ИЗГОТОВЛЕННЫЙ ИЗ ПЛАСТИКА РЕМЕННОЙ ШКИВ СТИРАЛЬНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2023 года по МПК D06F37/26 

Область техники

Настоящее изобретение относится к ременному шкиву барабана стиральной машины, в частности бытовой стиральной машины, изготовленный из пластикового материала.

Техническая проблема

Техническая проблема состоит в том, чтобы выполнить ременной шкив из пластикового материала с как можно меньшим весом и механическими свойствами, которые будут предотвращать деформацию ременного шкива как в радиальном, так и в осевом направлениях.

Уровень техники

Стирка белья в стиральной машине осуществляется в барабане, расположенном с возможностью вращения внутри бака стиральной машины. Барабан вращается с помощью узла привода, содержащего вал, прикрепленный к барабану и установленный в подшипниках, ременной шкив, установленный на валу, электродвигатель с приводным валом и приводной ремень, который передает вращение от электродвигателя через ременной шкив на барабан.

Ременные шкивы, особенно в стиральных машинах с высокой скоростью отжима, например, 1400 об/мин и более, и большим объемом барабана, например, 8 кг и более, обычно изготавливают из металлических материалов из-за высоких механических нагрузок. Недостатком этих ременных шкивов является главным образом их вес, а также сложность их изготовления. Поэтому осуществляются попытки заменить металлические ременные шкивы ременными шкивами, изготовленными из пластика, которые, как правило, обладают худшими механическими свойствами. Ременные шкивы, изготовленные из пластика, могут деформироваться как во время работы, так и в состоянии покоя, когда они подвергаются воздействию силы предварительного натяга ремня и сил, связанных с достаточно прочным соединением ременного шкива с валом барабана. Предпринята попытка компенсировать более низкие прочностные свойства материала, в частности, более подходящей формой соединительных ребер между ступицей и рабочей поверхностью ременного шкива, на который опирается приводной ремень.

В патентной заявке WO/2007/057234 описывается ременной шкив, изготовленный из пластикового материала и имеющий аналогичную геометрическую характеристику металлических ременных шкивов. Ременной шкив имеет центральную ступицу, внешнюю окружность для размещения ремня и множество радиально соединяющихся ребер. Для обеспечения механических свойств, которые передают усилия во время простоя и эксплуатации, ребра имеют большие поперечные сечения, что, таким образом, означает большой вес ременного шкива или большое количество используемого материала при изготовлении и, следовательно, более высокие производственные затраты.

В патентном документе ЕР 2159314 (А1) охарактеризован ременной шкив, изготовленный из пластикового материала, который содержит множество радиальных ребер, соединенных по кругу от центральной ступицы к внешней окружности для контакта ремнем. Даже при таком техническом решении достаточная жесткость ременного шкива обеспечивается ребрами большего поперечного сечения. В результате такой ременной шкив имеет большой вес и, следовательно, предъявляются огромные требования к используемому материалу.

В опубликованной заявке WO 2013/038432 А1 охарактеризован ременной шкив из пластмассового материала, содержащий центральную ступицу, внешнюю окружность для взаимодействия с ремнем, внутреннюю секцию, соединяющую несколько радиальных ребер, и внешнюю секцию, содержащую несколько окружных ребер, наклоненных относительно радиальных ребер. Такая форма ременного шкива требует применение специальных пластмассовых материалов, имеющих модуль упругости, превышающий 14000 МПа. Для этой цели к основному материалу добавляют значительную долю минерального или синтетического наполнителя, который осаждается в передней части потока при литье, когда расплав затвердевает, создавая более слабые пятна на ременных шкивах в местах, где встречаются два потока при литье, особенно на внешней окружности. Большое количество ребер, поддерживающих окружность ременного шкива, уменьшает воздействие более слабых мест и в то же время обеспечивает небольшие радиальные деформации окружности и, таким образом, стабильную работу ремня без периодического возбуждения. Недостатком такого ременного шкива является то, что ребра в первой и внешней секциях выполнены с малым поперечным сечением, что приводит к изгибу ременного шкива в направлении, выходящем за пределы плоскости действия радиальных сил. Эта проблема может быть решена с помощью большего количества ребер жесткости или их большего размера, что увеличивает вес/расход материала при изготовлении.

В патентном документе CN 106958118 А описан пластиковый ременной шкив, выполненный в виде пластиковой пластины, которая усилена радиальными ребрами во внутренней промежуточной секции, а также во внешней промежуточной секции.

