專利名稱：同步帶鏈輪的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及同步帶鏈輪，更具體地，涉及包括通過線性齒腹部連接到凹槽弓形 共軛齒腹部的凹槽頂端半徑的同步帶鏈輪。
背景技術：
同步帶傳動系統(tǒng)廣泛用于工業(yè)中，其作為鏈傳動或齒輪傳動鏈的替代，用以在 軸之間傳遞轉矩和/或平移運動。帶傳動具有節(jié)線，其從帶和鏈輪齒上偏移并位于帶拉伸件內(nèi)。偏移的節(jié)線引入 了這樣的問題，即在不同帶負載和鏈輪直徑下具有最小干涉的情況下確保帶齒良好地進 入到鏈輪凹槽中。帶齒/鏈輪齒干涉問題又混以以下問題帶制造公差和鏈輪制造公差，其導致 在帶齒和鏈輪齒之間小的節(jié)距差；加工公差，其導致鏈輪齒和帶齒齒腹(flank)輪廓之間 小的偏差；在模制過程中的聚合物收縮，這導致小于理想的帶齒的形狀；帶齒在負載下 的旋轉和變形，這導致進和出帶齒/鏈輪齒的干涉；和由鏈輪凹槽深度/帶齒高度中的偏 差引起的弦效應，這導致在帶齒和鏈輪齒之間明顯的節(jié)距差。帶齒和鏈輪齒之間該節(jié)距的不匹配導致皮帶輪齒的上部、尤其是鏈輪頂半徑與 曲線鏈輪齒腹相交的區(qū)域刮擦帶齒齒腹的上部，最終削弱帶齒覆蓋物，導致帶齒失效。本領域的代表是美國專利第4605389號，其公開了帶齒的動力傳送帶，其帶齒 具有等切面曲線形式的齒腹表面，其帶鏈輪的鏈輪齒具有等切面(tractrix)曲線形式的齒 腹表面，帶和鏈輪一起展現(xiàn)了平滑的運行和防棘輪效應的特性。所需要的是一種鏈輪，其具有通過線性齒腹部連接到凹槽弓形共軛齒腹部的凹 槽頂半徑。本發(fā)明滿足該需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要方面是提供具有凹槽頂半徑的鏈輪，該凹槽頂半徑通過線性齒腹 部連接到凹槽弓形共軛齒腹部上。本發(fā)明的其他方面將通過本發(fā)明下面的描述和附圖而指出或變得顯而易見。本發(fā)明包括一種鏈輪，該鏈輪包括用于接合齒帶的至少一個凹槽，所述凹槽具 有齒腹，當該齒帶是齒條形式時，該齒腹具有在帶齒根半徑(R8)的大約105%和大約 125%之間的凹槽頂半徑(Rl)，所述凹槽頂半徑通過線性齒腹部(202)連接到凹槽弓形共 軛齒腹部(200)，和所述線性齒腹部設置為相對于凹槽中心線(CL)成在大約18°到大約 24°之間的角度(Φ)，并包括至少大約20%的鏈輪凹槽深度(h)的長度。
附圖，其結合在本說明中并形成本說明的一部分，示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施方 式，并且和描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1是現(xiàn)有技術中的帶和鏈輪嚙合接合的橫截面圖。圖2是現(xiàn)有技術中的凹槽輪廓的橫截面圖。圖3是現(xiàn)有技術中的帶結構的橫截面圖。圖4是本發(fā)明的鏈輪凹槽的橫截面圖。圖5是與本發(fā)明的鏈輪凹槽接合的帶齒的橫截面圖。圖6是與本發(fā)明的鏈輪嚙合的帶的橫截面圖。圖6A是圖6的細節(jié)。圖7是具有尺寸的本發(fā)明的鏈輪凹槽的橫截面圖。圖8示出與圖7的鏈輪凹槽輪廓接合的帶齒的輪廓。圖9是具有尺寸的本發(fā)明的鏈輪凹槽的橫截面圖。圖10是在現(xiàn)有技術的帶和現(xiàn)有技術的鏈輪與本發(fā)明的鏈輪之間對齒負載分布進 行比較的示圖。
