專利名稱：橫向加強的cvt帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在無級變速傳動(continuously variabletransmissions，CVT)中使用的皮帶，尤其是涉及一種側(cè)驅(qū)動的CVT帶，該帶具有橫向加強的輪牙和齒。
通常，CVT帶的輪廓與現(xiàn)有V形帶類似。尤其是，其上部寬而下部窄，而且將其設(shè)計成能在一個具有角形凹槽的皮帶輪的槽輪間形成配合。在其上傳送皮帶的皮帶輪，其包括一個可動槽輪和一個固定槽輪，它們都為截錐形。通常，一個槽輪運動而另一個保持不動。
相對一個槽輪而移動另一個槽輪來改變皮帶輪的有效直徑φ，皮帶就在其間運轉(zhuǎn)。皮帶的速度是皮帶輪的有效直徑的函數(shù)，皮帶輪的有效直徑是槽輪相對彼此的軸向位置的函數(shù)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，CVT形皮帶包括帶體，該帶體包括多個橫向地安裝在一個抗拉件之上的塊體(blocks)，以及一體的金屬帶和彈性帶。此外，也出現(xiàn)了某種形式的楔形有齒皮帶。
現(xiàn)有技術(shù)中具有代表性的此類皮帶可參考Takano申請的美國專利4,493,681。Takano公開了一種V形截面的有齒皮帶，其在每個齒中設(shè)有剛硬的金屬加強件，它橫跨此皮帶。該加強件能為皮帶提供橫向剛性。
由于Takano皮帶在操作中與CVT皮帶輪的槽輪相接觸，所以就希望能盡可能多地降低皮帶側(cè)面和皮帶輪之間的磨損。這樣也能降低發(fā)熱，增加皮帶的使用壽命。正如Takano所指出的，金屬桿件直接與槽輪相接觸，會導(dǎo)致在皮帶側(cè)面、加強件和皮帶輪槽輪表面之間的不適當?shù)陌l(fā)熱和磨損。金屬桿件的使用還增加了旋轉(zhuǎn)質(zhì)量和皮帶的成本。還有，在制造的過程中該桿件還可能在每個齒中不規(guī)則排列。這將會使一些桿件比相鄰的桿件要承受并不成比例的過高載荷。結(jié)果，會導(dǎo)致該過載的桿件甚至整個皮帶過早地失效。
此外，現(xiàn)有技術(shù)中具有代表性的此類皮帶可參考德國專利申請DE19747173A1。該申請公開了一種橫向有齒的彈性體V形皮帶。每個齒都設(shè)有一個橫向的空腔。每個空腔的截面為管形或桿形。每個空腔提供一種用于冷卻流經(jīng)該齒的空氣的通道。然而，這樣的空腔降低了每個齒的耐壓強度。該申請適用于同步皮帶輪系統(tǒng)，其中該皮帶的齒與一個皮帶輪或多個皮帶輪的相配合的表面進行接合。
一個橫向加強CVT帶要求在其每個齒中設(shè)有一種非金屬或熱塑性的、熱固性或復(fù)合的橫向加強件。而且，一個橫向加強CVT帶要求在其每個橫向加強件上設(shè)有對準的銷子。此外，一個橫向加強的CVT帶要求其每個橫向加強件具有在期望溫度范圍內(nèi)的足夠的剛度。進而，一個橫向加強CVT帶還要求其設(shè)有低質(zhì)量密度的橫向加強件。本發(fā)明能滿足這些需要。
本發(fā)明的另一方面是提供一種橫向加強的CVT帶，其在每個橫向加強件上設(shè)置中心對準的銷子。
本發(fā)明的另一方面是提供一種橫向加強的CVT帶，在期望的溫度范圍內(nèi)，其設(shè)有足夠硬度的橫向加強件。
本發(fā)明的另一方面是提供一種橫向加強的CVT帶，其設(shè)有低質(zhì)量密度的橫向加強件。
結(jié)合附圖，通過下面對發(fā)明的進一步描述將會更清楚地理解本發(fā)明的其它方面。
