PL202370B1 - Układ klinowego paska synchronicznego - Google Patents

Abstract

Uk lad klinowego paska synchronicznego zawie- raj acy element bezko ncowy posiadaj acy powierzch- ni e sprz ezon a z ko lem pasowym i przeciwleg le po- chylone boki oraz co najmniej jeden rozci agliwy czlon przebiegaj acy wzd lu z g lównej osi A elementu bezko ncowego oraz ko lo pasowe z rowkiem klino- wym o pierwszej srednicy i z ebate ko lo pasowe o drugiej srednicy, gdzie pierwsza srednica jest wi ek- sza ni z druga srednica. Wynalazek charakteryzuje si e tym, ze powierzchnia sprz egana z ko lem paso- wym (14, 22) i przeciwleg le pochylone boki (12, 13) sa usytuowane po tej samej stronie elementu bez- ko ncowego (10), a element bezko ncowy jest nap e- dowo sprzezony z rowkiem klinowego ko la pasowe- go (18) i z z ebatym ko lem pasowym (16), przy czym element bezko ncowy (10) ma okre slony naci ag, za s podczas zmiany obciazenia chwilowy po slizg wyst e- puje pomi edzy przeciwleg lymi pochy lymi bokami (12, 13) a rowkiem klinowego ko la pasowego (18). PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ klinowego paska synchronicznego.

Przenoszenie mocy przez napęd paskowy zwykle odbywa się za pomocą jednego z dwóch rodzajów pasków. Są to zasadniczo albo pasek synchroniczny, albo pasek klinowy. Paski synchronizujące obejmują paski z zębami na powierzchni sprzęganej z kołem pasowym. Te zęby sprzęgają się z zę batym koł em pasowym. Paski synchronizują ce wymuszają sprzężenie z koł em pasowym, w którym pracują, przez co możliwe jest przenoszenie dużego momentu obrotowego.

Paski klinowe obejmują pasek posiadający boki cięte pod uprzednio określonym kątem. Boki paska pracują w pojedynczym rowku na klinowym kole pasowym. Działają one przy mniejszych momentach obrotowych, ale za to pracują ciszej niż pasek synchronizujący. Ponadto paski klinowe ślizgają się pod obciążeniem, kiedy przyłożone obciążenie przekracza możliwości przenoszenia mocy koła pasowego o najmniejszej średnicy lub owiniętym obwodzie. W konsekwencji przenoszona moc lub moment obrotowy są określone i ograniczone przez średnicę najmniejszego koła pasowego w układzie. W układach napędowych o dużym przełożeniu ma to szczególne działanie ograniczające, ponieważ zmniejszony kąt opasania wokół mniejszego koła pasowego znacznie zmniejsza zdolność przenoszenia mocy napędowej i momentu obrotowego.

Chociaż napędy synchroniczne rozwiązują liczne wady napędów z paskiem klinowym, powstają inne szkodliwe czynniki. Obejmują one konieczność stosowania drogich zębatych kół pasowych z bocznymi koł nierzami. Są one szczególnie problematyczne, kiedy stosuje się duż e koł a pasowe, ze względu na koszt wytworzenia dużych kół pasowych. Ponadto ze względu na wymuszone sprzężenie paska/napędu synchronicznego całe udarowe obciążenie przy uruchamianiu jest przenoszone przez układ, co może spowodować przeciążenie części konstrukcji. To z kolei wymaga cięższych części. Paski synchronizujące mogą również powodować wyższe poziomy hałasu niż paski klinowe, zwłaszcza przy dużych prędkościach.

Ponieważ w przypadku pasków klinowych pracujących na kołach pasowych o małej średnicy trzeba utrzymywać wysoki poziom naciągu paska, by zmniejszyć tendencję do poślizgu, oznacza to duże obciążenie łożysk i części konstrukcji. Pasek klinowy umożliwiający ograniczony poślizg przy uruchamianiu i podczas zmian obciążenia zmniejszy amplitudę krótkotrwałych obciążeń szczytowych.