具體實施例方式圖1是現(xiàn)有技術中的帶和鏈輪嚙合接合的橫截面圖。具有齒高h2和齒基寬b比 大約為0.70的現(xiàn)有技術中的齒帶的輪廓與現(xiàn)有技術中的鏈輪12的齒的一部分32嚙合，以 示出帶的嚙合特性如何依賴于其齒腹表面的形狀。盡管在完全接合在鏈輪腔16中的帶齒 14和鏈輪腔16之間沒有干涉的配合，但正進入鏈輪凹槽20的帶齒18和正離開鏈輪凹槽 24的帶齒22具有的齒腹表面26、28如此“陡峭”，以致它們刮擦在鏈輪凹槽齒腹30、 32的側面的上部上，如由交迭區(qū)域34、36所示出的。在帶運行過程中，齒齒腹和凹槽齒 腹之間的刮擦引起噪音并可能導致不想要的帶振動。如果在鏈輪齒腹之間的距離變窄以 便于齒進入和出去而不發(fā)生干涉，例如通過從交迭區(qū)域34、36去除齒材料，那么每個帶 齒將僅僅平移到靠著鏈輪凹槽齒腹的位置，在那里將再次發(fā)生帶齒干涉。圖2示出了等切面曲線92、94的形成，當帶齒為齒條形式時，其用于生成現(xiàn)有 技術中的齒帶的齒腹輪廓。通常，等切面曲線限定為懸鏈線的漸開線。等切面曲線的特征在于切線的一部 分在其在曲線上的接觸點和直角坐標軸之間保持恒定的長度。所有切線的方向基本上近 似于帶齒在不與鏈輪齒干涉的情況下進入鏈輪凹槽時的相對運動方向。用于現(xiàn)有技術中的齒齒腹或凹槽齒腹的等切面曲線92的形狀可以在直角坐標系 中表達為如下的等式 _
Jr —其中y軸是垂直于帶的縱向軸線；χ軸是平行于帶的縱向軸線；y = y軸坐標；x = x軸坐標；和A=切線的所述一部分，該部分在等切面曲線上的一點和y軸之間是恒定的。等切面曲線92始于點(X，y)，該點對應于在帶齒頂上的點。在圖中，點χ位于離y軸距離A處，其中線A也表示該曲線在點(X，y)處的切線。在點(x2，y2)處， 切線A2的長度等于線段A。當曲線92繼續(xù)時，在點(x3，y3)處的切線A3長度等于切 線A2和線段A。如同所示的，曲線92繼續(xù)以虛線延伸到點(x4，y4)，該點在線93的 投影上。線93對應于帶齒連接表面(landsurface)的位置的y軸坐標。點(x4，y4)位 于離χ軸距離為h2處，該距離對應于帶齒的高度。曲線92通過半徑R過渡到線93中。等切面曲線94以類似的方式生成，其始于點(x5，y5)，該點與點(x，y)間隔 距離L。曲線94繼續(xù)以生成到點(x6，y6)，該點與點(x4，y4)間隔距離b。距離b建 立帶齒的基寬。圖3是現(xiàn)有技術中的帶結構的橫截面圖。典型的現(xiàn)有技術中的齒帶包括彈性本 體96，在一側上包括多個帶齒98，而在另一側上形成任何需要的形狀——例如平滑的背 層100或波狀的背層102。該本體采用任何合適的彈性體以已知的方式模制或澆鑄而成， 所述彈性體例如是天然橡膠、合成橡膠或者它們的混合；或者是能澆鑄的彈性體，例如
聚亞氨酯。拉伸件104設置在本體中并限定出節(jié)線106或者縱向軸線，在運行過程中，帶繞 著該線發(fā)生彎曲。拉伸件可以由任何合適的高模量的材料制成，例如螺旋鋼索、纖維 玻璃繩、例如以商標Kevlar或Kevlar49出售的芳族聚酸胺纖維，等等。碳纖維繩也可以 用于拉伸件104。現(xiàn)有技術中已知的纖維材料可以選擇性地設置在帶齒中以提高它們的模量，并 且可選地，抗磨織物108可以設置作為齒面。每個現(xiàn)有技術中的帶齒中，當帶齒為齒條形式時，其齒腹表面112、114的至少 主要部分110基本上為等切面曲線的形式，該等切面曲線以結合圖2所述的方式生成。該 等切面曲線通過半徑R過渡到連接表面115中。類似地，等切面曲線的半徑或延長線用 于過渡到帶齒頂116，該帶齒頂116可以具有長度L。