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(shí)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(dòng)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(dòng)的操作都伴隨有相對(duì)少量的帶伸長(zhǎng)。但是，當(dāng)向系統(tǒng)增大拉力時(shí)，皮帶將會(huì)沿縱向伸長(zhǎng)。當(dāng)v形帶的伸長(zhǎng)增加時(shí)，皮帶的寬度和厚度就會(huì)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(shí)，與位于中心的皮帶相比，外邊的皮帶將會(huì)產(chǎn)生不同的截面尺寸。這是因?yàn)樗械钠л啺疾鄱际窍嗤某叽?，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(qǐng)人為White(1991)的美國專利No.4981462其公開了一種環(huán)形動(dòng)力傳動(dòng)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(duì)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(gè)凸起都具有由兩個(gè)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(duì)側(cè)的皮帶結(jié)構(gòu)的凹槽的各頂點(diǎn)處會(huì)聚到該凸起的頂點(diǎn)處，皮帶結(jié)構(gòu)的每個(gè)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(duì)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(shí)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(shí)其可與皮帶形狀相互合作。通過下面本發(fā)明實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)用來補(bǔ)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?？梢圆捎矛F(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(dòng)機(jī)的附屬皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)上，當(dāng)然也可以用在包括用于驅(qū)動(dòng)泵、壓縮機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的傳送動(dòng)力的各種工業(yè)場(chǎng)合中，即安裝在任何需要通過皮帶進(jìn)行動(dòng)力傳送的場(chǎng)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(shí)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(duì)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(shí)實(shí)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(shí)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(shì)。本發(fā)明的皮帶輪包括凹槽，每個(gè)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?qǐng)D3，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(jì)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)楔的楔間隔；Sg二標(biāo)稱的楔間隔；d"球直徑；0=第ii個(gè)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(duì)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(jì)算楔的數(shù)量，并且這些楔關(guān)于中心線CL對(duì)稱。對(duì)于具有偶數(shù)個(gè)凹槽的皮帶輪來說，具有兩個(gè)緊鄰(橫跨)皮帶輪楔中心線CL的"第一"凹槽。對(duì)于具有偶數(shù)個(gè)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(duì)于具有奇數(shù)個(gè)凹槽的皮帶輪而言，只有一個(gè)"第一"凹槽，其以皮帶輪中心線CL為中心。如圖3所示，對(duì)于從中心楔向外設(shè)置的每一個(gè)楔而言，它們的間隔和角度逐漸減小。圖3示出了具有IO個(gè)凹槽、9個(gè)楔的皮帶。這僅僅是示例并不對(duì)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(gè)或更多個(gè)楔的具有相同成效的皮帶。此外，本發(fā)明的皮帶輪可以補(bǔ)償當(dāng)皮帶承受拉伸載荷時(shí)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(dòng)，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(jì)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(gè)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(jì)拉伸栽荷下皮帶的拉伸百分比；示例#1:表l中記錄了計(jì)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(gè)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(jì)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(gè)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(gè)長(zhǎng)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(gè)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(shí)，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(dòng)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(gè)皮帶截面的寬度上是一致的。參見圖7，由多個(gè)楔的頂點(diǎn)(A)位置確定的皮帶輪輪廓的彎曲部分時(shí)，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?qǐng)D7，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(diǎn)(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(zhǎng))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(jì)算僅僅以示例方式提供，并不意味著對(duì)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(duì)準(zhǔn)。圖8描繪出圖7所示皮帶輪頂點(diǎn)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(dòng)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(duì)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(duì)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(shí)質(zhì)和范圍的情形下，對(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)于皮帶輪楔的頂點(diǎn)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(gè)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?。灰约捌л啺疾劢?，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(duì)應(yīng)于皮帶輪楔頂點(diǎn)(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(diǎn)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)皮帶輪凹槽角都按照下述方程確定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中6n-第n個(gè)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(shí)其可與皮帶形狀相互合作。文檔編號(hào)F16H55/36GK101263322SQ200680032856公開日2008年9月10日申請(qǐng)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(qǐng)人:蓋茨公司