專利名稱：：多楔皮帶輪及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種多楔皮帶輪以及一種皮帶輪和皮帶的系統(tǒng)，特別是涉及一種具有皮帶輪楔和凹槽輪廓結(jié)構(gòu)的皮帶輪以及皮帶輪和皮帶的系統(tǒng)，其中當(dāng)皮帶在拉伸載荷作用下時所述皮帶輪楔和凹槽輪廓結(jié)構(gòu)可以與皮帶的形狀共同協(xié)作。
背景技術(shù)：
：V形帶傳動的正確操作包括將皮帶設(shè)置到匹配皮帶輪的凹槽中，以及向皮帶施加拉力。大多數(shù)v形帶傳動的操作都伴隨有相對少量的帶伸長。但是，當(dāng)向系統(tǒng)增大拉力時，皮帶將會沿縱向伸長。當(dāng)v形帶的伸長增加時，皮帶的寬度和厚度就會減小。沿皮帶的寬度方向，皮帶的外邊沿將比中心部分經(jīng)受更大的變化。在采用多股式帶時，與位于中心的皮帶相比，外邊的皮帶將會產(chǎn)生不同的截面尺寸。這是因為所有的皮帶輪凹槽都是相同的尺寸，并且具有恒定的間隔，所以它們無法與承受拉力的皮帶的形狀和間隔相匹配。皮帶輪和皮帶之間輪廓的不匹配導(dǎo)致產(chǎn)生噪音，加速了皮帶的磨損以及降低了皮帶的耐用性?，F(xiàn)有技術(shù)的代表是申請人為White(1991)的美國專利No.4981462其公開了一種環(huán)形動力傳動帶結(jié)構(gòu)、因此還提供了一種可旋轉(zhuǎn)的皮帶輪、皮帶結(jié)構(gòu)與皮帶輪的組合以及制造它們的方法，所述皮帶結(jié)構(gòu)具有相對的側(cè)邊和內(nèi)表面，內(nèi)表面限定出很多縱向設(shè)置的、交替間隔的凸起和凹槽，用于匹配可旋轉(zhuǎn)皮帶輪的外周邊上帶有楔的表面，皮帶結(jié)構(gòu)的每個凸起都具有由兩個基本筆直的側(cè)邊限定而成的V形橫剖面結(jié)構(gòu)，這兩條側(cè)邊分別從位于該凸起相對側(cè)的皮帶結(jié)構(gòu)的凹槽的各頂點處會聚到該凸起的頂點處，皮帶結(jié)構(gòu)的每個凸起的側(cè)邊在其間限定出大約60。的角度，皮帶結(jié)構(gòu)的厚度與大約40。角度的相似皮帶結(jié)構(gòu)的厚度基本相同，但是位于該凸起相對側(cè)的皮帶結(jié)構(gòu)凹槽的中心線之間的距離則大于該相似皮帶結(jié)構(gòu)的所述中心線之間的距離。輪廓結(jié)構(gòu)，即當(dāng)帶處于拉伸載荷下時所述皮帶輪楔和凹槽能夠與皮帶的形狀一致。本發(fā)明滿足了這一需要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要方面是提供一種多楔皮帶輪以及皮帶輪和皮帶的系統(tǒng)，其具有皮帶輪楔和凹槽輪廓結(jié)構(gòu)，當(dāng)皮帶處于拉伸載荷下時其可與皮帶形狀相互合作。通過下面本發(fā)明實施方式和附圖描述可以明顯指出或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的其它方面。本發(fā)明包括一種多楔皮帶輪以及一種皮帶輪和皮帶的系統(tǒng)，其具有皮帶輪楔和凹槽輪廓的結(jié)構(gòu)，當(dāng)皮帶處于拉伸載荷下時其可與皮帶形狀相互合作。包含在說明書內(nèi)并構(gòu)成說明書一部分的附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并且用于和具體描述一起共同解釋本發(fā)明的原理。圖l是皮帶和皮帶輪的截面圖。圖2是處于拉伸載荷下的皮帶與皮帶輪接合的截面圖。圖3是皮帶輪凹槽的示意性截面圖。圖4是處于拉伸載荷下的皮帶與本發(fā)明的皮帶輪接合的截面圖。圖5是皮帶輪凹槽的示意性截面圖。圖6是處于拉伸載荷下的皮帶與本發(fā)明的皮帶輪接合的截面圖。圖7是本發(fā)明的皮帶輪楔結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖8是處于拉伸載荷下的皮帶與本發(fā)明的皮帶輪接合的截面圖。面圖。具體實施方式本發(fā)明包括帶有楔和凹槽的多楔皮帶輪，其被構(gòu)造成當(dāng)皮帶受到操作拉力(拉伸載荷)時用來補充皮帶的形狀，本發(fā)明還包括含有皮帶輪和皮帶組合的系統(tǒng)。