Чтобы обеспечить стабильное положение и корректное функционирование ремня как во время работы, так и в состоянии покоя, ремень устанавливают на ременной шкив с определенным усилием предварительного натяга. В результате ременной шкив нагружается постоянным поверхностным давлением на окружную поверхность, на которую опирается ремень, что вызывает радиальные усилия на ременном шкиве. Статическое нагружение ременного шкива может вызвать необратимые деформации и, следовательно, ползучесть материала при повышенных температурах, особенно на этапе хранения и транспортировки, из-за высоких напряжений. Во время работы ременной шкив может изгибаться за пределы плоскости действия радиальных сил из-за сил предварительного натяга ремня. Этот тип изгиба может привести к смещению ремня на рабочей поверхности ременного шкива, а в крайних случаях даже к выпадению ремня.

Проблема изгиба ременного шкива чаще всего решается с помощью большего количества ребер жесткости или ребер большего поперечного сечения. Такое решение приводит к увеличению веса ременного шкива из-за большего количества используемого материала, что, в свою очередь, приводит к увеличению веса, а также к более высоким производственным затратам.

Общим недостатком всех этих известных решений является то, что они не обеспечивают оптимального распределения внутренних напряжений в ременном шкиве и, следовательно, деформаций, возникающих в результате изготовления ременного шкива методом литья под давлением.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема решается с помощью ременного шкива, изготовленного из пластмассового материала и имеющего особенности, определенные в независимом пункте 1.

Ременной шкив барабана стиральной машины, в частности бытовой стиральной машины, изготовленный из пластика, содержит центральную часть ременного шкива, выполненную в виде ступицы, с помощью которой ременной шкив прикреплен к валу барабана; окружная поверхность ременного шкива расположена концентрично относительно ступицы, ограничивает ременный шкив и взаимодействует с ремнем посредством его внешней поверхности; по существу круглое разделительное ребро, расположенное концентрически по отношению к окружной поверхности ременного шкива так, чтобы разделить ременной шкив на две концентрические части, т.е. первый внутренний участок, расположенный ближе к ступице, и второй наружный участок, ограниченный окружной поверхностью ременного шкива, причем во внутреннем и наружном участках расположено соответствующее множество усиливающих ребер, причем разделительное ребро расположено на линии многоугольника, имеющего центр в оси ременного шкива и выступающие углы, в которые со стороны, обращенной к ступице, входит часть самых внешних усиливающих ребер, причем указанные ребра являются частью множества внутренних усиливающих ребер, при этом, по меньшей мере, часть этих усиливающих ребер, направляющихся в углы разделительного ребра, проходит вдоль линии многоугольников, предпочтительно шестиугольников, которые расположены радиально во внутреннем участке и контактируют друг с другом вдоль одной из их сторон, причем, по меньшей мере, от одного указанного угла разделительного ребра на стороне, обращенной к окружной поверхности, начинается по меньшей мере одно дугообразное усиливающее ребро, предпочтительно два дугообразных усиливающих ребра наружного участка, образующих пару зеркально отраженных дугообразных усиливающих ребер, и их свободные концы контактируют с окружной поверхностью ременного шкива.

Усиливающие ребра внутреннего участка, которые проходят вдоль линии многоугольников, из ячеистой структуры, таким образом обеспечивая большую радиальную прочность внутреннего участка.

Пара дугообразных усиливающих ребер наружного участка может иметь вторую пару дугообразных ребер, выполненных в зеркальном отражении в осевом направлении по отношении к первым.

Усиливающие ребра внешнего промежуточного участка имеют дугообразную форму, при этом размер радиуса дуги усиливающего ребра, по существу, равен или больше радиуса ременного шкива.

Усиливающие ребра во внутреннем участке расположены радиально таким образом, чтобы образовывать ячеистую структуру. В этом случае ячейки ячеистой структуры, которые симметричны относительно оси ременного шкива, имеют одинаковые размеры. Размер ячеек увеличивается с увеличением их расстояния от указанной оси.

Высокая жесткость и, следовательно, небольшие деформации ячеистой структуры под нагрузками также указывают на меньшие деформации промежуточного разделительного ребра, второго промежуточного участка, а также окружной поверхности самого ременного шкива. Радиальные деформации являются более равномерными. Результатом незначительных радиальных деформаций является сведение к минимуму периодического возбуждения ремня, что приводит к более равномерному движению ремня по окружной поверхности ременного шкива или рабочей поверхности, что предотвращает возможность выпадения ремня из ременного шкива.