本發(fā)明涉及一種在其內(nèi)表面上設(shè)有多個橫向齒的齒型皮帶。該皮帶包括一個外側(cè)可延伸的彈性體層，一個內(nèi)側(cè)的壓縮層和一個抗拉件。每個齒還包括一個非金屬或塑性的橫向件、柱子或支柱，這些部件在每個齒的寬度方向上延伸穿過。每個橫向件的相對的外表面彼此傾斜并且每個端面大約都等于皮帶主體彈性層的外表面。在槽輪之間的壓縮載荷可由桿件和側(cè)壁按每個部件的模量成正比地負擔。該橫向件設(shè)有多個支柱或銷子，在制造的過程中，它們能將每個橫向件恰當?shù)厝S固定在每個齒中，從而確保了各種運轉(zhuǎn)性能，包括其能準確地在一個皮帶輪中對準的性能。
最佳實施例詳述

圖1是本發(fā)明的側(cè)向透視圖。圖中所示的皮帶1設(shè)有多個從內(nèi)部或表面向外突出的齒5。每個齒的彎曲形狀加強了帶的撓曲性。每個齒都設(shè)有一個嵌入其中的橫向的柱子或桿10。在帶的制造過程中需要先將每個橫向桿適當?shù)胤胖?，然后再模制到整個帶的齒形結(jié)構(gòu)中。該制造過程通過每個桿的形狀以及將在下面附圖中提及到的其他的特性得到增強。帶的內(nèi)表面包括覆蓋層6。該覆蓋層6是由聚酯、聚酰胺、芳族聚酰胺、棉花或丙烯酸纖維的紡織的、非紡織的或編織的織物或其混合組成的，并且經(jīng)過適當?shù)恼掣教幚韥韺⑦@些織物與伸張層、簾線和桿進行結(jié)合。為了便于填充模子和形成齒的輪廓，該覆蓋層最好是由紡織或編織的伸展織物構(gòu)成。
皮帶1還包括伸張層8，其是由一種本領(lǐng)域所公知的橡膠混合物來構(gòu)成的，包括諸如EPDM，HNBR，PU，ACSM，CR，SBR或NBR或者其組合構(gòu)成的彈性體以及各種填充物，抗氧化劑，固化劑和/或短增強纖維。可優(yōu)選的是，可使用一種耐熱彈性體，如EPDM或HNBR。
如圖10所示，抗拉件9在每個桿的上方嵌入到伸張層8中。每個抗拉件還包括扭轉(zhuǎn)編織的有機纖維的線，如芳族聚酰胺、聚酯、聚酰胺或PBO或諸如鋼、玻璃或碳等無機纖維。優(yōu)選的是，可選用高強度、高模量的簾線材料，如芳族聚酰胺、PB0、碳或玻璃。
抗拉件在使用中可承受拉伸載荷，同時在制造過程中其能將每個桿或柱子保持在其適當?shù)奈恢蒙?。本領(lǐng)域公知的附著層(沒有示出)，可以覆蓋和/或鋪在抗拉件的下面，或者也可將該抗拉件嵌入到粘附層中。
圖2是模制桿件的端截面視圖。該桿件可通過注壓、擠壓、熱壓成形。例如，可購買商標名為PEEK材料來制成桿件。PEEK是聚芳醚酮的高性能聚合體。反應(yīng)噴射成形(RIM)能制成的部件其強度比擠壓成形制成的相同部件最多可高30％。
桿件或柱件10包括從桿件主體11向外延伸或沿徑向突出出來的支柱或銷子12，13和14。支柱14具有表面17，該表面的形狀與未示出的齒的外表面的形狀基本相似。銷子13的表面15和銷子12的表面16相對桿件的軸線α-α都傾斜一個角度β。表面18，19相對桿件的軸線α-α也都傾斜一個角度β。上表面51可為弧形或平面。這樣，當皮帶通過皮帶輪運轉(zhuǎn)時，該桿件就能適當?shù)刂卧摽估?。
在皮帶制造過程中，在一個芯軸上，該支柱或銷子能將桿件三維地定位在齒中。該芯軸設(shè)有一系列的平行凹面。每個凹面都設(shè)有一個可形成齒的一個位置。在加工過程中，首先，將一外薄膜或織物層放置在芯軸附近并放在每個凹面內(nèi)。其次，將一個桿件放置在每個凹面內(nèi)。將每個桿件銷子放置在外薄膜或織物層上，這樣該桿件就以預(yù)定齒距線直徑對準。這樣也可確保每個桿件傾斜的端面在工作過程中恰好能接觸到槽輪的表面。再者，在每個桿件的背面之上，將抗拉線纏繞在芯軸上，最后，將一系列的彈性體層纏繞在抗拉線上。在此工序中，如果用戶需要，還可將附著層施加在抗拉線之上。