如在縱向截面中看到的，帶齒通過節(jié)距P間隔，每個帶齒具有基寬b和高度 h2。齒腹表面的陡度對棘輪效應具有影響并通過比率A/h2控制。比率A/h2在大約 0.55-0.90。帶齒的深度，其對棘輪效應也有影響，通過比率h/b控制。該比率h/b在大約 0.30-1.0。比率b/p部分地用于減小在進入和出去的過程中帶齒和鏈輪之間的交迭干涉。 比率b/p在大約0.80-0.35。對于公開的每個比率，b/2的量總是大于(A-x4)的量，以避免等切面曲線92、 94理論上互相交迭。這里對帶齒齒腹表面的描述是對于帶齒為“齒條形式”的情形，也即，當y軸 垂直于節(jié)線時，即帶是平坦的，好像壓在平坦的表面上。當帶彎曲時，例如當它在鏈輪 上行進時，y軸不再垂直于節(jié)線，因為其與帶齒保持處于固定的關系。根據(jù)本發(fā)明，鏈輪凹槽齒腹200設計為與前面所述的帶齒共軛(conjugate)，并 且分開為展開的共軛寬度加上任何需要的帶齒寬度到鏈輪凹槽寬度間隙上。本發(fā)明的鏈 輪凹槽底部可以輕微地突起、輕微地凹進或平坦，其形式對于本發(fā)明的合適地運行是不 重要的。鏈輪凹槽深度(“h”，見圖4)(沿著鏈輪凹槽的中心線從外徑ODl量到鏈輪凹槽的底部)從比帶齒高度h2小大約2%到比帶齒高度h2大大約4%，所述帶齒高度h2 為從帶連接線(Iandline)量到帶齒頂，參見圖3。鏈輪凹槽齒腹的線性部202包括在鏈輪凹槽深度h的大約20%到大約50%之間 的長度。每個齒腹部202以與鏈輪凹槽中心線CL成在大約18°和大約24°之間的角度 Φ設置。在指出的范圍內(nèi)的該角度Φ取決于鏈輪節(jié)距(P)、鏈輪外直徑ODl和需要的 棘輪阻力程度。通常，更陡峭的齒腹為系統(tǒng)提供更大的棘輪阻力，但是更少免除嚙合干 涉。當帶是齒條形式時，鏈輪頂半徑(R1，參見圖7)在帶根半徑(R8，參見圖5)的 大約105%到大約125%的范圍內(nèi)。設計參數(shù)的這種組合導致了具有“漏斗”效應的鏈輪凹槽，當帶齒進入和退出 鏈輪凹槽時，這種鏈輪凹槽引導帶齒進入到位而不施加不適當?shù)木植考羟胸撦d到帶齒的 齒腹上。這導致帶壽命顯著地增長和更好地分布齒剪切負載以最小化弦效應和帶齒旋 轉。圖4是本發(fā)明的鏈輪凹槽的橫截面圖。在本例中，凹槽弓形齒腹200從Ρ3通到 Ρ4的部分與這里所述的帶齒齒腹114共軛，并且理想的鏈輪凹槽從中心線CL偏移到帶齒 間隙201，即Ρ4到Ρ5。部分201位于等于凹槽深度h的深度。齒腹部200包括半徑R2和R3，參見圖7。半徑R2和R3可以相等(R2 = R3) 或者不相等(R2 Φ R3)。齒腹的線性部202設置為與鏈輪凹槽中心線CL成角度Φ，該部分202從在點Ρ3 處的下鏈輪凹槽弓形齒腹沿切線方向向外延伸。鏈輪頂半徑Rl大于在齒條形式中的帶齒 根半徑R8，從在點Ρ2處對線性鏈輪凹槽齒腹部的切線延伸到鏈輪外側直徑ODl。圖5示出齒條形式的14mm節(jié)距的現(xiàn)有技術帶齒接合本發(fā)明的32凹槽14mm鏈 輪。凹槽尺寸比帶齒的稍微要大。在齒條形式中，節(jié)線106是線性的。圖6示出了現(xiàn)有技術中的帶與本發(fā)明的鏈輪嚙合。每個齒14、18、22分別嚙合 凹槽160、180、190。該圖示出在帶齒上齒腹114和根半徑R8(參見圖5和7)與鏈輪凹 槽上齒腹202和頂半徑Rl (參見圖5)之間的間隙。這可以對比于圖1中所示的現(xiàn)有技術 中的帶齒和鏈輪凹槽的接合，其中不存在這樣的間隙。圖6A是圖6的細節(jié)。圖7是本發(fā)明的實施方式。描述了 32凹槽的14mm節(jié)距的鏈輪。