RU2389923C1

RU2389923C1 - Wedge-shaped belt

Info

Publication number: RU2389923C1
Application number: RU2009101541/11A
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Шилько (BY); Сергей Викторович Шилько; Юрий Михайлович Плескачевский (BY); Юрий Михайлович Плескачевский; Сергей Борисович Анфиногенов (BY); Сергей Борисович Анфиногенов
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2010-05-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: driving belt is made out of oblique-angled reinforced elastomer material, also reinforcing is made in plane parallel to lengthwise axis of belt and to plane of pulley rotation. Angle between direction of reinforcing and lengthwise axis of the belt is 20°.

EFFECT: increased maximal force transferred with belt transmission avoiding special ties.

2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в клиноременных передачах.The invention relates to mechanical engineering and can be used in V-belt drives.

Для обеспечения сцепления со шкивом в клиноременной передаче создается натяжение ремня. Для регулировки натяжения к ремню прикладывается поперечное усилие, создаваемое пружиной /Пат. США №4634407, F16Н 7/10, опубл. 1987 г.; Пат. США №4985010, F16Н 7/08, опубл. 1992 г.; Заяв. Японии №18065, F16Н 13/04, опубл. 1992 г.; Заяв. Франции №2676790, F16G 1/00, опубл. 1993 г./, гидроцилиндром / Заяв. ЕПВ №0234732, F16Н 7/08, опубл. 1988 г.; Заяв. Германии №4035202, F16Н 7/08, F16L 7/08, опубл. 1992 г.; Пат. США №4985010, F16Н 7/08, опубл. 1992 г./ и т.п.To ensure traction with a pulley in a V-belt drive, belt tension is created. To adjust the tension, a lateral force is exerted on the belt by the spring / Pat. US No. 4634407, F16H 7/10, publ. 1987; Pat. US No. 4985010, F16H 7/08, publ. 1992; Application Japan No. 18065, F16H 13/04, publ. 1992; Application France No. 2676790, F16G 1/00, publ. 1993 /, hydraulic cylinder / Application. EPO No. 0234732, F16H 7/08, publ. 1988; Application Germany No. 4035202, F16H 7/08, F16L 7/08, publ. 1992; Pat. US No. 4985010, F16H 7/08, publ. 1992 / etc.

Недостатком указанных технических решений является необходимость использования специальных натяжных устройств, состоящих из нескольких элементов (гидроцилиндра или пружины, толкателя, ролика или колодки и т.д.).The disadvantage of these technical solutions is the need to use special tensioning devices consisting of several elements (hydraulic cylinder or spring, pusher, roller or pad, etc.).

Известны также конструкции приводных ремней, исключающие необходимость применения натяжных устройств.Drive belt designs are also known that eliminate the need for tensioning devices.

В частности, известен клиновидный ремень /А.с. СССР №1709144, F16G 3/00, F16G 5/22, опубл. 1992 г./, содержащий эластомерную основу, состоящую из слоев сжатия и растяжения, несущий слой и предварительно натянутый на заданную величину слой эластомера.In particular, the wedge-shaped belt / A.s. is known. USSR No. 1709144, F16G 3/00, F16G 5/22, publ. 1992 /, comprising an elastomeric base consisting of compression and tension layers, a carrier layer and an elastomer layer pre-tensioned by a predetermined amount.

Недостатком известного устройства является сложность изготовления, связанная с необходимостью предварительного натяжения на заданную величину слоя эластомера ремня.A disadvantage of the known device is the complexity of manufacturing associated with the need for pre-tensioning a predetermined amount of a belt elastomer layer.

Известны также конструкции приводных ремней /Заяв. Германии №4038465, F16Н 7/08, опубл. 1988 г.; Заяв. Японии №1-56297, F16G 1/08, опубл. 1990 г./, имеющие натяжной элемент в виде скрученного корда, который предварительно подвергают тепловой обработке при начальном растягивающем усилии.Belt designs are also known / Claim. Germany No. 4038465, F16H 7/08, publ. 1988; Application Japan No. 1-56297, F16G 1/08, publ. 1990 /, having a tension element in the form of a twisted cord, which is preliminarily subjected to heat treatment with an initial tensile force.

