Зубчатоременная передача

(51)16 7/02 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский Национальный технический университет(72) Авторы Никончук Андрей Николаевич Никончук Иван Николаевич Таяновский Александр Георгиевич Безмен Олег Вадимович Шкуголь Александр Анатольевич(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Зубчатоременная передача, содержащая шкивы с зубьями и охватывающий их зубчатый ремень, продольная линия зубьев которых описана в виде дуги окружности, образующей выпуклые и вогнутые стороны зубьев, отличающаяся тем, что радиусы зубьев шкива, взаимодействующего с вогнутой стороной зубьев ремня, увеличены до значения 1, а радиусы зубьев шкива, взаимодействующего с выпуклой стороной зубьев ремня,уменьшены до значения 2 по сравнению с радиусомдуги окружности зубьев ремня,при этом значения 1 и 2 определяются по зависимостям 8307 1 2006.08.30 где- поперечная деформация ремня,2 где- окружное усилие, передаваемое ремнем Е - модуль упругости при поперечном растяжении ремня- площадь поперечного сечения ремня. Изобретение относится к машиностроению, в частности к механическим передачам мощности посредством гибкой связи, и может быть использовано в разнообразных приводах технологического оборудования, промышленной и бытовой техники. Известна зубчатоременная передача стандартного типа, содержащая прямозубые шкивы с ребордами и прямозубый зубчатый ремень, охватывающий шкивы и содержащий спирально навитый кордшнур (тросы) 1. Недостатком такой передачи является ее сравнительно низкая долговечность, обусловленная, в основном, двумя причинами. Во-первых, из-за спиральной навивки тросов в ремне во время работы последнего возникает осевая составляющая сил натяжения, стремящаяся сдвинуть ремень вдоль зубьев шкивов. При отсутствии реборд происходит спадание ремня со шкивов, а при наличии реборд наблюдается трение боковой (торцевой) поверхности ремня о реборды. При этом ремень нагревается, а со временем происходит и уменьшение его ширины, сопровождающееся распределением окружных сил на остающееся сечение. Оба этих фактора - нагрев и боковой износ - отрицательно влияют на долговечность ремня. Во-вторых, анализируя процесс входа в зацепление зубьев ремня с зубьями шкива,можно сделать вывод о наличии ударных эффектов при входе в зацепление. Действительно, зуб ремня в момент касания с зубом шкива взаимодействует по всей своей рабочей ширине . Возникающие ударные импульсы разрушают как сами зубья, так и воспринимающий их кордшнур ремня. Это также негативно сказывается на долговечности зубчатого ремня и передачи в целом. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является зубчатоременная передача с продольной линией зубьев ремня и шкивов, описанной в виде дуги окружности 2. Очевидно, что зубчатоременная передача, имеющая зубья, продольная линия которых описана дугой окружности, не будет нуждаться в ребордах, так как возникающая осевая сила будет восприниматься наклонными зубьями шкива. Таким образом, исключается истирание торцев ремня о шкивы. Вход зубьев ремня в зацепление с зубьями шкива будет плавным, что также обеспечит повышенные показатели долговечности передачи. Недостатком такой зубчатоременной передачи является неравномерное распределение передаваемого окружного усилияпо ширине зубьев ремня в зацеплении со шкивами. Причиной такого неравномерного распределения является деформируемость ремня в поперечном (по отношению к шкивам - в осевом) направлении. Анализ силового взаимодействия зубьев на дугах обхвата свидетельствует о том, что из-за криволинейной формы зубьев будет наблюдаться разложение окружной силы на тангенциальную и осевуюсоставляющие, при этом по мере увеличения кривизны зуба и приближения к его свободному торцу величинавозрастает (см. фиг. 3). Деформации ремня в продольном направлении препятствует кордшнур, в то время как деформация ремня в поперечном (осевом) направлении определяется величиной модуля упругости его эластомера (резины, полиуретана), который в 20120 раз меньше модуля упругости кордшнура. Таким образом, в результате повышенной податливости зубьев ремня в осевом направлении будет наблюдаться концентрация осевых сил либо в центральной плоскости ремня, либо у его торцев. Это предопределяет недостаточный уровень долговечности ремня. Для предотвращения возникновения концентрации напряжений целесообразно изменить конфигурацию зубьев 2 8307 1 2006.08.30 шкивов таким образом, чтобы в деформированном состоянии форма зубьев ремня была адекватной форме зубьев шкивов. Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении долговечности зубчатоременной передачи с зубьями, продольная линия которых описана в виде дуги окружности. Задача решается тем, что в зубчатоременной передаче, содержащей шкивы и охватывающий их зубчатый ремень, продольная линия зубьев которых описана в виде дуги окружности, образующей выпуклые и вогнутые стороны зубьев, радиусы зубьев шкива,взаимодействующего с вогнутой стороной зуба ремня, увеличены до значения 1, а взаимодействующего с выпуклой стороной зуба ремня уменьшены до значения 2 по сравнению с радиусомдуги окружности зубьев ремня, при этом значения 1 и 2 определяются по зависимостям,2 где- окружное усилие, передаваемое ремнем Е - модуль упругости при поперечном растяжении- площадь поперечного сечения ремня. При проведении сопоставительного анализа отобранных конструкций зубчатоременных передач признаков, сходных с заявленными, не обнаружено. Следовательно, предложенное техническое решение - зубчато-ременная передача - обладает существенными отличиями. Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где фиг. 1 - общий вид зубчатоременной передачи фиг. 2 - то же, вид сверху с местными разрезами фиг. 3 - схема распределения усилий и деформаций зубьев ремня на ведущем (а) и ведомом (б) шкивах зубчатоременной передачи фиг. 4 - геометрические соотношения при поперечном растяжении (а) и сжатии (б) зубчатого ремня на шкивах. Зубчатоременная передача содержит ведущий 1 и ведомый 2 шкивы с дуговыми зубьями 3, 4, а также охватывающий их зубчатый ремень 5 с зубьями 6, образующий ведущую 7 и ведомую 8 ветви. Между боковыми поверхностями зубьев 3, 4 шкивов и зубьями 5 ремня, как и в стандартном исполнении, предусмотрены тангенциальные зазоры 9. При работе передачи передача мощности (или окружного усилия) от ведущего шкива 1 к ведомому 2 осуществляется посредством зубчатого ремня 5 путем зацепления его зубьев 6 с зубьями 3, 4 ведущего 1 и ведомого 2 шкивов. Наличие зазоров 9 обеспечивает при этом беспрепятственное проникновение зубьев ремня 6 в межзубые впадины шкивов. Исполнение зубьев ремня 6 в виде дуг окружностей радиусомвызывает появление на их боковых гранях, контактирующих с соответствующими боковыми гранями зубьев шкивов как окружных, так и осевых сил. При этом особенности функционирования передачи приводят к тому, что выпуклая поверхность зуба шкива вызывает растяжение зуба ремня, сопровождающееся увеличением его ширины на величину 2, распрямлением дуги зуба ремня с увеличением ее радиуса сдо 1. Наоборот, вогнутая сторона зуба шкива приводит к сжатию зуба ремня с соответствующим уменьшениемдо 2. Таким образом, для компенсации действия осевых сил целесообразно изменить радиусы дуг окружностей зубьев шкивов до значений 1 и 2, приобретаемых зубьями ремня под Действием передаваемой окружной силы. 8307 1 2006.08.30 Определим абсолютные значения деформации и искажения дугового профиля зубьев ремня. Можно доказать, что при осевом перемещении конца идеальной дуги радиусана величину(фиг. 3) получаемая вновь конфигурация практически идеально соответствует участку окружности радиусом 1. Выделим на половине зуба ремня (фиг. 3) элементарное сечение , в котором действует элементарная осевая сила(/2). В пределах выделенного участка деформацию зуба ремня будем считать параллельной осии равной в соответствии с законом Гука,(1) 2 0 где Е - модуль упругости ремня при поперечном растяжении,- площадь растягиваемого сечения ремня. В соответствии с (1) перемещение зуба ремняв сечении на расстоянииот свободного торца будет равно 2 (0). 2 2 0 0 Так как, в свою очередь, 0110, то абсолютная деформация у торца ремня будет(3) 2 Если по отношению к деформирующемуся сечению ремня силабудет растягивающей, то соотношения междуи 1 примут вид, представленный на фиг. 4, а. Из него следует, что 11 ,или при.(1)При известном(выражение (3 из (7) находим величину угла 1, а подставляя ее в(6) - получаем искомое значение радиуса дуги 1, в соответствии с которым необходимо выполнять конфигурацию зубьев на шкиве с расходящимися от оси симметрии осевыми силами. 4 8307 1 2006.08.30 Схема деформации зуба ремня сходящимися осевыми силами представлена на фиг. 4, б. Опуская преобразования, по аналогии с предыдущим случаем получим 22(12 ) Величинаполучается при этом из известного выражения (3). Таким образом, получены выражения для определения величин радиусов 1 и 2 дуг шкивов, на которых происходит соответственно поперечное растяжение и сжатие ремня. Для рассматриваемого случая (фиг. 1), когда на ведущей ветви ремень движется вершиной арочного выступа вперед, выражения (6) и (9) применимы соответственно для ведущего и ведомого шкивов. Если предположить, что ведущим будет не шкив 1, а шкив 2, т.е. ремень будет двигаться вперед оконечностями дуг своих зубьев, применимость формул (6) и(9) будет обратная, так зазоры 9 образуются с противоположных сторон зубьев ремня 6. Тем не менее в обоих случаях будет достигнуто равномерное распределение окружного усилия по ширине ремня, что благоприятно отразится на долговечности зубчатоременной передачи в целом. Источники информации 1. Иосилевич Г.Б. Детали машин. - М. Машиностроение, 1988. - С. 368, рис. 12.15. 2. Рекламно-техническое описание фирмы(Германия). - С. 4 (прилагается). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5