Znany jest ze stanu techniki patent US 4332576 (Stecklein i inni) przedstawiający jednopasmowy lub wielopasmowy uformowany pasek klinowy z wycięciami. Wycięcia te mają zasadniczo kształt sinusoidalny, który służy do rozkładania i minimalizowania naprężeń gnących. Paski takie mają częściowo zastosowaną tkaninę wzdłuż zewnętrznej powierzchni ściskanej sekcji, by zapobiegać pękaniu.

Znany jest również patent US 4657526 (Tangorra i inni), który opisuje pasek klinowy z warstwami i włóknami zorientowanymi w określonych kierunkach, posiadający wycięcia lub zęby rozmieszczone poprzecznie względem kierunku wzdłużnego. Wynalazek przeznaczony jest do stosowania tylko w jednorowkowym kole pasowym i nie podano nic na temat stosowania przedstawionego paska z synchronizującym lub zębatym kołem pasowym.

Zęby paska opisanego w stanie techniki są przewidziane jako elementy zmniejszające naprężenia w ściskanej sekcji paska, to znaczy jako wycięcia. Umożliwiają one ruch paska wokół koła pasowego przy zmniejszonym naprężeniu w sekcji ściskanej. Stanowi to przeciwieństwo wobec wycięć w pasku przeznaczonych do sprzężenia z zębami synchronizującego koła pasowego do przenoszenia napędu. Stan techniki nie podaje żadnych informacji o pasku mającym synchronizujący profil z profilem paska klinowego używanego do przenoszenia napędu.

Potrzebny jest klinowy pasek synchroniczny z powierzchnią sprzężenia z zębatym kołem pasowym całkowicie przykrytą warstwą przykrywającą. Potrzebny jest również klinowy pasek synchroniczny posiadający sprzęgane z kołem pasowym, przeciwległe pochylone powierzchnie boczne do sprzężenia z klinowym kołem pasowym. Niniejszy wynalazek spełnia to zapotrzebowanie.

Układ klinowego paska synchronicznego zawiera element bezkońcowy posiadający powierzchnię sprzężoną z kołem pasowym i przeciwległe pochylone boki oraz co najmniej jeden rozciągliwy człon przebiegający wzdłuż głównej osi A elementu bezkońcowego. Powierzchnia sprzężona z kołem pasowym ma kształt dopasowany do zębatego koła pasowego, a przeciwległe pochylone boki tworzą pomiędzy sobą kąt α do sprzężenia z rowkiem koła klinowego. Ponadto, układ zawiera koło pasowe z rowkiem klinowym o pierwszej średnicy i zębate koło pasowe o drugiej średnicy, gdzie pierwsza średnica jest większa niż druga średnica.

PL 202 370 B1

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że powierzchnia sprzęgana z kołem pasowym i przeciwległe pochylone boki są usytuowane po tej samej stronie elementu bezkońcowego, a element bezkońcowy jest napędowo sprzężony z rowkiem klinowego koła pasowego i z zębatym kołem pasowym, przy czym element bezkońcowy ma określony naciąg, zaś podczas zmiany obciążenia chwilowy poślizg występuje pomiędzy przeciwległymi pochyłymi bokami a rowkiem klinowego koła pasowego.

Korzystnie, profil sprzęgany z kołem pasowym zawiera zęby usytuowane poprzecznie do głównej osi elementu bezkońcowego.

Korzystnie, układ zawiera przykrywającą warstwę na powierzchni sprzęganej z kołem pasowym.

Ponadto, układ według wynalazku w korzystnym wariancie zawiera włókna wystające z przeciwległych pochyłych boków.

Korzystnie, element bezkońcowy ma kąt β opasania wokół klinowego koła pasowego oraz element bezkońcowy ma kąt δ opasania wokół zębatego koła pasowego, przy czym kąt β jest większy niż kąt δ.

Korzystnie, układ zawiera tylko dwa zębate koła pasowe.

