CN110573767B - 具有硬化齿的同步皮带 - Google Patents

Abstract

一种同步皮带，其具有：拉伸部件层，该拉伸部件层有嵌入弹性体本体中的拉伸部件；有齿表面，该有齿表面有从本体凸出的多个规则间隔开的横向齿；以及套层，该套层覆盖所述有齿表面；其中，该齿包括多个织物插入件层，该织物插入件层增加齿的硬度，插入件层通过弹性体复合材料层而彼此分离。该层可以定向得平行于拉伸部件层、垂直于拉伸部件或者遵循所述齿的轮廓。这些层可以是折叠成层的单件织物，或者可以是分开的多件织物。

Description

具有硬化齿的同步皮带

技术领域

本发明总体上涉及同步皮带，更特别是涉及具有硬化齿的皮带，该硬化齿用于增加齿负载，还特别涉及通过多个织物插入件而硬化的齿。

背景技术

同步皮带(也称为有齿皮带、同步皮带和正驱动皮带)广泛用于机械动力的传递和同步。例如，它们用于汽车阀正时系统、商用机器、自行车和摩托车驱动器以及很多其它应用。在很多这样的应用中，有利的是提高皮带的负载能力或减小皮带的所需宽度或者这两者。负载能力的一个因素是齿硬度。本领域公开了很多方法来增加齿硬度。

美国专利No.4632665公开了一种皮带，该皮带在各齿的本体中有一层织物增强件，该层织物增强件通过橡胶缓冲层而与通常的外部齿覆盖织物分开。这两种织物都环绕整个皮带延伸，因此，两种织物都将在齿槽底面区域中支承帘线，从而有助于节距线的定位。这可能使得很难控制节距线的位置。在制造皮带时，在施加拉伸部件和附加橡胶之前，两层织物和缓冲橡胶置于模具中，并预制成齿的总体形状。这是所谓的“预制”方法。

例如，美国专利No.3535946、4583963和4626232公开了在齿橡胶中使用短纤维来硬化齿复合材料。该齿复合材料或它的至少一部分通过模制压力穿过拉伸部件而被压入模具的槽中，以便形成载有纤维的齿。这是所谓的“流过”方法。该方法很难施加载有纤维的复合材料，因为复合材料的粘性由于纤维而增加。

美国专利No.4895555公开了一种制造具有无纺织物的液化弹性体皮带的方法，该无纺织物在齿槽底面区域中较薄地压缩在帘线下面，并分散地混合在齿部件中。

美国专利No.6406397公开了一种载有纤维的齿橡胶，其中，纤维以规则方式定向。该制造方法是预成形方法。

发明内容

本发明涉及提供具有硬化齿的同步皮带的系统和方法。通过较硬的齿，皮带可以有增加的负载能力或减少的正时误差或反冲，或者，皮带的尺寸可以更窄或更小，且仍然承载相同负载。

本发明涉及一种同步皮带，该同步皮带有：拉伸部件层，该拉伸部件层有嵌入弹性体本体中的拉伸部件；有齿表面，该有齿表面有从本体凸出的多个规则间隔开的横向齿；以及套层，该套层覆盖所述有齿表面；其中，该齿包括多个织物插入件层，该织物插入件层增加齿的硬度，插入件层通过弹性体复合材料层而彼此分离。该层可以定向得大致平行于拉伸部件层、垂直于拉伸部件或者遵循所述齿的轮廓。这些层可以是折叠或卷绕成层的单件织物，或者可以是分开的多件织物。

前面已经广义地概述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解下面对本发明的详细说明。本发明的附加特征和优点将在下文中介绍，它们形成本发明权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，公开的概念和特定实施例可以容易地作为基础而用于改变或设计其它结构，用于实现本发明的相同目的。本领域技术人员还应当知道，这些等效结构并不脱离如附加权利要求书中提出的本发明范围。当结合附图考虑时，从下面的说明中将更好地理解认为是本发明特征的新颖特征(对于它的组织和操作方法)以及其它目的和优点。不过，应当明确理解，各附图只是用于图示和说明的目的，而并不用于确定对本发明的限制。