Недостатком данных устройств является сложность изготовления, связанная с необходимостью термомеханической обработки корда.The disadvantage of these devices is the complexity of manufacturing associated with the need for thermomechanical processing of the cord.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является клиновидный ремень /Пат. США №4708702, F16G 5/08, опубл. 1987 г. - прототип/, содержащий несколько групп слоев эластомерного материала, каждая из которых состоит из трех слоев с отрезками армирующих волокон (кордных нитей). В одном слое волокна расположены поперек ремня, обеспечивая стабильность его поперечного размера при продольном растяжении, а два других слоя имеют косоугольное армирование посредством волокон, расположенных в противоположных направлениях под углом к продольной оси ремня, выбираемом в диапазоне 0-45°.The closest in technical essence to the claimed technical solution is a V-belt / Pat. US No. 4708702, F16G 5/08, publ. 1987 - prototype / containing several groups of layers of elastomeric material, each of which consists of three layers with segments of reinforcing fibers (cord yarns). In one layer, the fibers are located across the belt, ensuring the stability of its transverse size during longitudinal tension, and the other two layers have oblique reinforcement by means of fibers located in opposite directions at an angle to the longitudinal axis of the belt, selected in the range of 0-45 °.

Недостатком прототипа является отсутствие автоматического натяжения ремня, так как в известном устройстве рост передаваемой нагрузки не сопровождается увеличением силы сцепления ремня со шкивом. Это обусловлено тем, что поперечный размер ремня не увеличивается при его растяжении, что обусловлено косоугольным армированием в плоскости, перпендикулярной плоскости шкивов и армирующим действием поперечных волокон, расположенных перпендикулярно к продольной оси ремня. Кроме того, конструкция прототипа отличается сложностью, так как включает несколько групп слоев эластомерного материала с двумя типами укладки армирующих волокон (косоугольным и поперечным).The disadvantage of the prototype is the lack of automatic belt tension, since in the known device the increase in the transmitted load is not accompanied by an increase in the adhesion force of the belt to the pulley. This is because the lateral size of the belt does not increase when it is stretched, which is due to the oblique reinforcement in a plane perpendicular to the pulley plane and the reinforcing action of the transverse fibers located perpendicular to the longitudinal axis of the belt. In addition, the design of the prototype is difficult because it includes several groups of layers of elastomeric material with two types of laying reinforcing fibers (oblique and transverse).

Задачей изобретения является обеспечение автоматического натяжения приводного ремня и увеличение максимального передаваемого момента без использования специального натяжного устройства.The objective of the invention is to ensure automatic tension of the drive belt and increase the maximum transmitted moment without using a special tensioning device.

Поставленная задача решается тем, что приводной ремень выполнен из косоугольно армированного эластомерного материала, причем армирование выполнено в плоскости, параллельной продольной оси ремня и плоскости вращения шкивов.The problem is solved in that the drive belt is made of obliquely reinforced elastomeric material, and the reinforcement is made in a plane parallel to the longitudinal axis of the belt and the plane of rotation of the pulleys.

Поставленная задача решается также тем, что угол между направлением армированием и продольной осью ремня составляет 20°.The problem is also solved by the fact that the angle between the direction of reinforcement and the longitudinal axis of the belt is 20 °.

На фиг.1 показана схема ременной передачи, состоящей из ведомого 1 и ведущего 2 шкива и охватывающего их бесконечного ремня 3; на фиг.2 показано поперечное сечение ремня в зоне контакта со шкивом; на фиг.3 приведена схема косоугольного армирования ремня и вид образца; на фиг.4 показана зависимость коэффициента Пуассона от угла армирования; на фиг.5 показана схема испытания (стрелками показано направление сил трения); на фиг.6 показан фрагмент образца; на фиг.7 показано закрепление образца в клиновой захват испытательной машины; на фиг.8 показана зависимость усилия от перемещения образца ремня из материала с косоугольным армированием по предлагаемому способу.Figure 1 shows a diagram of a belt drive, consisting of a driven 1 and a leading 2 pulley and covering them endless belt 3; figure 2 shows the cross section of the belt in the zone of contact with the pulley; figure 3 shows a diagram of the oblique reinforcement of the belt and the type of sample; figure 4 shows the dependence of the Poisson's ratio of the angle of reinforcement; figure 5 shows the test circuit (arrows indicate the direction of the friction forces); figure 6 shows a fragment of the sample; 7 shows the fixing of the sample in the wedge grip of the testing machine; on Fig shows the dependence of the force on the movement of the belt sample from a material with oblique reinforcement according to the proposed method.