圖1是皮帶和皮帶輪的截面圖。皮帶100包括楔101和凹槽102。楔101在皮帶100上沿著縱向延伸。拉伸繩103也沿著皮帶的縱向延伸。皮帶100也被稱作V形帶、多楔帶。皮帶輪200包括帶有楔201和凹槽204的皮帶支承面。皮帶100的楔101接合到皮帶輪200的凹槽202中。皮帶輪200的楔201則接合在皮帶100的凹槽102中。腹板(web)300將皮帶支承面連接于輪轂301。輪轂301用于把皮帶輪連接到軸(未示出)上。可以采用現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法的材料制造皮帶。皮帶可以包括聚合材料，如聚丁二烯、EPDM、HNBR、SBR、聚氯丁烯、天然橡膠和丁基橡膠，或上述兩種或多種的組合。拉伸繩可包含芳族聚酰胺、聚酯、玻璃纖維、尼龍、聚烯烴、PBO、PEN、碳、金屬絲/纜、棉和人造絲，或上述兩種或多種的組合。這種皮帶通常用在汽車發(fā)動機的附屬皮帶傳動系統(tǒng)上，當(dāng)然也可以用在包括用于驅(qū)動泵、壓縮機和發(fā)動機的傳送動力的各種工業(yè)場合中，即安裝在任何需要通過皮帶進(jìn)行動力傳送的場合。圖l所示的皮帶處于較小拉伸載荷或沒有拉伸載荷的情形下，其具有寬度W1。圖2是處于拉伸載荷下的皮帶與皮帶輪接合的截面圖。在圖2中，皮帶IOO在拉伸載荷的作用下處于正常經(jīng)歷的工作狀態(tài)。由于拉伸載荷，最外面的楔IOI,104被稍微拉向皮帶100的中心線CL,即由于拉伸載荷造成皮帶被略微拉伸，因此皮帶稍微變窄。此時皮帶具有小于寬度Wl的工作寬度W2。圖中示出變窄的皮帶疊加在皮帶輪的輪廓上。皮帶輪中皮帶的最佳匹配受到載荷作用下的皮帶變窄的不利影響，特別是針對外楔IOI,104和凹槽202,204的關(guān)系，其影響是顯著的。本發(fā)明構(gòu)造的皮帶輪尺寸能夠允許皮帶變窄，從而可以在工作和經(jīng)受載荷的情形時實現(xiàn)皮帶與所有皮帶輪凹槽的正確匹配。經(jīng)過改進(jìn)的匹配提高了皮帶的使用壽命，同時降低了由于皮帶楔不恰當(dāng)接合在皮帶輪凹槽中引起噪音的趨勢。本發(fā)明的皮帶輪包括凹槽，每個凹槽都與相鄰的凹槽形成間隔，所述間隔隨著凹槽距離皮帶輪中心線CL的距離而減小。參照圖3，圖中示出了本發(fā)明皮帶輪的橫截面示意圖，利用方程l計算本發(fā)明皮帶輪的從皮帶輪中心線CL(即平行于旋轉(zhuǎn)軸線A-A)沿著朝外方向的楔的間隔。在本發(fā)明的皮帶輪中，皮帶支承面具有多個皮帶輪楔和皮帶輪凹槽。相鄰皮帶輪楔之間的間隔隨著每個皮帶輪楔距皮帶輪中心線(CL)的距離(D)增加而減小。此外，皮帶輪凹槽的角度也隨著每個皮帶輪凹槽距皮帶輪中心線(CL)的距離(D2)的增加而減小。方程1-皮帶輪楔的間隔其中S印-第n個楔的楔間隔；Sg二標(biāo)稱的楔間隔；d"球直徑；0=第ii個皮帶輪凹槽的皮帶輪凹槽角，用度表示；6=標(biāo)稱的皮帶輪凹槽角，用度表示；注意對于這些方程而言，從皮帶輪的中心線開始沿著移向皮帶輪外邊緣的方向計算楔的數(shù)量，并且這些楔關(guān)于中心線CL對稱。對于具有偶數(shù)個凹槽的皮帶輪來說，具有兩個緊鄰(橫跨)皮帶輪楔中心線CL的"第一"凹槽。對于具有偶數(shù)個凹槽的皮帶輪，相鄰的"第一"凹槽之間的楔的皮帶輪楔角度等于"第一"凹槽角。對于具有奇數(shù)個凹槽的皮帶輪而言，只有一個"第一"凹槽，其以皮帶輪中心線CL為中心。如圖3所示，對于從中心楔向外設(shè)置的每一個楔而言，它們的間隔和角度逐漸減小。圖3示出了具有IO個凹槽、9個楔的皮帶。這僅僅是示例并不對本發(fā)明的范圍構(gòu)成限定。本發(fā)明的皮帶輪可以用于帶有三個或更多個楔的具有相同成效的皮帶。此外，本發(fā)明的皮帶輪可以補償當(dāng)皮帶承受拉伸載荷時導(dǎo)致的楔的角度變形。由于在載荷作用下皮帶的楔被朝向皮帶縱向中心線輕微向內(nèi)拉動，因此皮帶輪凹槽的角度隨著它們距皮帶輪中心線的距離逐漸減小。