Приводной ремень
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к приводным ремням. Приводной ремень, представляющий собой тело из эластомерного материала с волокнистым наполнителем, содержит прочностные слои, проходящие в продольном направлении ремня. Область сцепления ремня со шкивом содержит нетканый материал, взаимно смешанный с эластомерным материалом тела ремня. Нетканый материал может содержать комбинацию целлюлозы из легкой и тяжелой древесины или синтетического материала. Технический результат заключается в уменьшении потерь массы ремня и снижении шума при его работе. 21 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к приводным ремням, имеющим специально разработанную поверхность, и, в частности, к приводным ремням, имеющим специально разработанную поверхность, содержащую область, имеющую нетканый материал, и наполненный волокном слой сжатия.
В технике известно изготовление приводных ремней из эластомерных материалов, имеющих встроенный прочностной слой. Ремни могут иметь многоребристый, зубчатый или клиновидный профиль. Ремни проходят по шкивам, имеющим сопряженный профиль.
Известно, что боковые поверхности ребер клиновых и поликлиновых ремней с ребрами подвержены изнашиванию от проскальзывания, действию экстремальных значений температур, нормальных сил и сил трения, которые вызывают шум от ремня, разрушение поверхности ребер, буксование и вибрации. Также известно, что несущая способность и долговечность ремня являются функциями нескольких факторов, включающих в себя тип материала, который соприкасается с поверхностями шкивов. В настоящее время они выполняются с большим наполнением различными волокнами в смеси подкордных материалов. Эти волокна или части их становятся открытыми, когда клиновидный профиль нарезается или шлифуется для образования ремня из вулканизированной заготовки ремня. Результирующая поверхность представляет собой комбинацию полимера основы и открытых волокон. Этот метод является ограниченным в отношении инженерного подхода для композиционного проектирования и/или управления трением, шумом и буксованием. Он также создает жесткую конструкцию, которая препятствует изгибанию, что может способствовать растрескиванию ребер ремня и укорочению срока службы ремня.
Представителем известного уровня техники является патент США №4892510 (1990 г.), выданный Matsuoka, в котором описывается клиновой ремень с ребрами, имеющий поверхностный слой, содержащий нетканый материал на внешней поверхности, привулканизированный к ребрам, выполненным исключительно из резины.
Также представителем известного уровня техники является патент США №5536214 (1996 г.), выданный Akita et al, в котором описывается приводной ремень, имеющий нетканый материал на внутренней стороне тела ремня на множестве канавок.
Также представителем известного уровня техники является патент США №4956036 (1990 г.), выданный Sedlacek, в котором описывается прерывный наполненный волокном слой сжатия в многоребристом ремне. Ремень шлифуется для получения требуемого профиля ребер, тем самым делая открытыми волокна. Часть эластомерного тела наполняется волокном от примерно 0,5 до 20% по объему, с предпочтительным наполнением 3% по объему.
Требуется приводной ремень, имеющий нетканую поверхность сцепления со шкивом и наполненный волокном слой сжатия. Требуется приводной ремень, имеющий нетканую поверхность сцепления со шкивом, наполненный волокном слой сжатия и многоребристый профиль. Настоящее изобретение удовлетворяет этим требованиям.
Главный аспект изобретения заключается в создании приводного ремня, имеющего нетканую поверхность сцепления со шкивом и наполненный волокном слой сжатия.
Другой аспект изобретения заключается в создании приводного ремня, имеющего нетканую поверхность сцепления со шкивом, наполненный волокном слой сжатия и многоребристый профиль.
Другие аспекты изобретения будут указаны или станут очевидными в результате последующего описания изобретения и прилагаемых чертежей.
Изобретением является ремень, имеющий область, содержащую нетканый материал на поверхности сцепления со шкивом. Нетканая область имеет покрытие произвольным нетканым материалом для снижения гармоник собственной частоты, управления характеристиками трения, пропитыванием и тепловым сопротивлением. Нетканый материал может содержать комбинацию целлюлозы из легкой и тяжелой древесины или синтетические волокна, нанесенные в виде произвольной матрицы на тело, содержащее волокнистый наполнитель.
На чертежах представляют:
Фиг.1 - вид сбоку ремня согласно изобретению в поперечном разрезе.
Фиг.2 - график результатов определения шума из-за нарушения прямолинейности.
Фиг.3 - график результатов потери в массе.
На фиг.1 представлен ремень 10 согласно изобретению в поперечном разрезе. Ремень 10 содержит тело 3 и ребра 4 сцепления со шкивом, проходящие в продольном направлении. Ремень 10 также содержит несущий нагрузку прочностной слой 2, который проходит параллельно продольной оси ремня. Ребра 4 дополнительно содержат волокна 6, внедренные в эластомерный материал. Ремень 10 также может содержать оболочку 1, нанесенную на надкордную поверхность.