Как показано на фиг.2 и 3, клиновидный ремень содержит эластомерную основу 4 и кордные нити 5, расположенные по схеме косоугольной укладки в плоскости, совпадающей с плоскостью вращения шкива.As shown in FIGS. 2 and 3, the wedge-shaped belt contains an elastomeric base 4 and cord threads 5 arranged in an oblique pattern in a plane coinciding with the plane of rotation of the pulley.

При использовании предлагаемой схемы армирования растяжение ремня приводит к увеличению его размера в плоскости, перпендикулярной плоскости армирования /Конек Д.А., Войцеховский К.В., Плескачевский Ю.М., Шилько С.В. Материалы с отрицательным коэффициентом Пуассона (обзор). // Механика композиц. Матер. и констр. - 2004. - Т.10, №1. - С.35-69/. В пренебрежении деформацией межслойного сдвига и учетом того, что жесткость эластомерной матрицы существенно меньше жесткости наполнителя /Шилько С.В., Черноус Д.А., Конёк Д.А., Бодрунов Н.Н. Ауксетичные материалы на полимерной основе: расчетно-экспериментальное определение деформационных характеристик. // Полимерные композиты Поликом-2000: Тез. докл. межд. научн. конф., Гомель, 11-13 сент. 2000 г. / Акад. наук Респ. Беларусь. Ин-т механики металлопол. систем. - Гомель, 2000. - С.17-18/, коэффициент Пуассона косоугольно армированного материала определяется следующей приближенной зависимостью от угла армирования:Using the proposed reinforcement scheme, the tension of the belt leads to an increase in its size in a plane perpendicular to the reinforcement plane / Konek D.A., Voitsekhovsky K.V., Pleskachevsky Yu.M., Shilko S.V. Materials with a negative Poisson's ratio (review). // Composition mechanics Mater. and const. - 2004. - T. 10, No. 1. - S. 35-69 /. Neglecting the deformation of the interlayer shear and taking into account the fact that the stiffness of the elastomeric matrix is significantly less than the stiffness of the filler / Shilko S.V., Chernous D.A., Konyok D.A., Bodrunov N.N. Auxetic materials on a polymer basis: calculation-experimental determination of deformation characteristics. // Polymer composites Policom-2000: Abstract. doc. Int. scientific conf., Gomel, September 11-13. 2000 / Acad. Sciences Rep. Belarus. Institute of Metal Floor Mechanics. systems. - Gomel, 2000. - P.17-18 /, the Poisson's ratio of the oblique-angled reinforced material is determined by the following approximate dependence on the angle of reinforcement:

,

где θ - угол армирования.where θ is the angle of reinforcement.

Из вышеуказанной зависимости, график которой приведен на фиг.4, следует, что коэффициент Пуассона в рассматриваемой плоскости является отрицательным и его минимум достигается при значении угла θ=20°.From the above dependence, the graph of which is shown in figure 4, it follows that the Poisson's ratio in the considered plane is negative and its minimum is achieved when the angle θ = 20 °.

