专利名称：用于汽车的低模量皮带的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车的多带轮附件驱动系统，尤其是涉及一种用于该附件驱动系统的附件驱动皮带。
本发明特别设计成通过在多带轮附件驱动系统的带轮上拉伸驱动皮带而满足使附件驱动皮带可以相对容易地安装的要求，其中，该驱动皮带在驱动系统的整个使用寿命中都保持足够的拉紧。
发明公开本发明提供了一种用于汽车的多带轮附件驱动系统的低模量驱动皮带，它能够在安装过程中进行相对较大拉长，且在皮带的整个使用寿命中保持相对较高的安装张紧力百分数。本发明也提供了一种使用该皮带的汽车多带轮附件驱动系统，并提供了用于构成该皮带的方法。
本发明的第一方面涉及一种用于汽车的多带轮附件驱动系统，它包括(a)驱动带轮；(b)附件带轮，该附件带轮与附件驱动轴操作连接；以及(c)环形驱动皮带，该环形驱动皮带在驱动带轮和附件带轮之间进行啮合；其中，该驱动皮带包括环形橡胶复合材料带，该环形橡胶复合材料带中形成有多个周向延伸并轴向对齐的聚酰胺6.6绞合股线。在本发明该方面的更详细实施例中，在安装在带轮上之前，环形驱动皮带的周向长度比附件驱动系统的标称驱动长度小大约2％至大约3％，在更详细的实施例中，在安装在带轮上之前，环形驱动皮带的周向长度比附件驱动系统的标称驱动长度小大约2％至大约2.3％。在更详细的实施例中，在相邻股线的边缘之间的轴向距离或间距为大约0.3mm(0.012英寸)至大约0.4mm(0.016英寸)。在更详细的实施例中，各绞合股线包括一对绞合在一起的纱线股。在更详细的实施例中，各股线的直径为大约0.58mm(0.023英寸)。
在本发明第一方面的可选详细实施例中，环形驱动皮带的拉伸模量为大约7000N/mm/mm(1575磅力/英寸/英寸)至大约10000N/mm/mm(2250磅力/英寸/英寸)；在更详细的实施例中，环形驱动皮带的拉伸模量为大约7800N/mm/mm(1750磅力/英寸/英寸)至大约8500N/mm/mm(1910磅力/英寸/英寸)。在更详细的实施例中，在安装在带轮上之前，环形驱动皮带的周向长度比附件驱动系统的标称驱动长度小大约2％至大约3％。
在本发明第一方面的另一可选实施例中，附件驱动系统的操作力矩小于或等于大约2.7N.m(2英尺.磅)。在更详细的实施例中，附件是汽车水泵，附件带轮与水泵的驱动轴操作连接。
本发明的第二方面提供了一种用于汽车的多带轮附件驱动系统，它包括(a)驱动带轮；(b)附件带轮，该附件带轮与附件驱动轴操作连接；以及(c)环形驱动皮带，该环形驱动皮带在驱动带轮和附件带轮之间进行啮合，其中，该驱动皮带包括环形橡胶复合材料带，该环形橡胶复合材料带中形成有多个周向延伸并轴向对齐的股线；(d)环形驱动皮带的拉伸模量为大约7000N/mm/mm(1575磅力/英寸/英寸)至大约10000N/mm/mm(2250磅力/英寸/英寸)。在更详细实施例中，在安装在带轮上之前，环形驱动皮带的周向长度比附件驱动系统的标称驱动长度小大约2％至大约3％。在还一更详细的实施例中，在安装在带轮上之前，环形驱动皮带的周向长度比附件驱动系统的标称驱动长度小大约2％至大约2.3％。在还一更详细的实施例中，股线是聚酰胺绞合股线。
在本发明第二方面的可选详细实施例中，附件驱动系统的操作力矩小于或等于大约2.7N.m(2英尺.磅)。在更详细的实施例中，附件是汽车水泵，附件带轮与水泵的驱动轴操作连接。在更详细的实施例中，多带轮附件驱动系统是两带轮附件驱动系统。
在本发明第二方面的可选详细实施例中，环形驱动皮带的拉伸模量为大约7800N/mm/mm(1750磅力/英寸/英寸)至大约8500N/mm/mm(1910磅力/英寸/英寸)。