附图说明

包含在说明书中并形成说明书的一部分的附图(在附图中，相同参考标号表示相同部件)表示了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中：

图1是本发明实施例的局部剖视透视图；

图2是本发明第二实施例的局部剖视透视图；

图3是本发明第三实施例的局部剖视透视图；

图4是本发明第四实施例的局部剖视侧视图；

图5是本发明第五实施例的局部剖视侧视图；

图6是本发明第六实施例的局部剖视侧视图；

图7是本发明的第七实施例的局部剖视侧视图；

图8是在第二实施例中使用的层叠材料的侧视图；

图9是在第一实施例中使用的层叠材料的端面图；

图10是本发明第八实施例的局部剖视侧视图；

图11是本发明第九实施例的局部剖视侧视图；

图12是根据现有技术的同步皮带齿的2-D线框FEA模型；

图13是根据本发明第一实施例的同步皮带齿的2-D线框FEA模型；

图14是根据本发明第二实施例的同步皮带齿的2-D线框FEA模型；以及

图15是根据本发明第三实施例的同步皮带齿的2-D线框FEA模型。

具体实施方式

图1表示了本发明的第一实施例。同步皮带10包括齿11，该齿11以规则间隔从拉伸层18凸出，该拉伸层18包括嵌入弹性体或橡胶29中的拉伸部件或帘线12。有齿表面或轮廓包括齿尖14、齿侧面15、齿根16和齿槽底面21。交替的齿和齿槽底面的有齿表面由套层13来覆盖，该套层13可以包括织物和各种处理方法。任何已知的纺织、无纺或针织织物图形17、织物处理、拉伸部件以及弹性体或橡胶配方都可以用于本发明的任何实施例中。根据本发明的该第一实施例，齿11通过包括两个或更多织物插入件22和23而硬化，该织物插入件22和23嵌入齿橡胶24中，因此通过橡胶层24而使它们相互分离以及与套层13分离。齿橡胶24、拉伸层橡胶和可选的背部橡胶(未示出)的配方可以彼此相同或不同。织物插入件22和23遵循所述齿的总体形状，因此是U形。织物插入件优选地并不延伸至齿槽底面21区域中，在该连接部分21区域中，必须控制在帘线12和套层13之间的间距，以便保持皮带的恒定节距线或中间轴线。尽管表示了两个U形织物插入件层，但是可以包括超过两个的U形层。

图2表示了本发明的第二实施例。同步皮带20包括：帘线12，该帘线12嵌入弹性体或橡胶中；以及有齿表面，该有齿表面由套层13覆盖。根据本发明的该第二实施例，齿通过包括两个或更多平的织物插入件26、27和28而硬化，该织物插入件26、27和28嵌入齿橡胶24中，从而通过橡胶层24相互分离和与套层13分离。织物插入件26-28遵循皮带的总体纵向方向，因此大致平坦或稍微圆角化，且布置成大致平行于皮带后表面19，该皮带后表面19也平行于帘线12。织物插入件优选地并不延伸至齿槽底面21区域中，在该齿槽底面21区域中，必须控制在帘线12和套层13之间的间距，以便保持一致的节距线或皮带的中间轴线。尽管表示了三个平面形的水平织物插入件层，但是可以包括两个或更多的水平层。

图3表示了本发明的第三实施例。同步皮带30包括：帘线12，该帘线12嵌入弹性体或橡胶中；以及有齿表面，该有齿表面由套层13覆盖。根据本发明的该第三实施例，齿通过包括多个织物插入件36、37和38而硬化，这些织物插入件36、37和38嵌入齿橡胶24中，因此通过橡胶层24而相互分离和与套层13分离。织物插入件36-38与齿的凸出方向对齐，也就是垂直于帘线12。织物插入件优选地并不延伸至齿槽底面21区域中，在该齿槽底面21区域中，必须控制在帘线12和套层13之间的间距，以便保持皮带的一致节距线或中间轴线。织物插入件36和38可以从竖直方向倾斜，布置得大致平行于最近的齿侧面15的齿侧表面。中心织物插入件37大致垂直于帘线12。尽管表示了三个平面形的竖直织物插入件层，但是可以包括两个或更多竖直层。