用方程2計算經(jīng)過改進(jìn)的皮帶輪凹槽的角度方程2-皮帶輪凹槽角<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>其中0n-第n個皮帶輪凹槽的皮帶輪凹槽角，用度表示n-皮帶輪楔的數(shù)量；t=皮帶輪中的皮帶輪凹槽總數(shù)；an-e-[拉伸o/ox(8.2t+2n)];b=拉伸％x(6t+e);其中6=標(biāo)稱的皮帶輪凹槽角，用度表示；拉伸％-在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計拉伸栽荷下皮帶的拉伸百分比；示例#1:表l中記錄了計算得到的皮帶輪尺寸，該皮帶輪如圖3所示用于接合具有IO個楔的多楔皮帶，該皮帶的標(biāo)稱的楔間隔(Sg)為0.092"(2.34mm)，標(biāo)稱的楔角度(e)為40。，使用0.0625"(1.59mm)的標(biāo)準(zhǔn)球直徑(dB)在導(dǎo)致10%的拉伸量的拉伸載荷下進(jìn)行操作。所述經(jīng)過改進(jìn)的皮帶/皮帶輪組合的凹槽和皮帶的關(guān)系如圖4所示。表1-皮帶輪凹槽尺寸-示例<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>示例#2:表2中記錄了計算得到的皮帶輪尺寸，該皮帶輪如圖5所示用于接合具有9個楔的多楔皮帶，該皮帶的標(biāo)稱楔間隔(Sg)為0.092"(2,34mm)，標(biāo)稱的楔角度(e)為40°,使用0.0625"(1.59mm)的標(biāo)準(zhǔn)的球直徑(dB)在導(dǎo)致10%的拉伸量的拉伸載荷下進(jìn)行操作。拉伸％表示由皮帶負(fù)載導(dǎo)致的整個長度的增加。表2-皮帶輪的凹槽尺寸-示例<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>圖6是處于拉伸載荷下與本發(fā)明的皮帶輪接合的皮帶的截面圖。楔和凹槽的間隔確保了在橫跨皮帶整個寬度上皮帶和皮帶輪之間正確的接觸。當(dāng)放置標(biāo)準(zhǔn)的皮帶輪時，皮帶的外部比皮帶中心經(jīng)受更高的工作拉力。與經(jīng)受均勻載荷的皮帶相比，這種不均勻的加載降低了皮帶傳送動力的能力。因此，為了進(jìn)一步提高本發(fā)明的皮帶輪的效率，可以使皮帶輪的輪廓稍微彎曲以便皮帶的繩栽荷在橫跨整個皮帶截面的寬度上是一致的。參見圖7，由多個楔的頂點(A)位置確定的皮帶輪輪廓的彎曲部分時，該皮帶輪輪廓被限定為橢圓。分別由方程l和方程2來確定皮帶輪凹槽的間隔和皮帶輪凹槽的角度。參照圖7，橢圓的尺寸和取向4皮描述為如下所述大徑-1.5x標(biāo)稱的皮帶寬度。小徑=2x標(biāo)稱的皮帶輪楔的間隔。大徑的方向大徑的方向基本平行于皮帶輪的旋轉(zhuǎn)軸線(A-A),頂點(A)的彎曲部分基本沿皮帶輪軸線(A-A)的方向是凹形的。例如，與所述皮帶輪共同使用的典型皮帶的皮帶特性具有類似于曲線圖1所示的縱向彈性，并且其在工作拉伸范圍內(nèi)——即在大約8%的拉伸(伸長)范圍內(nèi)的標(biāo)稱模量為1530磅/楔(6800牛/楔)。由楔的數(shù)量確定標(biāo)稱的寬度，即，標(biāo)稱的皮帶寬=皮帶的楔的數(shù)量x2.34mm。圖表1-典型多楔皮帶的縱向彈性<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>圖8是本發(fā)明的彎曲皮帶輪結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。示例示出的皮帶其標(biāo)稱寬度為23.4mm。利用前述方程，大徑=23.4mmxl.5=35.1mm。小徑=2x標(biāo)稱的皮帶輪楔的間隔=2x0.092"(2.34mm)=4.68mm。前述皮帶及其計算僅僅以示例方式提供，并不意味著對本發(fā)明的范圍構(gòu)成限定。皮帶的彎曲基本與皮帶輪楔的彎曲結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)。圖8描繪出圖7所示皮帶輪頂點的弓形形狀。這種皮帶輪結(jié)構(gòu)確保了皮帶完全接觸到皮帶輪，借此在皮帶和皮帶輪之間產(chǎn)生了最大的動力傳輸。