Может быть любое количество ребер 4 и они могут иметь любой профиль, которые необходимы заказчику. На фиг.1 изображен многоребристый профиль. Ремень также может содержать клиновидный профиль с одним ребром.
Нетканая область 5 сцепления со шкивом представляет собой нерегулярную сетку из нетканого материала, взаимно смешанную с эластомерным материалом тела 3 и ребер 4, образуя матрицу. Область 5 не имеет четкой границы между содержащим нетканый материал участком и телом 3. Вследствие взаимного смешения как нетканый, так и эластомерный материал присутствуют на поверхности сцепления со шкивом.
Нетканая область 5 может содержать одну область или множество перекрываемых областей из нетканого материала. Кроме того, нетканая область не имеет особенности равномерно разнесенных и выровненных волокон, как в ткани или текстиле. Так как волокна, содержащиеся в нетканой области, ориентированы произвольно внутри матрицы, то это уменьшает создание и поддержание гармоник собственной частоты, которые можно ожидать в более однородном материале, т. е. там, где волокна ориентированы в большей степени. Эти гармоники содержат звуковые колебания (шум), а также низкочастотные колебания ремня, вибрирующего между шкивами. Нетканая область с произвольной ориентацией стремится в значительной степени ослабить эти колебания.
Также могут быть выбраны нетканые материалы для получения требуемых характеристик трения, пропитывания и теплового сопротивления. В нетканой области может быть использован снижающий трение агент для управления коэффициентом трения внешней поверхности нетканой области. Снижающий трение агент может быть частью резины, которая пропитывает нетканую область или наносится на нетканый материал перед сборкой ремня. В качестве примера, а не ограничения, снижающие трение агенты могут включать в себя воски, масла, графит, дисульфид молибдена, политетрафторэтилен, слюдяной тальк и их различные смеси.
Нетканый материал основан на целлюлозе и имеет плотность в диапазоне от 10 фунтов/3К кв. футов до 45 фунтов/3К кв. футов. Пористость нетканого материала составляет от 100 до 370 куб. футов в мин. на кв. фут на 1/2" H2O ΔР. Толщина нетканой области 5 составляет от 0,025 мм до 3 мм. Предел прочности при растяжении в направлении обработки составляет от 230 до 1015 г/дюйм. Предел прочности при растяжении в поперечном направлении составляет от 66 до 250 г/дюйм.
В предпочтительном варианте выполнения используется плотность 10 фунтов/3К кв. футов; пористость 100 куб. футов в мин. на кв. фут на 1/2" Н2О ΔР; предел прочности при растяжении в направлении обработки 550 г/дюйм; предел прочности в поперечном направлении составляет 250 г/дюйм. Нетканый материал содержит 50% легкой древесины и 50% тяжелой древесины.
Волокна 6 включены в матрицу эластомерного тела 3 отдельно от нетканой области 5. Волокна 6 снижают разрушение поверхности ребер и вибрации. Волокна могут включать в себя арамид, кевлар, углерод, полиэфир, полиэтилен, стекловолокно, нейлон. Другие органические волокна могут включать в себя шерсть, пеньку, хлопок и прочее. Количество волокон, используемых в эластомерном материале ребер, может составлять от 0,01 до 20 частей волокна на сто частей резины. В предпочтительном варианте выполнения используется от 0,01 до 5 частей волокна на сто частей резины. Варианты выполнения позволяют достигать значительного снижения процентного наполнения флока или волокнистого наполнителя, необходимого в подкордных материалах ребер. Это изменение привело к улучшенным рабочим характеристикам ремня вследствие повышенной упругости и изгибаемости подкордных конструкций.
Описанный здесь вариант выполнения, как было обнаружено, снижает/устраняет шум, устраняет случаи разрушения поверхности ребер (или потери в массе), в то же самое время обеспечивая отличные силы тягового усилия и улучшенную клиновидность.
Ремень согласно изобретению собирается на оправке последовательными слоями. Сначала устанавливается эластомерный или тканевый надкордный слой ремня. Каждый последующий эластомерный слой накладывается на ранее нанесенный слой. Также может быть нанесен слой ненаполненной резиновой смеси. Корд прочностного слоя наносится вместе с эластомерными слоями. Затем наносится эластомерный подкордный слой. Последним элементом, наносимым на сборку на последний подкордный слой, является нетканая область.
На этой стадии изготовления нетканая область может содержать один или несколько слоев из нетканого материала. Нетканый слой или нетканые слои обладают дополнительным преимуществом, заключающимся в возможности выпуска или отвода газов, создаваемых во время процесса вулканизации, через края формы. Выпуск газов из формы облегчает пропитывание эластомерным материалом нетканого материала, образуя область 5.