然后，以本領(lǐng)域公知的方式對整個帶體進行加熱和受壓。一旦帶體固化，就從芯軸上移開并筆直地切成預(yù)定的寬度，例如38mm。此38mm的寬度是作為示例的方式給出所以不具有限制性。其它的寬度也是可以的，這就憑用戶需要了。
一旦切下來，皮帶的邊側(cè)部就磨成適當?shù)慕嵌?，大多?shù)情況下為13度，但是用戶也可以以其它的角度切下來。一旦形成邊側(cè)部的輪廓，就可將該皮帶的頂部直接切下來以保護抗拉線。
另外一種制造方法包括反應(yīng)噴射成形。首先，制成一種經(jīng)過層壓的預(yù)先成形的織物，而且成形為輪牙或齒的形式。然后，該預(yù)先成形的織物纏繞在一根芯軸上。該芯軸上設(shè)置有一系列與織物中的齒相對應(yīng)的平行的凹槽。當織物纏繞在芯軸上時，將桿件放在凹槽中，這些凹槽將形成帶的齒。然后將抗拉線纏繞在芯軸上。該線壓在每根桿件上從而將其固定。隨后，將該準備好的芯軸放在RIM機器上并且以本領(lǐng)域公知的方法噴射尿烷。完成此工序之后，將芯軸從該RIM機器上取下來然后再從芯軸上取下帶體。最后將該帶體切成用戶所需要的寬度。
圖3是一個模制桿件的側(cè)視圖。銷子12和14與每個相鄰的銷子在中心線上以距離d1間隔設(shè)置。每個銷子的中心線距離桿件10的末端距離為d2。盡管在優(yōu)選的實施例中，該銷子都是以這樣的一種模式設(shè)置的，即其與主軸的法線是同軸的，但是這種結(jié)構(gòu)并不是本發(fā)明的正常工作情況所需要的。也就是說，每排銷子可以相對其它排的銷子交錯地排列。盡管在制造完成之后，銷子確實通過提供機械支持發(fā)揮結(jié)構(gòu)上的作用，但是銷子的主要功能還是在圖2所述的制造過程中確定桿件的位置。這些銷子還允許將抗拉件進行預(yù)加載荷以便在纏繞時抵靠每個桿件，從而避免桿件在加熱和受壓過程中，在齒中的任何形式的運動。也可以接受其它的銷子排列方式，只要在制造過程中桿件或銷子都能在齒中恰當對準即可。當然，最好在每個桿件上使用最小數(shù)量的銷子以便減少皮帶的成本以及皮帶的重量。每個桿件的橫截面通常為所示的梯形。
圖4是一個模制桿件的頂平面圖。如圖所示，銷子或支柱12和15從桿件主體11上突出來。在優(yōu)選的實施例中，將支柱設(shè)置得可接觸齒的三個側(cè)面。至少有兩排銷子，例如12和13，可用來適當?shù)貙U件固定在齒內(nèi)。這還會進一步減少制成皮帶的重量。
圖5是沿圖4中的5-5線的一個視圖。d1的常用值為11.75mm。d2的常用值為11.86mm。桿件10的整個長度大約為236mm，然后在皮帶的制造過程中將桿件切成相等長度的各個部分。前述的值僅作為例子的方式給出不具有限定性。
圖6是機械加工的桿件的端視圖，桿件100包括從桿件主體101上延伸出來的支柱或銷子102，103和104。支柱104的表面107基本上與齒的外表面的形狀(沒有示出)相似。銷子103的表面105以及銷子102的表面106都分別相對桿件的軸線a-a傾斜一角度。表面108和109也相對桿件的軸線a-a傾斜一角度。機械加工的桿件可以由金屬材料組成。也可以是由一種熱固性、熱塑性或合成材料過度模制成的一種金屬材料。支柱102，103的中心線相對軸線a-a傾斜一角度γ。
在制造的過程中支柱或銷子將桿件固定在齒中。此制造過程與圖2所示的相同。