本发明的第三方面提供了一种用于汽车的两带轮附件驱动系统，它包括(a)驱动带轮；(b)附件带轮，该附件带轮与附件驱动轴操作连接；以及(c)环形驱动皮带，该环形驱动皮带在驱动带轮和附件带轮之间进行啮合，其中，该驱动皮带包括环形橡胶复合材料带，该环形橡胶复合材料带中形成有多个周向延伸并轴向对齐的股线；(d)环形驱动皮带的拉伸模量为大约8500N/mm/mm(1910磅力/英寸/英寸)；以及(e)在安装在带轮上之前，环形驱动皮带的周向长度比在驱动带轮和附件带轮之间的标称驱动长度小大约2.2％至大约2.3％。在更详细的实施例中，股线是聚酰胺6.6绞合股线。
本发明的第四方面涉及一种用于汽车的多带轮附件驱动系统，它包括(a)驱动带轮；(b)附件带轮，该附件带轮与附件驱动轴操作连接；以及(c)环形驱动皮带，该环形驱动皮带在驱动带轮和附件带轮之间进行啮合，其中，该驱动皮带包括环形橡胶复合材料带，该环形橡胶复合材料带中形成有多个周向延伸并轴向对齐的聚酰胺6.6绞合股线；(d)在安装在带轮上之前，环形驱动皮带的周向长度比附件驱动系统的标称驱动长度小大约2.2％至大约2.3％。在更详细的实施例中，在安装在带轮上之前，环形驱动皮带的周向长度比附件驱动系统的标称驱动长度小大约2％至大约2.3％。在更详细的实施例中，在绞合股线之间的间距为大约0.3mm(0.012英寸)，各绞合股线包括一对绞合在一起的纱线股，各股线的直径为大约0.58mm(0.023英寸)。
在本发明第四方面的可选详细实施例中，附件驱动系统的操作力矩小于或等于大约2.7N.m(2英尺.磅)。在更详细的实施例中，附件是汽车水泵，附件带轮与水泵的驱动轴操作连接。
本发明的第五方面涉及一种用于制造附件驱动皮带的方法，该方法包括以下步骤(a)将至少一层织物材料或橡胶材料施加在鼓形物的外表面上；(b)将至少第一层减震橡胶施加在鼓形物上并覆盖摩擦织物层；(c)将聚酰胺6.6绞合股线缠绕在该鼓形物上，并在第一减震橡胶层上面；(d)将一层含有相对较强耐磨损纤维的橡胶材料施加在鼓形物上并覆盖股线；(e)使多层一起固化成皮带复合材料的固化套筒；(f)将该固化套筒切成多个环形皮带；以及(g)使环形皮带内外翻转，以便用作附件驱动皮带；(h)其中，在缠绕步骤中，以大约3磅力(13N)至大约3.5磅力(15.5N)来缠绕聚酰胺6.6绞合股线。在更详细的实施例中，在缠绕步骤中，聚酰胺6.6绞合股线绕组以大约0.40mm(0.016英寸)(在26cpi时)至大约0.30mm(0.012英寸)(在30cpi时)的间距轴向间隔开。在一更详细的实施例中，该方法还包括以下步骤在使环形皮带内外翻转的步骤之前，使多个周向槽形成于固化套筒或环形皮带的外周表面内。在本发明第五方面的可选详细实施例中，该方法包括在缠绕步骤(c)之后和施加步骤(d)之前的步骤(c1)施加至少第二层减震橡胶来覆盖股线。
本发明第六方面涉及一种用于汽车的附件驱动皮带，它包括复合橡胶和增强股线复合物，其中，该皮带用于在附件驱动系统的带轮上人工拉长，并有安装张紧力；其中，该皮带在它的整个使用寿命中保持大约至少40％的安装张紧力。在优选实施例中，该皮带在它的整个使用寿命中保持大约至少40％至大约60％的安装张紧力。在更详细的实施例中，在复合物中的股线是聚酰胺6.6股线。
附图的详细说明通过下面对优选实施例的说明以及权利要求和附图，可以了解本发明的特征和技术优点，附图中
图1表示了驱动系统的示例；以及图2是本发明的皮带的一个示例实施例沿图1中的线2-2的剖视图。
优选实施例的详细说明本发明提供了一种用于汽车的多带轮附件驱动系统的低模量驱动皮带，它能够在安装过程中进行相对较大拉长，且在皮带的整个使用寿命中保持相对较高的安装拉伸百分数。本发明也提供了一种使用该皮带的汽车多带轮附件驱动系统，并提供了用于构成该皮带的方法。