Завершенная сборка затем подвергается действию температур и давлений вулканизации, достаточных для вулканизации и формирования ремня. Например, процесс изготовления может содержать следующее.
Если ремень уложен на оправке, то заготовка снята и помещена в форму.
1) откачивание воздуха из внутренней полости формы и выдерживание в течение 1-5 минут;
2) повышение давления пара во внешнем корпусе до получения избыточного давления в диапазоне от 175 до 235 фунтов на квадратный дюйм;
3) через 2-10 минут - повышение давления пара внутри формы до получения избыточного давления в диапазоне от 85 до 210 фунтов на квадратный дюйм;
4) вулканизацию в течение 10-20 минут;
5) снижение давления пара внутри формы до атмосферного давления;
6) снижение давления пара снаружи формы до атмосферного давления;
7) охлаждение оправки в охлаждающей текучей среде, такой как вода;
8) снятие вулканизированной заготовки ремня с оправки.
Если вулканизированная сборка ремня охлаждена, то она затем отделяется от оправки и разрезается на соответствующие ременные полосы.
Оптимальная форма ребер достигается технологическими давлениями на верхнем конце диапазона.
Гидравлика или другие способы, известные в технике (пневматические, электрические), также могут быть использованы для приложения давления к ремню совместно с одновременно приложенным электрическим нагревом для вулканизации вместо вулканизации паром. Диапазон избыточного давления для гидравлической вулканизации составляет от 85 до 500 фунтов на квадратный дюйм. Диапазон температур составляет от 250 до 500°F. Этот способ вулканизации расширяет выбор резиновых смесей.
Приложение давления до вулканизации заставляет эластомерный материал проникать в нетканый материал. Эластомерный материал затем занимает пустоты между индивидуальными волокнами, содержащимися в нетканом материале. Это приводит к области нетканого материала, в которой нетканые материалы взаимно смешиваются с эластомерным материалом.
Были проведены определения шума и потери в массе для сравнения ремня согласно изобретению с ремнями без нетканой поверхности соприкосновения со шкивом. Результаты показали, что значительно снизились потери в массе и шум, создаваемый ремнями с поверхностью с внедренным нетканым материалом.
Испытательными ремнями были следующие.
Ремень 1: тройной этиленпропиленовый каучук - надкордная, кордная и подкордная масса, имеющая 12 частей хлопчатобумажных волокон, нетканая конструкция.
Ремень 2: тройной этиленпропиленовый каучук - надкордная, подкордная масса, имеющая 4 части нейлоновых волокон, нетканая конструкция.
Ремень 3: хлоропреновый каучук - надкордная, кордная, подкордная масса с 18-20 частями хлопчатобумажных волокон, нетканая конструкция.
Ремень 4: хлоропреновый каучук - надкордная с круглой вязкой, кордная, подкордная масса с 18-20 частями хлопчатобумажных волокон, нетканая конструкция.
Ремень сравнения А: стандартный ремень из хлоропренового каучука с нарезанными или шлифованными профилями ребер, одинаковый кордный и надкордный слой.
Ремень сравнения В: стандартный ремень из тройного этиленпропиленового каучука с нарезанными или шлифованными профилями ребер, одинаковый кордный и надкордный слой.
Во время определения шума из-за нарушения прямолинейности ремни с нетканым слоем показали снижение шума в диапазоне от 13 дБ до 19 дБ для 3 градусов нарушения прямолинейности по сравнению с ремнем без нетканой поверхности соприкосновения со шкивом. Ремни согласно изобретению показали создание шума, эквивалентного шуму стандартных ремней с 1 градусом нарушения прямолинейности. Определение шума из-за нарушения прямолинейности проводится на двухточечном приводе, использующем шкивы с наружным диаметром 140 мм. Горизонтальное натяжение, равное примерно 90 кгс, приложено к испытательному ремню. Шкивы разносятся друг от друга и измеряется шум. Результаты испытания показаны на фиг.2.
Определения потерь в массе продемонстрировали, что ремни согласно изобретению показали потери в массе, составляющие менее 87,5% по сравнению со стандартным ремнем при идентичных рабочих условиях. Результаты испытаний показаны на фиг.3.
Данные испытаний подтвердили, что ориентация нетканого нижнего слоя не является критичной для результатов. Были испытаны как ориентация по направлению фрезы, так и 90° ориентация, давая аналогичные результаты с вышеописанными.
Сравнительные испытания проводились с использованием одинаковых кордных материалов прочностного слоя и надкордных материалов, в ремнях согласно изобретению были только улучшены неткаными материалами подкордный состав и поверхности.