圖7是機械加工的桿件的側(cè)視圖。銷子102，103和104與相鄰的銷子以中心線距離d3相距。每個銷子與桿件100的末端以距離d4相距。盡管在優(yōu)選的實施例中，該銷子都是設(shè)置在主軸的法線上，但是這種結(jié)構(gòu)并不是本發(fā)明的正常工作情況所需要的。也就是說，每排銷子可以相對其它排的銷子交錯地排列。桿件的末端延伸到齒的外表面上并接觸皮帶輪的表面。進而，由于銷子的主要功能是在圖2所述的制造過程中確定桿件的位置，所以在制造完成之后，它們也不提供結(jié)構(gòu)上的作用。因此，也可以接受其它的銷子排列方式，只要在制造過程中桿件能在齒中恰當對準即可。
圖8是機械加工的桿件的俯視圖。如圖所示，銷子或支柱102和105從桿件主體101上突出來。在優(yōu)選的實施例中，將支柱或銷子設(shè)置得可接觸齒的三個側(cè)面。然而，可用兩排銷子，例如102和105，來適當?shù)貙U件固定在齒內(nèi)。這還會進一步減小制成皮帶的重量。
圖9是沿圖8中9-9線剖開的截面視圖。
圖10是皮帶的立體剖視圖。圖示的桿件10是在齒5中模制出來的。每個桿件具有一個主要寬度W1，一個次要寬度W2和一個高度H。主要寬度W1大于次要寬度W2，這樣就形成了截短的三角形或梯形。這樣，當桿件傳遞切向載荷時，就能將其相對線的彎曲力距減至最小。這樣也能減小每個桿件的重量，而且在該處，即在每個齒的內(nèi)部并不需要相對增加的強度。
抗拉件9沿著皮帶的彈性體伸張層8縱向分布，并沿加強件10的法線方向運轉(zhuǎn)。為了能將加強件三維地固定在齒中，支柱12、14要對覆蓋層6施加壓力。當皮帶轉(zhuǎn)過皮帶輪時，由于每個桿件都承受了位于槽輪之間的一部分壓縮載荷，所以每個桿件在每個齒中所處的適當位置可增強皮帶的壽命。然而，由于圍繞桿件的部件的彈性，桿件的不規(guī)則排列或不適當?shù)亩ㄎ粫纸馄渥陨怼＿@樣會導(dǎo)致尤其是在皮帶上重新分配應(yīng)力。應(yīng)力包括機械效應(yīng)(壓縮和向心載荷)和熱效應(yīng)(來自工作環(huán)境的熱量，摩擦)。
每一個桿件包括由一種塑性或非金屬物質(zhì)構(gòu)成的幾個傾斜的端面，該端面具有一已知和可控制的摩擦系數(shù)。這樣就可預(yù)先知道皮帶的滑動特性。同時當用戶調(diào)節(jié)皮帶輪槽輪間距時還加強了皮帶在皮帶輪內(nèi)沿徑向運轉(zhuǎn)的能力。該可控制的摩擦系數(shù)還可改變皮帶的摩擦熱，以及增強噪音和磨損性能。
將圖3，5，7和9所示的桿件加入到圖10所示的皮帶的結(jié)構(gòu)中，經(jīng)切割或磨制制成內(nèi)夾角為θ的側(cè)面20，21。
圖11是一個加強桿件的側(cè)視圖。桿件10包括銷子12，14。相對的傾斜端20和21位于每個桿的相對的兩端。為了能較好地與一個皮帶輪的槽輪表面進行配合，該角度θ為一個預(yù)定值。盡管可以采納任何已知的CVT皮帶輪夾角，但角θ最好是在20°到70°度范圍之內(nèi)。在優(yōu)選的實施例中，為了能確保側(cè)面20，21抵靠在皮帶輪的槽輪表面上，角θ等于皮帶輪夾角的一半。
盡管此處只描述了本發(fā)明的一種形式的實施例，但是不言而喻，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)作更多的變化。
權(quán)利要求
1.一種皮帶，其包括一個具有縱軸線和內(nèi)部的主體；一個在所述的主體內(nèi)平行于該縱軸線延伸的抗拉件；沿所述的內(nèi)部橫向于該縱軸線排列的多個齒，以及一個在每個所述的齒中橫向穿過的加強件。