圖8所示的皮帶輪包括圖3中示出的楔的間隔以及相對于圖7中示出的皮帶輪彎曲的橢圓關(guān)系。圖9是現(xiàn)有技術(shù)的皮帶輪輪廓與本發(fā)明的皮帶輪輪廓相比較的截面圖。同本發(fā)明的組合相比，現(xiàn)有技術(shù)中皮帶和皮帶輪之間接合的顯著區(qū)別是顯而易見的。盡管這里已經(jīng)描述了本發(fā)明的構(gòu)成，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然可以在不脫離這里所述本發(fā)明實質(zhì)和范圍的情形下，對結(jié)構(gòu)和相關(guān)的部件進(jìn)行改變。權(quán)利要求1.一種多楔皮帶輪和皮帶的系統(tǒng)，其包括多楔皮帶；皮帶輪，該皮帶輪包括連接到皮帶支承面的輪轂；皮帶支承面，其具有包含皮帶輪楔和皮帶輪凹槽的輪廓；相對于皮帶輪中心線(CL)的皮帶輪楔的間隔，其由下述方程確定；2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的多楔皮帶輪和皮帶的系統(tǒng)，還包括對應(yīng)于皮帶輪楔的頂點的彎曲部分，其基本被描述成按照如下所述的橢圓大徑=約1.5x標(biāo)稱的皮帶寬度，小徑-約2x標(biāo)稱的皮帶輪楔的間隔；以及大徑的方向基本平行于皮帶輪的旋轉(zhuǎn)軸線(A-A)，并且該彎曲部分基本以皮帶輪軸線(CL)為中心。3.—種多楔皮帶輪，其包括含有多個皮帶輪楔和皮帶輪凹槽的皮帶支承面；位于相鄰皮帶輪楔之間的皮帶輪楔間隔，所述間隔隨著距皮帶輪中心線(CL)的距離(D)逐漸增加而逐漸減小；以及皮帶輪凹槽角，該凹槽角隨著距皮帶輪中心線(CL)的距離(D2)逐漸增加而逐漸減小。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多楔皮帶輪，還包括對應(yīng)于皮帶輪楔頂點(A)的彎曲部分，其基本被描述成橢圓，包括大徑=約1.5x標(biāo)稱的皮帶寬度，小徑-約2x標(biāo)稱的皮帶輪楔的間隔；以及大徑的方向基本平行于皮帶輪的旋轉(zhuǎn)軸線(A-A)，頂點的彎曲部分基本沿皮帶輪軸線(A-A)的方向是凹形的。5.—種多楔皮帶輪，其包括含有多個皮帶輪楔和皮帶輪凹槽的皮帶支承面；以及位于相鄰皮帶輪楔之間的皮帶輪楔間隔，所述間隔隨著距皮帶輪中心線(CL)的距離(D)逐漸增加而逐漸減小。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多楔皮帶輪，還包括皮帶輪凹槽角，該凹槽角隨著距皮帶輪中心線(CL)的距離(D2)逐漸增加而逐漸減小。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多楔皮帶輪，其中沿離開皮帶輪中心線(CL)方向的皮帶輪楔的間隔由下述方程確其中Sgn-第n個皮帶輪楔的楔間隔;Sg-標(biāo)稱的皮帶輪楔間隔；dB=球直徑；9=第n個皮帶輪凹槽的皮帶輪凹槽角，用度表示,8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多楔皮帶輪，其中每個皮帶輪凹槽角都按照下述方程確定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中6n-第n個皮帶輪凹槽的皮帶輪凹槽角，用度表示n-皮帶輪楔的數(shù)量；t=皮帶輪中的皮帶輪凹槽總數(shù)；an=6-[拉伸％x(8.2t+2n)];b=拉伸％x(6t+0);其中e-標(biāo)稱的皮帶輪凹槽角，用度表示；拉伸％-在經(jīng)受拉伸載荷下皮帶的拉伸百分比。全文摘要一種多楔皮帶輪以及皮帶輪和皮帶的系統(tǒng)，其具有皮帶輪楔(101)和凹槽(102)輪廓的結(jié)構(gòu)，當(dāng)皮帶處于拉伸載荷下時其可與皮帶形狀相互合作。文檔編號F16H55/36GK101263322SQ200680032856公開日2008年9月10日申請日期2006年9月6日優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日發(fā)明者米切爾·里迪,約翰·奧爾登申請人:蓋茨公司