерь на роликах, определяется нижеприведенными зависимостями; точки их приложения будут совпадать с центрами A и B роликов 3 и 6.

Q₁ = 2·S₁·sin(f₁/2), (9)
Q₂ = 2·S₂·sin(f₂/2), (10)
где S₁ - сила натяжения ведущей ветви ремня, (H);
S₂ - сила натяжения ведомой ветви ремня, (H).

Или, учитывая (8):

Из этого выражения следует, что при заданных геометрических параметрах передачи (диаметры, координаты шкивов и роликов, направление ветвей ремня) при равновесном положении рычагов натяжного устройства одному определенному силовому передаточному отношению должно соответствовать определенное соотношение сил натяжения S₁ и S₂ в ветвях ремня 4 и 7.

Критерием рациональной работы передачи, а значит и рационального соотношения натяжения ветвей ремня и передаваемого момента, служит коэффициент тяги передачи (Решетов Д.Н., Детали машин, М., "Машиностроение", 1974 г., стр. 217):
k = P/(S₁+S₂), (12)
где P - окружная сила ведущего шкива, (H).

Решая уравнение (12) с очевидной зависимостью P=S₁-S₂, получаем необходимое и достаточное для любых условий работы передачи соотношение сил натяжения ветвей ремня:

Используя выражения (11) и (13), получаем ранее упомянутое выражение (1):

Как известно, оптимальная нагрузка передачи лежит в зоне критических значений коэффициента тяги k_кр, где наиболее высокий КПД передачи (Решетов Д. Н. , Детали машин, М. , "Машиностроение", 1974 г., стр. 218). Поэтому, принимая k= k_кр= k_оп, из выражения (1) определяем величину силового передаточного отношения i, при котором передача будет работать с оптимальным коэффициентом тяги.

При проектировании передачи, зная точки приложения сил Q₁ и Q₂ и направление их действия, с учетом силового передаточного отношения в соответствующих пропорциях назначаются длины плеч действия сил от натяжения ветвей ремня относительно осей 8 и 9, конфигурация рычагов 2 и 5 и вид связи 10 ограничиваются только условиями компоновки передачи в целом.

Частный случай
Соотношение сил натяжения S₁ и S₂ ведущей и ведомой ветвей ремня (без учета центробежных сил) определяется по известному уравнению Л.Эйлера (Решетов Д.Н., Детали машин, М., "Машиностроение", 1974 г., стр. 215):
(16)
где e - основание натуральных логарифмов;
ϕ - коэффициент трения;
β - угол скольжения, (рад).

Тогда, используя (11), получим следующую зависимость

Данное выражение позволяет, в соответствии со всем вышеизложенным, определить длины плеч рычагов 2 и 5 относительно осей 8 и 9 из условия постоянства величины угла скольжения β.

Предлагаемая передача не имеет недостатков, присущих передачам с постоянным, рассчитанным на максимальные нагрузки, натяжением ремня, так как простое по конструкции и в изготовлении натяжное устройство поддерживает во всем диапазоне оптимальное натяжение, что в значительной степени позволяет увеличить ресурс передачи и повысить эффективность работы.

Формула изобретения

1. Ременная передача, включающая ведущий шкив, по меньшей мере один ведомый шкив, натяжное устройство, состоящее из первого рычага с закрепленным на нем роликом ведущей ветви ремня, второго рычага с закрепленным на нем роликом ведомой ветви ремня, отличающаяся тем, что первый и второй рычаги соединены друг с другом посредством механической связи с возможностью передачи усилий от натяжения ведущей ветви ремня к ведомой ветви ремня, при этом силовое передаточное отношение рычагов натяжного устройства определено выражением

где i - силовое передаточное отношение рычагов натяжного устройства при передаче усилий от натяжения ведущей ветви ремня к ведомой ветви ремня;
Q₁ - равнодействующая от сил натяжения ведущей ветви ремня, (Н);
Q₂ - равнодействующая от сил натяжения ведомой ветви ремня, (Н);
k - коэффициент тяги ременной передачи;
f₁ - угол обхвата ролика ведущей ветвью ремня, (град.);
f₂ - угол обхвата ролика ведомой ветвью ремня, (град.).

2. Ременная передача по п.1, отличающаяся тем, что ведомый шкив передачи использован в качестве ролика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2