插入件织物可以彼此或与齿织物相同或不同。因此，任何织物可以是任何合适的编织或材料的纺织、针织或无纺织物。例如，织物可以包括天然或合成纤维，或者它们的混合物，包括聚酯、尼龙、棉、芳族聚酰胺、丙烯酸、维纶、人造丝、醋酸纤维、玻璃、碳、金属等。希望在织物和橡胶之间或在纤维之间有良好的粘接性，因此可能需要一种或多种粘接处理或粘接剂处理。可以使用RFL处理、橡胶胶接或其它基于乳胶的处理。织物上的预处理或上浆或整理剂可能很有用，例如异氰酸酯、环氧树脂、氨基甲酸酯等。

图4-7表示了其它实施例，其中，多个织物插入件层通过折叠单件织物而形成。当织物在一侧或两侧涂覆有橡胶时，折叠将导致织物和橡胶层可用于增强皮带齿。橡胶层可以与其余的齿橡胶或覆盖套层的橡胶相同或不同。图4的齿40实施例包括单件织物插入件42，该单件织物插入件42有多个水平层44，如图2中所示，但是通过在该单件织物中的折叠部46来连接。

图5的齿50实施例包括如图3中所示的、有多个竖直层54的单件织物插入件52，但是这些竖直层54通过单件织物中的折叠部56来连接。

图6的齿60实施例包括单件织物插入件62，该单件织物插入件62有在单件织物中的多个螺旋层44。

图7的齿70实施例包括单件织物插入件72，该单件织物插入件72有如图1中所示的多个U形(或倒U形)层74，但是通过单件织物中的折叠部76来连接。

织物插入件或插入件层并不局限于本文所示的特定数量、尺寸和形状。例如，第一实施例的插入件的数量可以大于两个或三个。对于更薄的插入件织物，能够包括更多层，同时在它们之间保持一些合适的薄橡胶层。插入件可以相互间隔开或者与套层或拉伸部件间隔开。插入件或它们中的一个或多个可以与套层、另外的插入件或拉伸部件相邻或接触。插入件可以通过用浸涂、涂层、粘接剂和/或橡胶层来处理基础织物而制成。橡胶层可以在摩擦或覆盖薄层的处理中通过压延机来施加。插入件可以在施加之前构造，或者插入件层可以在皮带构造处理中单独施加，该皮带构造处理将在后面进一步介绍。插入件可以以合适间距构造在齿织物13上，然后施加至皮带模具或进行预制。

可以使用两层齿织物13，例如在美国专利No.4632665中所述，且内部层可以用于承载插入件进入皮带构造处理中。图10和11表示了在齿槽底面区域21中有两个织物层的两种可行的布置方式。图10表示了第一套层13和第二内部套层层13'，具有在用于皮带100的齿中的三个插入件101、102和103。图11表示了第一套层13和第二内部套层13”，具有插入件101、102和103，该插入件101、102和103布置在齿中的两个套层之间。因此，需要时可以有在齿槽底面区域21中的至少一个织物层以及在齿中的一个或多个插入件的延伸部分。一个或多个所述插入件可以延伸至齿槽底面区域中。

用于制备第二实施例的水平插入件的一种方法是构成具有合适数量的插入件层和橡胶层的层叠材料，然后以一定角度重复地切割该层叠材料，以便制成合适的齿插入件。图8表示了该方法。在图8中，织物层26、27、28与橡胶层24层叠在一起。切割25将产生四个梯形插入件，各梯形插入件有三个织物层。外部套层将仍然需要进行预制，且一些橡胶将仍然需要流过帘线，以便完全填充齿。这将使得水平插入件在齿槽底面区域中没有材料。可以使用任何宽度的层叠材料以及任何数量的切割。