Данные показывают, что были эффективны несколько нетканых комбинаций. Они находятся в диапазоне формирования из 100% хвойной древесины, смеси легкой древесины / тяжелой древесины, смеси легкой древесины / синтетических волокон и 100% тяжелой древесины.
Соотношения примеров следующие:
| Легкая древесина | Тяжелая древесина | Легкая древесина / синтетические волокна | |
| А | 100% | 0% | 0% |
| В | 50% | 50% | 0% |
| С | 75% | 25% | 0% |
| D | 70% | 0% | 30% |
| Е | 85% | 0% | 15% |
| F | 0% | 100% | 0% |
Вышеуказанные соотношения предлагаются как иллюстративные для диапазона соотношений и не предлагаются в качестве ограничения. В предпочтительном варианте выполнения используется вариант В соотношения.
Синтетические волокна включают в себя арамид, кевлар, углерод, полиэфир, полиэтилен, стекловолокно, нейлон. Другие органические волокна, используемые с легкой древесиной, могут включать в себя шерсть, пеньку, хлопок и т.д. Они могут быть включены в качестве модификаторов коэффициента трения и/или структурных модификаторов. Все композиции тяжелой древесины могут быть выполнены с использованием древесной муки или подвергнутой интенсивной обработке целлюлозы, смешанной и перемешанной в подкордные эластомерные составы.
Хотя здесь был описан один вид изобретения, для специалистов в этой области техники очевидно, что могут быть сделаны изменения в конструкции и взаимодействии элементов в пределах сущности и объема описанного здесь изобретения.
1. Ремень, представляющий собой тело, содержащее эластомерный материал и имеющее прочностные слои, проходящие в продольном направлении, и область сцепления со шкивом, имеющую профиль, при этом область сцепления со шкивом содержит нетканый материал, взаимно смешанный с эластомерным материалом, а эластомерный материал дополнительно содержит волокнистый наполнитель.
2. Ремень по п.1, отличающийся тем, что область сцепления со шкивом имеет толщину от 0,025 до 3,0 мм.
3. Ремень по п.1, отличающийся тем, что нетканый материал содержит комбинацию целлюлозы из легкой древесины и целлюлозы из тяжелой древесины.
4. Ремень по п.3, отличающийся тем, что целлюлоза из легкой древесины составляет от 0 до 50% нетканого материала.
5. Ремень по п.3, отличающийся тем, что целлюлоза из легкой древесины включает хлопок, шерсть, или пеньку, или их различные сочетания.
6. Ремень по п.3, отличающийся тем, что целлюлоза из легкой древесины составляет от 50 до 100% нетканого материала.
7. Ремень по п.1, отличающийся тем, что нетканый материал содержит комбинацию целлюлозы из легкой древесины и синтетического материала.
8. Ремень по п.7, отличающийся тем, что синтетический материал представляет собой нейлон, стекловолокно, полиэтилен, сложный полиэфир, углерод, кевлар, или арамид, или их различные сочетания.
9. Ремень по п.7, отличающийся тем, что синтетический материал составляет от 0 до 50% нетканого материала.
10. Ремень по п.1, отличающийся тем, что нетканый материал содержит смесь синтетических и органических материалов.
11. Ремень по п.10, отличающийся тем, что органические материалы содержат целлюлозу из легкой древесины и тяжелой древесины.
12. Ремень по п.1, отличающийся тем, что волокнистый наполнитель составляет от 0,01 до 5 частей на сто частей резины.
13. Ремень по п.1, отличающийся тем, что нетканая область содержит по меньшей мере два слоя нетканого материала.
14. Ремень по п.1, отличающийся тем, что область сцепления со шкивом выполнена в виде многоручьевого профиля.
15. Ремень по п.1, отличающийся тем, что область сцепления со шкивом выполнена в виде клиновидного профиля.
16. Ремень по п.1, отличающийся тем, что волокна волокнистого наполнителя выбраны из группы, включающей арамид, кевлар, углерод, сложный полиэфир, полиэтилен, стекловолокно, нейлон или их различные сочетания.
17. Ремень по п.1, отличающийся тем, что область сцепления со шкивом содержит агент, снижающий трение.
18. Ремень по п.17, отличающийся тем, что агент, снижающий трение, выбирают из группы, содержащей воски, масла, графит, дисульфид молибдена, политетрафторэтилен, слюдяной тальк или их различные сочетания.
19. Ремень по п.1, отличающийся тем, что нетканый материал содержит целлюлозу из легкой древесины.
20. Ремень по п.1, отличающийся тем, что нетканый материал содержит целлюлозу из тяжелой древесины.
21. Ремень по п.20, отличающийся тем, что целлюлоза из тяжелой древесины содержит древесную муку.
22. Ремень по п.21, отличающийся тем, что древесная мука смешана с эластомерным материалом.