如图1所示，用于汽车中的后端附件驱动系统10的实例包括驱动带轮12，该驱动带轮12由汽车发动机驱动；以及附件带轮14，该附件带轮14可操作地与附件的驱动轴连接，该附件例如汽车的水泵。驱动皮带16在带轮12、14之间进行啮合，以便将驱动带轮12的旋转力传递给附件带轮14。在实施例中，用于该附件驱动系统的相对最大转速为大约3400rpm，同时相对最大扭矩为大约2.7N.m(2英尺.磅)。因此，在实施例中，用于该驱动的皮带16保持至少大约89N(20磅力)的驱动拉紧力，且安装拉伸力最大为大约445N(100磅力)。应当知道，尽管实施例的附件驱动系统只包括两个带轮，但是附件驱动系统包括超过两个带轮的情况也在本发明的范围内。
如图2所示，皮带16的实施例是多层复合结构，它包括外侧覆盖层18，该外侧覆盖层18由摩擦织物材料或橡胶材料制成，并粘接在减震橡胶材料层20上，该减震橡胶材料层20再粘接在耐磨损材料内层22上。在实施例中，减震橡胶材料层20包括多根轴向对齐的聚酰胺6.6绞合股线，这些绞合股线穿过减震橡胶材料层纵向延伸。在本实施例中，耐磨损橡胶材料内层22是根据环境因素以及增强纤维浸渍的性能因素而进行选择的EPDM化合物。这样的纤维浸渍化合物例如在美国专利No.5267908和5518460中所示(也可见美国专利No.5273496；5334107；5507699)。另外，在实施例中，层20中的减震材料是能够环绕股线23固化和能够粘接到耐磨损橡胶材料内层22上的弹性体化合物。也可选择，在所示实施例中，聚酰胺6.6绞合股线23包括一对绞合在一起的聚酰胺6.6纱线股，且最终形成的股线的直径为大约0.58mm(0.023英寸)。本领域技术人员通常将该结构称为“840/1/2”股线结构(丹尼耳/纱每股/股每股线)。本领域技术人员应当知道，其它聚酰胺6.6纱线股的可选结构也可以用于产生绞合股线的可选结构，它们包括但不限于840/1/3、1000/1/2、660/1/3等。
最后，在某些实施例中，在相邻聚酰胺6.6绞合股线的边缘之间轴向或横向间距为大约0.3mm(0.012英寸)(它等于大约12股线每cm或30股线每英寸)至大约0.4mm(0.016英寸)(它等于大约10股线每cm或26股线每英寸)；在所示实施例中，间距为大约0.3mm(0.012英寸)。
在所示实施例中，驱动皮带16是多肋皮带，因为它包括多个纵向槽24，这些纵向槽切入皮带的内表面，并形成互补的多个肋26，其中，该肋和槽24、26装入带轮12、14上的相应肋28和槽30内。
在某些实施例中，在安装在附件驱动系统10上之前，皮带16的长度比在驱动带轮12和附件带轮14的标称驱动长度小大约2％至大约3％(其中，标称驱动长度是当装在驱动带轮和附件带轮上时的拉紧皮带的长度；或者当在附件驱动系统中使用的带轮超过两个时，标称驱动长度是当装在附件驱动系统的所有带轮上时的拉紧皮带的长度)。在实施例中，在安装于带轮上之前，驱动皮带16的长度比在驱动带轮12和附件带轮14之间的标称驱动长度低大约2.2％至大约2.3％。驱动皮带16的该减小长度与这里所述的驱动皮带的结构相组合，使得在皮带16的整个使用寿命中，驱动皮带的工作驱动拉紧力为大约111N(25磅力)至大约200N(45磅力)，而对于3肋皮带，该皮带16的使用寿命通常为使得采用该皮带16的汽车运行241401Km(150000英里)。对于其它结构的皮带(例如6肋皮带结构)，工作寿命将变化。