Напряжения и, следовательно, деформации также возникают во время охлаждения пластикового материала при изготовлении ременного шкива. Дугообразная конфигурация усиливающих ребер способствует уменьшению деформаций, особенно окружной поверхности ременного шкива. При охлаждении материал дает усадку. Благодаря дугообразной конфигурации усиливающих ребер во внешнем промежуточном участке эти ребра сжимаются или деформируются таким образом, что их кривизна уменьшается или их радиус увеличивается. Напряжения, возникающие в результате усадки дугообразных усиливающих ребер, передаются в гораздо меньшей степени на окружную поверхность ременного шкива, и, следовательно, локальные деформации окружной поверхности ременного шкива в радиальном направлении значительно уменьшаются по сравнению с теми, которые присутствовали бы в случае непосредственного усиления ребер. Благодаря относительно большому количеству усиливающих ребер относительные деформации окружной поверхности ременного шкива дополнительно уменьшаются.

Дополнительное преимущество ременного шкива, согласно изобретению, проявляется в процессе производства посредством формования литьем. В процессе литья под давлением изделий круглой формы, подобных форме ременного шкива, где необходимо поддерживать центрированную или круглую форму по окружной поверхности, жидкий материал обычно подается в форму в одном месте на оси или в непосредственной близости от нее, при этом необходимо предусмотреть подачу единого потока жидкого материала во все части формы. Конфигурация усиливающих ребер и, следовательно, всего ременного шкива, в соответствии с изобретением, такова, что жидкий материал, подаваемый в осевом направлении, течет на протяжении всего этапа подачи к окружной поверхности, по существу, в радиальном направлении вплоть до внешней окружной поверхности ременного шкива. Отдельные ручьи расплава соединяются вместе по внешней окружности ременного шкива. Наполнители, которые присутствуют в материале и которые представляют собой места ослабления, удаляются в местах соединения. Чем меньше количество стыков, тем больше наполнителей удаляется в таком месте. Таким образом, цель состоит в том, чтобы увеличить число контактных участков. Это достигается с помощью ременного шкива, согласно изобретению, поскольку имеется большое количество усиливающих ребер.

Ременной шкив будет более подробно описан далее в виде варианта осуществления изобретения и следующих иллюстраций:

Фиг. 1 - Узел бака стиральной машины;

Фиг.2 - Ременной шкив, в соответствии с изобретением.

Стиральная машина включает узел бака 1, содержащий бак для стирки 2 и барабан 3, расположенный в нем с возможностью вращения. Барабан 3 приводится во вращение узлом привода 4, содержащим вал 5, прикрепленный к барабану 3 и установленный в подшипниках, что обеспечивает свободное вращение барабана 3 вокруг его оси. Узел также содержит ременной шкив 6, расположенный на валу 5, электродвигатель 7 с приводным валом и приводным ремнем 8, который соединяет приводной вал электродвигателя 7 и ременной шкив 6, тем самым передавая вращение от электродвигателя 7 к барабану 3 стиральной машины.

Ременной шкив 6 барабана стиральной машины содержит:

- центральную часть 9, выполненную в виде ступицы, с помощью которой ременной шкив 6 прикреплен к валу 5;

- окружную поверхность 10 ременного шкива, расположенную концентрически относительно ступицы, ограничивающую ременной шкив 6 и контактирующую с ремнем 8 с помощью своей внешней поверхности, которая по существу является рабочей поверхностью;

- по существу круглое разделительное ребро 14, расположенное концентрически относительно окружной поверхности 10 ременного шкива на расстоянии от 1/3 до 2/3 радиуса окружной поверхности 10 ременного шкива, предпочтительно по существу на расстоянии, составляющем половине радиуса окружной поверхности 10 ременного шкива, чтобы разделить ременной шкив 6 на два концентрических участка, т.е. внутренний участок 12 и наружный участок 13, при этом соответствующее множество усиливающих ребер 15, 16 расположено во внутреннем 12 и наружном участках 13.

Разделительное ребро 14 расположено вдоль линии многоугольника 11 с центром на оси ременного шкива 6 и имеет углы 21. Множество усиливающих ребер 15 расположено во внутреннем участке 12 ременного шкива 6. Часть усиливающих ребер 15, которые находятся ближе к разделительному ребру 14 или дальше всего от ступицы 9, сходятся в углах 21 разделительного ребра 14 на стороне угла, обращенной к ступице 9. В варианте осуществления изобретения два ребра 15 внутреннего участка сходятся в каждом углу 21, что не является обязательным признаком. Схождение усиливающих ребер 15 также может быть выполнено только в определенном ограниченном количестве углов 21, а также не обязательно, чтобы два усиливающих ребра 15, наиболее удаленных от ступицы, сходились в одном углу 21.