2.如權(quán)利要求1所述的皮帶，其特征在于所述的加強件是由非金屬制成的。
3.如權(quán)利要求2所述的皮帶，其特征在于每個加強件還包括多個支柱，每一個都是從一中心線沿徑向凸出出來，從而將每個加強件三維地固定在每個所述的齒內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的皮帶，其特征在于每個加強件還包括具有預(yù)定角度的相對的傾斜表面。
5.如權(quán)利要求4所述的皮帶，其特征在于每個加強件還包括一個梯形的橫截面形狀。
6.如權(quán)利要求5所述的皮帶，其特征在于所述的抗拉件抵靠在每個加強件的外表面上。
7.如權(quán)利要求6所述的皮帶，其特征在于所述的主體還包括EPDM，HNBR，PU，ACSM，CR，SBR，NBR或其混合。
8.如權(quán)利要求7所述的皮帶，其特征在于該預(yù)定的角度在20°到70°范圍之內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的皮帶，還包括一個覆蓋所述內(nèi)部的覆蓋層。
10.一種制造皮帶的方法，其包括以下工序?qū)⒁粋€第一彈性內(nèi)層放置在一個芯軸的表面上，所述的芯軸設(shè)有多個相鄰平行的凹槽表面；將一個加強件放在每個所述的凹槽表面中并且抵靠在該第一彈性內(nèi)層上；沿著所述芯軸的縱向在每個加強件之上纏繞一個抗拉件；在所述抗拉件上纏繞至少一層彈性體材料；對該皮帶進行加熱和受壓處理；以及從所述的芯軸上取下該皮帶。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括以下工序?qū)⒃撈谐深A(yù)定的寬度；以及將皮帶的兩相對側(cè)面切成預(yù)定的角度。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的加強件是由非金屬制成的。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于該預(yù)定的角度是在20°到70°范圍之內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括以下工序在每個加強件上切削出或模制出銷子以便能立體地將每個加強件固定在每一凹槽表面中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在其內(nèi)表面上設(shè)有多個橫向齒(5)的輪牙形的皮帶。該皮帶包括一個外側(cè)延伸的彈性層(8)，一個內(nèi)側(cè)壓縮層和一個抗拉件(9)。每個齒還包括一個非金屬或塑性的橫向件，柱子或支柱(10)，這些部件沿每個齒(5)的寬度延伸。每個橫向件的相對的外表面彼此傾斜并且每個端面大約都等于皮帶主體彈性層的外表面。在槽輪之間的壓縮載荷可由桿件和側(cè)壁按每個部件的模量成正比的負擔。該橫向件設(shè)有多個支柱或銷子(12，14)，在制造的過程中，它們能將每個橫向件恰當?shù)厝S固定在每個齒中，從而確保了包括能準確地在一個皮帶輪中對準在內(nèi)的多個運轉(zhuǎn)性能。
文檔編號F16G5/16GK1437690SQ01811363
公開日2003年8月20日 申請日期2001年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月18日
發(fā)明者苑靜, 萊斯利·布朗, 亞歷山大·塞基, 斯科特·西姆涅克基 申請人:蓋茨公司