在所示实施例中，皮带16利用称为“快速切割”方法的新颖制造方法来制造。该方法包括将斜切摩擦织物(编织物、无纺织物、针织物等)或橡胶材料覆盖层施加在柱形鼓形物的外表面上；将一层减震橡胶施加在鼓形物上的摩擦织物层上；将聚酰胺6.6绞合股线以预定间距和张力缠绕在该鼓形物上；环绕缠绕在第一减震橡胶层上的股线而施加可选的第二减震橡胶层；在第二减震橡胶层上将含有相对较强耐磨损纤维的橡胶材料施加在鼓形物上(或者当没有使用可选的第二减震橡胶层时覆盖缠绕的股线)；使包围在鼓形物上的层固化(例如使用高压蒸气)，这样，减震橡胶材料层环绕聚酰胺6.6绞合股线流动，并粘接在斜切摩擦织物覆盖层上和粘接在含有较强耐磨损纤维的橡胶材料层上。一旦固化，该复合层从固化区域或容器(高压蒸气)中取出，并冷却以停止固化处理。然后，将固化复合材料的管形套筒切成各个皮带，且该皮带送入成形机器，从而可以在皮带的外表面切出槽。当切成槽后，皮带可以内外翻转，以便用于附件驱动系统。
在所示实施例中，聚酰胺6.6绞合股线在股线缠绕拉紧力为大约15.5N(3.5磅力)的情况下缠绕在第一减震橡胶层上。另外，如上所述，股线的缠绕间距为大约0.30mm(0.012英寸)。
上述方法仅仅是用于构成本发明的皮带的示例方法。本领域技术人员应当知道，可以采用层、材料和步骤的各种组合，这也在本发明的至少一个方面的范围内。例如，当含有耐磨损纤维的橡胶材料可以固化，以便环绕股线流动和粘接到覆盖层上，就可以省掉两层减震橡胶层。本领域技术人员还应当知道，可以使用其它方法使槽形成于皮带中，例如磨削或模制。
在多个实施例中，本发明的皮带提供至少大约7000N/mm/mm(1572磅力/英寸/英寸)的拉伸模量；在更详细的实施例中，拉伸模量为大约7800N/mm/mm(1750磅力/英寸/英寸)至大约8500N/mm/mm(1910磅力/英寸/英寸)。因此，根据实施例的皮带是低模量皮带，它能够在整个安装过程中有相对较大拉长。且在皮带的整个使用寿命中，在冷“不操作”状态和在热“操作”状态下，保持相对较高的安装拉伸百分数(它的安装拉伸的大约40％至大约60％)。这样的皮带特别能够通过在带轮上“拉长”皮带而安装在附件驱动带轮上。该皮带专门用于在整个驱动系统的设计使用寿命中都保持合适拉伸。因为皮带有相对较低的拉伸模量，因此，与普通类型的皮带相比，安装时的拉伸大大减小。
由上可知，本领域技术人员应当知道，尽管这里介绍的装置和方法构成本发明的实施例，但是应当知道，本发明并不局限于这些特定装置和方法，在不脱离由权利要求确定的本发明范围的情况下可以进行变化。因此，应当知道，本发明由权利要求确定，这里介绍实施例的性质或元件并不包含在权利要求的意思中，除非该限制或元件在权利要求中特别列出。同样，应当知道，为了处在权利要求的范围内，并不需要满足这里所述的本发明的任意或全部优点和目的，因为本发明由权利要求确定，且尽管这里并没有对明确说明，但是本发明可以存在固有的和/或意外的优点。
权利要求
1.一种用于汽车的多带轮附件驱动系统，其特征在于驱动带轮(12)；至少一个附件带轮(14)，该至少一个附件带轮与附件驱动轴操作连接，驱动带轮和附件带轮之间有标称驱动长度；以及环形驱动皮带(16)，该环形驱动皮带在驱动带轮(12)和附件带轮(14)之间进行啮合，该驱动皮带(16)包括环形橡胶复合材料带，该环形橡胶复合材料带中形成有多个周向延伸并轴向对齐的股线(23)，例如聚酰胺绞合股线，包括聚酰胺6.6绞合股线。
2.根据权利要求1所述的多带轮附件驱动系统，其特征在于在安装在带轮(12、14)上之前，环形驱动皮带(16)的周向长度比附件驱动系统的标称驱动长度小大约2％至大约3％，例如大约2％至大约2.3％，或者大约2.2％至大约2.3％。
3.根据权利要求1或2所述的多带轮附件驱动系统，其特征在于在绞合股线(23)之间的间隔距离为大约0.3mm(0.012英寸)至大约0.4mm(0.016英寸)，其中，各绞合股线(23)包括一条或多条绞合在一起的纱线股，例如一对绞合在一起的纱线股，各股线(23)的直径为大约0.58mm(0.023英寸)；绞合股线(23)可以轴向分布成每厘米大约10至大约12根绞合股线。