По меньшей мере часть усиливающих ребер 15, сходящихся в углах 21, в частности, в варианте осуществления изобретения все ребра 15, сходящиеся в углах 21, проходят вдоль линии многоугольников 17, предпочтительно шестиугольников. Многоугольники 17 расположены радиально во внутреннем участке 12 и соприкасаются друг с другом вдоль одной из своих сторон. Ребра 15 внутреннего участка 12, проходящие вдоль линии многоугольников 17, образуют ячеистую структуру 19. Размер ячеек сотовой ячейки 19 увеличивается с увеличением расстояния от указанной оси до них.

Угол 21 разделительного ребра 14 образует исходную точку 18, из которой выходит по меньшей мере одно дугообразное ребро 16 наружного участка 13, предпочтительно два дугообразных ребра 16, 16', чтобы образовать пару 20 зеркальных дугообразных усиливающих ребер 16, 16', а их свободные концы контактируют с наружной окружной поверхностью 10 ременного шкива 6.

В варианте осуществления изобретения вторая пара 20' дугообразных усиливающих ребер 16, 16' зеркально отражена в осевом направлении по отношению к каждой паре 20 дугообразных усиливающих ребер 16, 16' наружного участка 13, что не является обязательным признаком.

Количество пар 20 дугообразных усиливающих ребер 16, 16' в наружном участке 13 равно числу углов 21 разделительного ребра 14. Количество пар 20 усиливающих ребер 16, 16' зависит от требуемой прочности ременного шкива 6 и увеличивается с увеличением требований к прочности.

Ребра 16, 16' наружного промежуточного участка 13 имеют дугообразную форму, при этом размер радиуса дуги ребра 16, 16', по существу, равен или больше радиуса ременного шкива 6.

Благодаря сотовой форме система ребер, образованная ребрами 15, обладает высокой осевой и радиальной жесткостью, что обеспечивает высокую жесткость ременного шкива 6 во внутреннем участке 12 при осевых и изгибающих нагрузках, тем самым уменьшая деформации изгиба ременного шкива 6. Высокая жесткость и, следовательно, небольшие деформации ячеистой структуры 19 также вызывают меньшие деформации разделительного ребра 14.

Высота усиливающих ребер 15, т.е. размер ребра в направлении оси ременного шкива 6, увеличивается по направлению к центральной части 9 ременного шкива 6. По мере увеличения высоты усиливающих ребер 15 или высоты сотовых стенок 19 достигается более высокая прочность или жесткость ременного шкива 6 в центральной части, что требуется из-за больших сжимающих усилий в этой области.

Дугообразная форма усиливающих ребер 16, 16' в наружном участке 13 обеспечивает хорошую передачу радиальных нагрузок и, следовательно, небольшие радиальные деформации окружной поверхности 10 ременного шкива 6. В то же время дугообразные ребра 16, 16' на наружном участке 13 обеспечивают хорошую передачу радиальных нагрузок, возникающих в результате прилегания ремня 8 вдоль части окружности 10 ременного шкива 6 к разделительному ребру 14 и внутреннему участку 12. Форма дугообразных усиливающих ребер 16, 16' в наружном участке 13 обеспечивает хорошее перераспределение нагрузок, создаваемых крутящим моментом, во время ускорения и замедления барабана 3, поскольку дугообразные ребра 16, 16' воспринимают нагрузки на ременный шкив 6 во время ускорения и замедления барабана 3 стиральной машины 3. Таким образом, осевые нагрузки возникают главным образом в ребрах 15, 16, 16' и отсутствуют изгибающие нагрузки, которые могли бы привести к изгибу усиливающих ребер 15, 16, 16' в осевом направлении ременного шкива 6. Благодаря большому количеству дугообразных усиливающих ребер 16, 16' и, следовательно, меньшим отверстиям или воздушным каналам между ребрами 16, 16' в наружном участке 13 достигается более равномерный поток воздуха между ременным шкивом 6 и баком 2 стиральной машины во время вращения ременного шкива 6, что приводит к снижению аэродинамического шума.