Таким образом, предлагаемая конструкция ремня придает ему свойство расширения в поперечной плоскости при увеличении продольного усилия, что приводит к увеличению сил сцепления и автоматическому натяжению ремня в результате его удаления от центра вращения шкива. Максимальный эффект достигается при значении угла армирования θ=20°.Thus, the proposed design of the belt gives it the property of expansion in the transverse plane with increasing longitudinal forces, which leads to an increase in adhesion forces and automatic tension of the belt as a result of its removal from the center of rotation of the pulley. The maximum effect is achieved when the value of the reinforcement angle is θ = 20 °.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Ведущий шкив 1 посредством ремня 3 сообщает вращение ведомому шкиву 2. При возрастании передаваемой нагрузки происходит увеличение продольного усилия в ремне. В результате растяжения ремня с косоугольным расположением кордных нитей происходит его поперечное расширение в направлении, перпендикулярном плоскости армирования. Ограничивающее действие рабочих поверхностей жесткого шкива приводит к возрастанию сил трения на контактирующих поверхностях, уменьшая проскальзывание ремня по шкиву. Кроме того, вследствие наклонной боковой поверхности клиновидного ремня в результате его расширения увеличивается вертикальная силовая реакция, вызывающая перемещение (подъем) ремня в ручье шкива. При этом увеличивается расстояние между осью вращения шкива и зоной контакта ремня со шкивом. В результате возрастает максимальный передаваемый момент и обеспечивается натяжение ремня без использования специального натяжного устройства.The drive pulley 1 by means of the belt 3 informs the rotation of the driven pulley 2. As the transmitted load increases, the longitudinal force in the belt increases. As a result of the tension of the belt with an oblique arrangement of the cord threads, its transverse expansion occurs in the direction perpendicular to the reinforcement plane. The limiting effect of the working surfaces of the hard pulley leads to an increase in the friction forces on the contacting surfaces, reducing belt slippage along the pulley. In addition, due to the inclined side surface of the V-belt, as a result of its expansion, the vertical force reaction increases, causing the belt to move (rise) in the pulley stream. This increases the distance between the axis of rotation of the pulley and the zone of contact of the belt with the pulley. As a result, the maximum transmitted moment increases and the belt is tensioned without using a special tensioner.

Предлагаемое устройство испытывалось в лабораторных условиях ГНУ ИММС НАН Беларуси. Был изготовлен образец участка ремня в виде призмы, склеенной из четырех однонаправленных резинокордных монослоев толщиной 1,5 мм, получаемых в условиях шинного производства на ОАО «Белшина». Наслаивание производилось по схеме косоугольного армирования с углом между направлением укладки и продольной осью образца, равным 20° с последующей вулканизацией. Это обеспечивало теоретически минимальное значение коэффициента Пуассона и соответственно максимальное увеличение поперечного размера ремня при растяжении в плоскости, перпендикулярной плоскости армирования.The proposed device was tested in laboratory conditions GNU IMMS NAS of Belarus. A sample of the belt section was made in the form of a prism glued from four unidirectional rubber-cord monolayers 1.5 mm thick, obtained in the conditions of tire production at Belshina OJSC. Layering was carried out according to the oblique reinforcement scheme with an angle between the laying direction and the longitudinal axis of the sample equal to 20 ° with subsequent vulcanization. This ensured theoretically the minimum value of the Poisson's ratio and, accordingly, the maximum increase in the transverse size of the belt under tension in a plane perpendicular to the plane of reinforcement.

Для оценки несущей способности фрикционного контакта образцы материалов с известной и предлагаемой схемой укладки армирующих волокон устанавливались в зажим, имитирующий шкив ременной передачи с одинаковым усилием предварительной затяжки, и клиновые захваты испытательной машины Instron 5567. Затем производилось нагружение соединения растягивающим усилием до выхода образца из клинового захвата. Испытания проводились при скорости нагружения 100 мм/мин.To assess the bearing capacity of the frictional contact, samples of materials with the known and proposed scheme for laying reinforcing fibers were installed in a clamp simulating a belt drive pulley with the same preload force and wedge grippers of the Instron 5567 testing machine. Then, the compound was loaded with tensile force until the sample exited the wedge gripper . The tests were carried out at a loading speed of 100 mm / min.

При сравнении полученных силовых характеристик установлено, что предложенное техническое решение обеспечивает существенное повышение предельного усилия, передаваемого ременной передачей, без использования специальных натяжных элементов.When comparing the obtained power characteristics, it was found that the proposed technical solution provides a significant increase in the ultimate force transmitted by a belt drive, without the use of special tension elements.

Claims

1. A wedge-shaped belt made of elastomeric material containing a cord formed by oblique laying of cord yarns, characterized in that the drive belt is made of obliquely reinforced elastomeric material, wherein the reinforcement is made in a plane parallel to the longitudinal axis of the belt and the plane of rotation of the pulleys.

2. The V-belt according to claim 1, characterized in that the angle between the laying direction and the longitudinal axis of the belt is 20 °.