在本例中， 鏈輪凹槽深度h選擇為等于大約0.23”的帶齒高度h2。鏈輪凹槽200的下共軛部占總的 凹槽深度h的大約36.2%。為了說明目的，部分200這里示出為半徑R2和R3的組合， 但是也可以包括等切面曲線或一些其他曲線的組合，其近似于帶齒的共軛。所述數(shù)值只 是例子而不旨在限制本發(fā)明的范圍。在點P2和P2’之間測量得到的鏈輪凹槽的下齒腹寬度等于帶齒共軛寬度加上大 約0.01英寸的設計間隙201。凹槽底部，R4，可以稍微凹進，但是典型地近似于直線。 線性上齒腹部202從點P2延伸到P1，與鏈輪凹槽中心線成大約23°的角度。部分202 的總長度為沿著鏈輪凹槽中心線CL測量得到的鏈輪凹槽深度h的大約43%。鏈輪凹槽 頂具有大約0.06英寸的半徑Rl。Rl接合鏈輪外徑在點PO處的切線和線性鏈輪凹槽上齒 腹部在點Pl處的切線。半徑Rl是齒條形式的帶齒根半徑R8的大約124%。數(shù)值的例 子只提供用于示例而不旨在限定本發(fā)明的范圍。
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在圖7中，在P4和P5之間的部分包括輕微的半徑，這為凹槽產(chǎn)生輕微凹進的底 部。該曲線也可以輕微地凸起。在圖4中，該部分是線性的。因此，部分P4到P5可 以是彎曲的或線性的而不會不利地影響本發(fā)明。在本實施方式中，齒腹部200包括半徑 R2、R3、R4。圖8示出與圖7的鏈輪凹槽輪廓接合的帶齒的輪廓。本發(fā)明的系統(tǒng)實現(xiàn)了相對于現(xiàn)有技術的顯著程度的改進，如通過下表1中的結 果所示的。現(xiàn)有技術中的帶在32凹槽14mm節(jié)距的現(xiàn)有技術的鏈輪和32凹槽14mm的 本發(fā)明鏈輪上采用已知的工業(yè)標準測試進行了測試，其中本發(fā)明鏈輪采用了圖7和圖9中 所描述的設計。下面是測試程序的結果表 1至帶失效時的小時數(shù)
權利要求
1.一種鏈輪，包括用于接合齒帶的至少一個凹槽；所述凹槽具有齒腹，當該齒帶是齒條形式時，該齒腹具有在帶齒根半徑(R8)的大約 105%和大約125%之間的凹槽頂半徑(Rl)；所述凹槽頂半徑通過線性齒腹部(202)連接到凹槽弓形共軛齒腹部(200)；和 所述線性齒腹部設置為相對于凹槽中心線(CL)成在大約18°到大約24°之間的角 度(Φ)，并包括至少大約20%的鏈輪凹槽深度(h)的長度。
2.根據(jù)權利要求1所述的鏈輪，其中鏈輪凹槽深度(h)是在比齒帶齒高度(h2)小大約2%到比齒帶齒高度(h2)大大約4% 的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求1所述的鏈輪，其中所述線性齒腹部(202)具有在凹槽中心線(CL)上測量時小于大約50%的鏈輪凹槽深 度(h)的長度。
全文摘要
一種鏈輪包括用于接合齒帶的至少一個凹槽，所述凹槽具有齒腹，當該齒帶是齒條形式時，該齒腹具有在帶齒根半徑(R8)的大約105％和大約125％之間的凹槽頂半徑(R1)，所述凹槽頂半徑通過線性齒腹部(202)連接到凹槽弓形共軛齒腹部(200)，并且所述線性齒腹部設置為相對于凹槽中心線(CL)成在大約18°到大約24°之間的角度(Φ)，并包括至少大約20％的鏈輪凹槽深度(h)的長度。
文檔編號F16H7/02GK102016354SQ200980115870
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權日2008年5月2日
發(fā)明者J·C·蓋納 申請人:蓋茨公司