Warstwa przykrywająca przedłuża żywotność paska i zmniejsza hałas. Przeciwległe boki mogą być cięte, szlifowane lub formowane. Po uruchomieniu pasek klinowy ślizga się nieco w rowku koła klinowego, przez co zmniejsza się początkowe udarowe obciążenie układu. Dlatego granicę przenoszenia mocy określa wielkość i kąt opasania większego klinowego koła pasowego. Synchronizujące koło pasowe zapewnia wymuszone mechaniczne sprzężenie paska, co pozwala na przenoszenie o 30% większego momentu obrotowego przez układ według wynalazku przy równoczesnym zmniejszeniu hałasu przy działaniu w zależności od parametrów konstrukcyjnych układu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawia ten układ paska klinowego w widoku perspektywicznym z wyrwaniem.

Na rysunku element bezkońcowy 10 lub pasek pokazano pomiędzy synchronizującym zębatym kołem pasowym 16 a klinowym kołem pasowym 17. Synchronizujące zębate koło pasowe 16 i klinowe koło pasowe 17 są połączone z wirującymi wałami (nie pokazano) według wymagań użytkownika. Element bezkońcowy 10 w postaci paska zawiera górny kord 11 i dolny kord 19. Górny kord 11 i dolny kord 19 mogą zawierać dowolny materiał znany w dziedzinie pasków synchronizujących lub klinowych, łącznie - ale bez ograniczenia - z materiałami elastomerycznymi lub uretanowymi. Element bezkońcowy 10 w postaci paska zawiera również rozciągliwe kordy 15. Te rozciągliwe kordy 15 są usytuowane równolegle do głównej osi A paska. Rozciągliwe kordy 15 mogą zawierać dowolny materiał znany w dziedzinie pasków synchronizujących lub klinowych, łącznie - ale bez ograniczenia - z włóknami szklanymi, aramidowymi nylonowymi, poliestrowymi lub z PBO. Kordy rozciągliwe mogą być skręcone lub splecione.

Materiał elastomeryczny może również zawierać włókna krótkie (nie pokazano), które wystają z boków 12, 13. Te włókna krótkie zmniejszają hałas przy działaniu paska. Włókna te mają długość 0,5-6 mm i średnicę 0-18 μm. Włókna te zawierają dowolny znany w tej dziedzinie materiał, łącznie ale bez ograniczenia - z włóknami organicznymi, włóknami nieorganicznymi, bawełną, masą włóknistą, aramidem, kewlarem (KEVLAR™) i PBO.

Zęby 14 są poprzeczne względem dolnego kordu 19. Zęby te są przeznaczone do współdziałania z zębatą powierzchnią 23 synchronizującego koła pasowego 16. Rowki pomiędzy zębami koła 16 mogą być sprzęgane z zębami paska, jak to jest znane. Profil zęba paska może również być dowolnym znanym w tej dziedzinie profilem, łącznie z kształtami łukowymi i trapezoidalnymi. Odstęp zębów lub podziałka ρ jest określona przez użytkownika, ale może być przykładowo, bez ograniczenia, w zakresie 3-4 mm. Inne podziałki są możliwe w zależności od wymagań konstrukcyjnych użytkownika. Dolny kord 19 może mieć przykrywającą warstwę 22. Ta przykrywająca warstwa może zawierać ale bez ograniczenia - nylon, tkaninę lub włókninę, znane w tej dziedzinie. Przykrywająca warstwa 22 zmniejsza hałas i przedłuża żywotność paska. Przykrywająca warstwa 22 przykrywa całą zewnętrzną powierzchnię dolnego kordu 19, która styka się z synchronizującym kołem pasowym 16, przy czym ta przykrywająca warstwa 22 przebiega pomiędzy bokami 12, 13.

Koło pasowe 17 jest znanym kołem klinowym. Ma ono kąt rowka, który współpracuje z kątem α boku paska. Przeciwległe boki 12 i 13 paska tworzą kąt α. Kąt rowka w kole może być równy kątowi α pomiędzy bokami paska, albo może być do 12° mniejszy niż ten kąt α. Pasek jest cięty, szlifowany lub formowany, aby utworzyć przeciwległe boki 12, 13 zbieżne pod kątem α. Przez cięcie, szlifowanie lub formowanie boki paska uzyskują również współczynnik tarcia odpowiedni do przewidywanego działania, co jest znane w tej dziedzinie. Wartości kąta α są w zakresie 30-60°. W konsekwencji pasek będzie

PL 202 370 B1 działać w dowolnym dostępnym w handlu kole klinowym oraz będzie spełniać określone wymagania konstrukcyjne użytkownika.