4.根据前述任意一个权利要求所述的多带轮附件驱动系统，其特征在于环形驱动皮带(16)的拉伸模量为至少大约7000N/mm/mm(1575磅力/英寸/英寸)，优选是大约7800N/mm/mm(1750磅力/英寸/英寸)至大约8500N/mm/mm(1910磅力/英寸/英寸)。
5.根据前述任意一个权利要求所述的多带轮附件驱动系统，其特征在于附件驱动系统(10)的操作力矩小于或等于大约2.7N.m(2英尺.磅)，该附件可以是汽车水泵，附件带轮(14)与水泵的驱动轴操作连接，且附件驱动系统(10)可以为两带轮附件驱动系统。
6.一种用于制造附件驱动皮带的方法，其特征在于以下步骤将至少一覆盖材料层(18)施加在一鼓形物的外周表面上；将至少第一减震橡胶材料垫层(20)施加在鼓形物上并覆盖该覆盖层(18)；将聚酰胺6.6绞合股线(23)缠绕在该鼓形物上，并在第一减震垫层(20)上面；将一层(22)含有相对较强耐磨损纤维的橡胶材料施加在鼓形物上并覆盖聚酰胺6.6绞合股线(23)；使多层一起固化成皮带复合材料的固化套筒；将该固化套筒切成多个环形皮带(16)；以及使环形皮带(16)内外翻转，以便用作附件驱动皮带；其中，在缠绕步骤中，以大约13N(3磅力)至大约15.5N(3.5磅力)来缠绕聚酰胺6.6绞合股线(22)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于在缠绕步骤中，聚酰胺绞合股线(23)绕组以大约0.40mm(0.016英寸)至大约0.30mm(0.012英寸)的间距轴向间隔开；和/或在使环形皮带内外翻转的步骤之前，使多个周向槽(24)形成于固化套筒或环形皮带的外周表面内；在环形皮带的固化套筒的外周表面中形成多个周向槽的步骤可以包括在环形皮带的固化套筒的外周表面中快速切削槽的步骤。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于在将聚酰胺6.6绞合股线(23)缠绕在鼓形物上并处于第一减震垫层(20)上面的步骤之后以及在聚酰胺6.6绞合股线(23)上将一层(22)含有相对较强耐磨损纤维的橡胶材料施加在鼓形物上的步骤之前，还有在聚酰胺6.6绞合股线(23)上施加至少第二层减震垫的步骤。
9.根据权利要求6至8中任意一个所述的方法，其特征在于覆盖材料层(18)是一层织物材料或一层橡胶材料。
10.一种用于汽车附件驱动系统(10)的附件驱动皮带，该附件驱动系统有多个带轮(12、14)，该附件驱动皮带包括复合橡胶和增强纤维股线复合物，该股线特别是聚酰胺6.6复合绞合股线，其中，该驱动皮带(16)用于在多个带轮(12、14)上人工拉长至安装张紧力，且该驱动皮带在它的整个使用寿命中保持大约至少40％的安装张紧力，特别是大约至少40％至大约60％的安装张紧力。
全文摘要
本发明提供了一种用于汽车附件驱动系统的低模量皮带，它能够在安装过程中进行相对较大拉长，并在皮带的整个使用寿命中都保持相对较高的安装拉伸百分数。本发明还提供了采用该皮带(16)的汽车附件驱动系统(10)以及用于构成该皮带的方法。本发明的一个实施例涉及一种用于汽车的附件驱动系统，它包括(a)驱动带轮(12)；(b)附件带轮(14)，该附件带轮与附件驱动轴操作连接；以及(c)环形驱动皮带(16)，该环形驱动皮带在驱动带轮和附件带轮之间进行啮合；其中，该驱动皮带包括环形橡胶复合材料带，该环形橡胶复合材料带中形成有多个周向延伸并轴向对齐的聚酰胺6.6绞合股线。
文档编号F16G1/08GK1535363SQ02809277
公开日2004年10月6日 申请日期2002年4月26日 优先权日2001年5月3日
发明者杰伊·D·斯沃普, 杰伊 D 斯沃普 申请人:戴科产品有限责任公司