用于制备第一实施例的U形插入件的一种方法是构成一卷织物，例如通过螺旋地卷绕织物，并将它切成两半。图9表示了该方法。在图9中，卷材91包括橡胶层24。在25处切割产生2组U形插入件92、93和94。层叠在一起的原料和织物的片材可以缠绕在合适直径的棒上，然后将样本切成两半，各半在缠绕帘线之前用作齿中的插入件。外部套层将仍然需要预成形，且一些橡胶将仍然需要流过帘线，以完全填充齿。这可以使得U形插入件在齿槽底面区域中没有材料。

任何合适的弹性体基体或橡胶复合材料可以用于齿、后部橡胶、拉伸帘线周围的粘接胶或者皮带的其它部分。例如，橡胶化合物可以基于腈-丁二烯弹性体、聚氯丁二烯、天然橡胶、丁基弹性体、乙烯-α-烯烃弹性体、聚氨酯、其它乙烯-共聚物弹性体等。橡胶复合材料可包括本领域中已知的填料、短纤维、增塑剂、抗降解剂、处理助剂、固化剂等。可以使用液化的弹性体，例如浇铸聚氨酯。

拉伸部件可以是本领域中任何已知的，包括例如玻璃纤维、碳纤维、硼、芳族聚酰胺、尼龙、聚酯、PBO或混合纤维等的帘线。它们可以在需要时包括粘接剂、胶料或粘接剂处理。

本发明的同步皮带可以有任何合适的齿轮廓，例如梯形、曲线形、螺旋形等。标称皮带尺寸可以是任何合适的尺寸，但是在较大皮带尺寸中增强织物插入件的好处可能最明显，从8mm或9.525mm(0.375英寸)的标准汽车尺寸直到最大的工业皮带尺寸。

可以使用用于橡胶或弹性体同步皮带的任何已知的合适制造方法。优选是预成形方法。在预成形方法中，用于覆盖齿的套层首先形成为它将覆盖的表面的近似形状。这可以在有槽模具上完成，该有槽模具将用于形成整个皮带，或者这可以在用于该目的的单独的轮廓模具或机器上完成。需要时，套层可以包括织物和各种处理，包括饰面、粘接剂、涂层、橡胶层或热塑性塑料层。皮带制造的预成形方法的实例在美国专利No.3250653、3973894、4235119、6406397、和9353827中介绍。预成形方法特别适用于伸长有限或没有伸长的套层，该套层不能通过流过方法来形成。不过，在这种情况下，预成形方法很有利，因为它允许在施加拉伸部件和其它层之前将插入件放置在预制套层的齿空腔中。最初，平的插入件可以在模制和固化处理中稍微变形。弯曲的插入件也可以在压力下模制的过程中稍微改变形状。通过使得在织物的插入件层之间的橡胶层配制为粘性，可以方便皮带构造处理。粘性橡胶可以通过例如利用或包含天然粘性的弹性体、特定的增粘剂、低分子量弹性体等级、增塑剂或其它已知方法来配制。在构造过程中合适使用热量或溶剂也可以促进粘接。

还产生了单齿、数字的有限元模型(FEA)，以便比较本发明实施例的齿硬度。固定一个齿边缘，并在帘线处沿帘线方向施加位移。将皮带背部限制为只沿帘线方向运动。齿的硬度计算为在位移上的位移力。相同的方法用于各实施例的模型。图12表示了控制模型，也就是，同步皮带齿80有套层13、拉伸层18和齿橡胶24，而没有织物插入件或附加的增强件。沿y方向限制皮带背部节点19。完全限制齿侧面节点82。拉伸层18沿由箭头84所示的方向移动。