Zastąpienie mniejszego koła klinowego kołem synchronizującym zwiększa zdolność przenoszenia mocy układu w stosunku do systemu czysto klinowego bez konieczności zwiększania naciągu paska. Zwiększony naciąg paska powoduje też skrócenie jego żywotności. Ponadto w systemie czysto klinowym zmniejszony kąt β opasania paska na mniejszym kole w systemach napędowych o dużych stosunkach prędkości zmniejsza właściwości przenoszenia mocy systemu. W konsekwencji ponieważ w kole synchronicznym nie ma poślizgu, granica przenoszenia mocy paska według wynalazku jest określona przez wielkość i kąt opasania większego koła klinowego.

Po uruchomieniu szczytowe obciążenia przejściowe są zmniejszane przez poślizg paska i jego promieniowy ruch w większym kole klinowym. Stosunkowo duży kąt opasania β w kole klinowym 17 zapewnia, że zdolność przenoszenia mocy jest kompatybilna ze zdolnością przenoszenia mocy mniejszego koła synchronizującego, a wszystko to przy mniejszym naciągu. Po uruchomieniu występuje poślizg paska pomiędzy jego przeciwległymi bokami 12, 13 a bokami rowka klinowego 18 koła 17. Poślizg paska odbywa się na krótkim odcinku i ma krótki czas trwania.

Chociaż opisano tu jedną postać realizacji wynalazku, dla fachowców jest oczywiste, że można wprowadzić zmiany w konstrukcji i we wzajemnej zależności części nie odchodząc od zakresu opisanego wynalazku.

Claims (6)

1. Układ klinowego paska synchronicznego zawierający element bezkońcowy posiadający powierzchnię sprzężoną z kołem pasowym i przeciwległe pochylone boki oraz co najmniej jeden rozciągliwy człon przebiegający wzdłuż głównej osi A elementu bezkońcowego, gdzie powierzchnia sprzężona z kołem pasowym ma kształt dopasowany do zębatego koła pasowego, a przeciwległe pochylone boki tworzą pomiędzy sobą kąt α do sprzężenia z rowkiem koła klinowego, ponadto układ zawiera koło pasowe z rowkiem klinowym o pierwszej średnicy i zębate koło pasowe o drugiej średnicy, gdzie pierwsza średnica jest większa niż druga średnica, znamienny tym, że powierzchnia sprzęgana z kołem pasowym (14, 22) i przeciwległe pochylone boki (12, 13) są usytuowane po tej samej stronie elementu bezkońcowego (10), a element bezkońcowy jest napędowo sprzężony z rowkiem klinowego koła pasowego (18) i z zębatym kołem pasowym (16), przy czym element bezkońcowy (10) ma określony naciąg, zaś podczas zmiany obciążenia chwilowy poślizg występuje pomiędzy przeciwległymi pochyłymi bokami (12, 13) a rowkiem klinowego koła pasowego (18).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że profil sprzęgany z kołem pasowym zawiera zęby (14) usytuowane poprzecznie do głównej osi (A) elementu bezkońcowego (10).

3. Układ według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera przykrywającą warstwę (22) na powierzchni sprzęganej z kołem pasowym (14, 22).

4. Układ według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że zawiera włókna wystające z przeciwległych pochyłych boków (12, 13).

5. Układ według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że element bezkońcowy (10) ma kąt (β) opasania wokół klinowego koła pasowego (17) oraz element bezkońcowy (10) ma kąt (δ) opasania wokół zębatego koła pasowego (16), przy czym kąt (β) jest większy niż kąt (δ).

6. Układ według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że zawiera tylko dwa zębate koła pasowe (16) i (17).