Ременной шкив барабана стиральной машины, изготовленный из пластика, содержит ступицу, окружную поверхность ременного шкива для приема ремня, по существу круглое разделительное ребро, разделяющее ременной шкив на внутренний и наружный концентрические участки с множеством усиливающих ребер. Ременной шкив барабана стиральной машины, изготовленный из пластика, который содержит центральную часть ременного шкива, выполненную в виде ступицы. Причем разделительное ребро расположено на линии многоугольника, имеющего центр на оси ременного шкива и имеющего углы, в которые со стороны, обращенной к ступице, входит часть самых внешних ребер. Причем указанные ребра являются частью множества усиливающих ребер внутреннего участка. При этом, по меньшей мере, часть этих ребер, направляющихся в углы разделительного ребра, проходит вдоль линии многоугольников, предпочтительно шестиугольников, которые радиально расположены во внутреннем участке и контактируют друг с другом вдоль одной из их сторон. Причем, по меньшей мере, от одного упомянутого угла разделительного ребра на стороне, обращенной к наружной окружной поверхности, берет начало по меньшей мере одно дугообразное ребро наружного участка, а его свободный конец соприкасается с наружной окружной поверхностью ременного шкива. Обеспечивается предотвращение деформации ременного шкива. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ременной шкив (6) барабана (3) стиральной машины, изготовленный из пластика, который содержит центральную часть (9) ременного шкива, выполненную в виде ступицы, с помощью которой ременной шкив (6) прикреплен к валу (5) барабана; окружную поверхность (10) ременного шкива, расположенную концентрически относительно ступицы (9) и принимающую ремень (8) на своей внешней поверхности; по существу круглое разделительное ребро (14), расположенное концентрически относительно окружной поверхности (10) ременного шкива, чтобы разделить ременный шкив (6) на два концентрических участка, т.е. первый внутренний участок (12), расположенный ближе к ступице (9), и второй наружный участок (13), ограниченный окружной поверхностью (10) ременного шкива, при этом множество усиливающих ребер (15, 16, 16') расположено во внутреннем (12) и наружном участках (13), отличающийся тем, что

разделительное ребро (14) расположено на линии многоугольника (11), имеющего центр на оси ременного шкива (6) и имеющего углы (21), в которые со стороны, обращенной к ступице (9), входит часть усиливающих ребер (15), расположенных дальше всего от окружности ступицы (9), причем указанные ребра являются частью множества усиливающих ребер (15) внутреннего участка (12), при этом по меньшей мере часть усиливающих ребер (15), направляющихся в углы (21) разделительного ребра (14), проходит вдоль линии многоугольников (17), которые имеют форму шестиугольников, радиально расположены во внутреннем участке (12) и контактируют друг с другом вдоль одной из их сторон,

что по меньшей мере от одного упомянутого угла (21) разделительного ребра (14) на стороне, обращенной к окружной поверхности (10), берет начало по меньшей мере одно дугообразное усиливающее ребро (16), свободный конец которого контактирует с окружной поверхностью (10) ременного шкива (6).

2. Ременной шкив по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере из одного угла (21) разделительного ребра (14) на стороне, обращенной к окружной поверхности (10), берут начало два дугообразных усиливающих ребра (16, 16') наружного участка (13), образуя пару (20) зеркальных дугообразных усиливающих ребер (16, 16') и их свободных концов, контактирующих с окружной поверхностью (10) ременного шкива (6).

3. Ременной шкив по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что разделительное ребро (14) расположено концентрически относительно окружной поверхности (10) ременного шкива (6) на расстоянии от 1/3 до 2/3 радиуса окружной поверхности (10) ременного шкива (6), предпочтительно, на расстоянии, составляющем половину радиуса окружной поверхности (10) ременного шкива (6).

4. Ременной шкив по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что усиливающие ребра (15) внутреннего участка (12), распространяющиеся вдоль линии многоугольников (17), образуют ячеистую структуру (19).

5. Ременной шкив по п. 4, отличающийся тем, что размер ячеек ячеистой структуры (19) увеличивается с увеличением расстояния от оси ременного шкива (6) до ячеек ячеистой структуры (19).

6. Ременной шкив по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что размер радиуса дугообразного усиливающего ребра (16, 16'), равен или больше радиуса ременного шкива (6).

7. Ременной шкив по п. 2, отличающийся тем, что вторая пара (20') дугообразных усиливающих ребер (16, 16') является зеркально отраженной в осевом направлении к паре дугообразных усиливающих ребер (16, 16') наружного участка 13.

8. Ременной шкив по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что высота усиливающих ребер (15), которые проходят в направлении оси ременного шкива (6), увеличивается по направлению к центральной части (9) ременного шкива.

9. Ременной шкив по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что количество пар (20) дугообразных усиливающих ребер (16, 16') в наружном участке (13) равно числу углов (21) разделительного ребра (14).

10. Ременной шкив (6) барабана (3) стиральной машины по любому из пп. 1-9, где стиральная машина является бытовой стиральной машиной.