图13表示了用于第一实施例的数字模型，该第一实施例有在齿90中的两个U形插入件22和23，该两个U形插入件由齿橡胶24分开，但是大致平行于齿的轮廓。其它方面，该模型与图12的控制模型相同。为了探究增强效果的上限，给予U形或轮廓插入件非常高的硬度值。

图14表示了具有多个水平增强插入件86的皮带齿100的数字模型。图14中使用了七个插入件，再次探索第二实施例的齿硬化效果的上限。

图15表示了用于皮带齿110的数值模型，该皮带齿110有多个竖直的增强插入件88。在图5中使用了五个插入件，以便探索第三实施例的齿硬化效果的上限。

计算的硬度结果通过除以控制模型的计算硬度结果而标准化。齿硬度结果在表1中表示。可以看见，三个实施例各自都相对于控制件而导致皮带齿的非常明显的硬化。第一实施例可以使齿的硬度几乎是控制件的五倍。第二实施例可以使齿的硬度超过两倍。第三实施例可以使齿的硬度比控制件高四倍。

因此，本发明的实施例可以显著增强同步皮带的齿的硬度，这可以提高皮带的负载能力。

本文中，各种方向/定向术语(包括“竖直的”、“水平的”，“平行的”和“垂直的”)以近似意义来使用，并与由使用表示的附图或附图部件相关。

表格1。

	控制件	实施例1	实施例2	实施例3
					插入件类型	无	轮廓	水平	竖直
相关齿硬度	1.00	4.92	2.24	4.44

尽管已经详细介绍了本发明和它的优点，但是应当理解，在不脱离由附加权利要求确定的本发明范围的情况下，能够进行各种变化、替换和变更。而且，本申请的范围并不局限于说明书中所述的处理、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。如本领域普通技术人员从本发明的公开内容中很容易知道，根据本发明可以使用目前存在或将要开发的、与这里所述的相应实施例相比执行基本相同功能或获得基本相同结果的处理、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤。因此，附加权利要求将在它们的范围内包括这些处理、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤。本文公开的发明可以在没有本文未具体公开的任何元件的情况下合适实施。

Claims (10)

1.一种同步皮带，包括：

拉伸部件层，该拉伸部件层有嵌入弹性体本体中的拉伸部件；

有齿表面，该有齿表面包括从所述本体凸出的多个规则间隔开的横向齿和在所述横向齿之间的齿槽底面，所述齿和齿槽底面是交替的；

套层，该套层覆盖所述有齿表面；

其中：所述齿包括多个织物插入件层，该织物插入件层增加所述齿的硬度，所述织物插入件层通过弹性体组分的层而相互分离；

其中，所述织物插入件层不延伸至齿槽底面中。

2.根据权利要求1所述的同步皮带，其中：所述多个织物插入件层是分开的织物片。

3.根据权利要求2所述的同步皮带，其中：所述多个织物插入件层包括大致平行于所述齿的轮廓的U形形状。

4.根据权利要求2所述的同步皮带，其中：所述多个织物插入件层是平面形，其方位大致平行于所述拉伸部件层。

5.根据权利要求2所述的同步皮带，其中：所述多个织物插入件层是平面形，其方位大致垂直于所述拉伸部件，或者相对于所述拉伸部件倾斜，直到倾斜程度如齿侧表面一样。

6.根据权利要求1所述的同步皮带，其中：所述多个织物插入件层包括单件织物。

7.根据权利要求6所述的同步皮带，其中：所述多个织物插入件层折叠成大致平行于所述齿的轮廓的U形。

8.根据权利要求6所述的同步皮带，其中：所述多个织物插入件层通过在单件织物中的折叠来连接，是平面形，且方位大致平行于所述拉伸部件层。

9.根据权利要求6所述的同步皮带，其中：所述多个织物插入件层通过在单件织物中的折叠来连接，是平面形，且方位大致垂直于所述拉伸部件，或者相对于拉伸部件倾斜，直到倾斜程度如齿侧表面一样。

10.根据权利要求6所述的同步皮带，其中：所述多个织物插入件层通过螺旋卷绕单件织物而形成。

Images