专利名称：皮带传动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用传动带传输动力的皮带传动系统。
背景技术：
在使用平带的传动系统中，平带运转时通常会出现摇摆或侧移向带轮一侧的情况，这是因为与其它类型的传动带相比，平带更易于受到传动系统零件位置变化的影响，例如带轮轴偏离其正常位置，由于径向轴载的变化而产生的其自身偏移和带轮的摇摆等。如果出现了这种皮带摇摆或侧移，平带就会接触到平带轮的边缘，而导致平带的侧面起毛或被磨损。
解决这个问题的一个已知方法是在平带轮的外围上加顶(即使其形成凸起表面)，还有一种建议性的技术就是在平带的外围设置围绕带轮旋转中心的一圈凸起(例如参见日本未审查实用新型公开号59-45351)，这种建议性技术是当在平带的左、右部之间产生张力差，从而使带轮轴倾斜并伴随着皮带向带轮一侧偏离时，利用平带的张力作用在带轮上的旋转力矩来消除带轮轴的倾斜(角偏差)和皮带的偏移。
还有一种已知的平带轮，其外围带有多个沿其外周等间距设置的凹槽(例如参见日本未审查专利公开号6-307521)，每个凹槽从带轮宽度的中间位置向两侧延伸，从而对称地形成V形槽，这些凹槽在平带和带轮之间产生摩擦力，使平带接近带轮宽度的中部，从而防止皮带的摇摆和侧移。
此外还存在一种已知技术，其将导向辊放置在平带的两侧，从而限制平带的运行位置(例如参见日本未审查实用新型公开号63-6520)。
发明内容
然而首先提及的在带轮凹槽表面加突起的方法具有如下不便，当考虑到平带运行的稳定性(防止摇摆和侧移)而将顶部的曲度设置成较小值时，压力集中在皮带宽度的中间部分，这妨碍了有效利用整个皮带宽度来传输动力，导致过早的带疲劳并降低动力传输性能；当顶部形状为球形时这些缺点尤为明显。
上述平带轮表面上的槽型增加了平带轮的生产成本，此外，仅仅通过槽型来防止平带的摇摆和侧移也是很困难的。
当采用了通过在平带两侧放置导向辊或类似物而限制平带运行位置的方法时，平带的两侧通常会接触到这种限制部件。因此，皮带侧表面容易起毛而且平带容易磨损，这就需要对平带采取一种特殊工序来防止出现这种不良效果，这对降低平带的生产成本是非常不利的。
基于上述原因，尽管与使用V形带等其它类型皮带系统相比，平带传动系统由于其皮带的挠性和较高的动力传输效率，只有较小的损失，但却没有得到广泛地应用。
为解决这个问题，本申请的发明人利用在传动带向带轮的一侧偏移时，带轮上的径向轴载或带轮轴的位置可以通过传动带的张力而变化的现象，已经开发出为了将皮带从偏移位置回复到正常位置，已移位的径向轴载将带轮向皮带倾斜角度的系统，并已就此提交了专利申请(例如参见日本专利申请号2004-058632)。
根据上述已提交申请所述的皮带传动系统的特征在于如前所述的自动校准传动带运转位置的带轮的结构(后面也叫作“皮带自动校准带轮”)。更具体的，该带轮包括缠绕传动带的空心圆柱形带轮本体；可旋转支撑带轮本体的空心圆柱形轴部件，和插入在轴部件内部的支撑杆，其中该支撑杆和轴部件通过销钉或类似物彼此连接，这样带轮本体与轴部件可以绕着销钉或类似物以一定角度运动。
并且，销钉或其类似物的轴，即带轮本体和轴部件角移动的轴(枢轴)，设置成与带轮本体的旋转轴相交，并在带轮本体的旋转方向上相对于轴部件上的径向轴载的方向向前倾斜。由于具有这种结构，因此在传动带向带轮本体的一侧偏移时，轴部件上的径向轴载的位置在带轮本体的宽度方向上发生改变，位置改变的径向轴载使带轮本体绕着枢轴移动角度，于是带轮本体与传动带倾斜接触。因此传动带被扭曲朝带轮宽度的中部改变它的运转位置。
如上所述，在通过带轮本体的角运动而使传动带扭曲来改变它的运转位置时，如果传动带具有较大抵抗其自身扭曲的阻力，那么带轮本体的角运动受到制约，这样传动带的偏移就不能得到完全的纠正。例如，可以认为当宽传动带扭曲时，其自然比窄传动带具有更大的扭曲阻力；当使传动带扭曲的皮带自动校准带轮和邻近带轮的皮带跨度较长时，皮带易于扭曲；另一方面当皮带跨度较短时，传动带具有较大的扭曲阻力。
考虑到前述的内容，本发明的目的在于当使用前述已提交申请中的皮带自动校准带轮来防止平带或其它传动带的摇摆和侧移时，通过适当地产生皮带自动校准带轮抵抗皮带扭曲阻力的功能，使其能够在一定范围内防止传动带的摇摆和侧移。
在认真试验和研究并考虑到皮带宽度或皮带跨度和皮带扭曲阻力之间的关系后，该申请的发明人已经发现，为了使皮带自动校准带轮在皮带传动系统中有效地工作，带轮与相邻带轮之间的皮带跨度需要比由使用的传动带的宽度所决定的既定长度更长。
更具体的，本发明的皮带传动系统配置成如此传动带围绕多个带轮缠绕，这些多个带轮中至少其中之一是皮带自动校准带轮，其包括传动带缠绕其上的空心圆柱形带轮本体；和支撑带轮本体使带轮本体围绕其旋转轴旋转并围绕枢轴运动角度的支撑机构，当沿着旋转轴观察时，该枢轴在带轮本体旋转方向相对于径向轴载方向向前倾斜一个预定角度，皮带自动校准带轮和每个相邻带轮之间的皮带跨度距离设置得比基于传动带宽度的预定值(即根据皮带宽度确定的)要大。
在具有上述结构的皮带传动系统中，皮带自动校准带轮的基本运转方式如下当传动带向皮带自动校准带轮的带轮本体的一侧偏移时，使得径向轴载作用在带轮本体上的位置在带轮本体的宽度方向上从枢轴偏移，移位的径向轴载产生一个关于枢轴的旋转力矩，以一定角度移动带轮本体，于是带轮本体倾斜，使得皮带偏向的那一侧朝径向轴载的方向移动，也就是说，使得当从径向轴载的方向将带轮本体的工作面水平高度看作是朝下时，皮带偏向的那一侧较低，而相反一侧较高。换言之，带轮本体的外围倾斜，像给其设置凸起的情况一样，所以皮带接收一个与其偏移方向相反的回复力。
并且，由于作为角运动中心的枢轴在带轮本体的旋转方向上相对于径向轴载的方向向前倾斜(也就是说，枢轴的倾斜角度范围处于0度到90度且不包括临界值)，带轮本体的角运动不但包括径向轴载方向上的分量，还包括与径向轴载方向垂直的皮带向前/向后的方向上的分量(也就是皮带与带轮本体接触运行的方向)。因此，不但带轮本体在前述的径向轴载的方向倾斜，而且皮带偏移的一侧朝向皮带运行的方向向前运动，以呈现倾斜接触皮带的状态，这同样纠正了皮带的偏移。
总的来说，由于为了围绕枢轴作角运动带轮本体支撑到支撑机构上，当枢轴倾斜的角度位于0度到90度范围内(不包括临界值)时，由于带轮本体这样的一种倾斜，使得在径向轴载方向上产生水平差，因此在带轮本体宽度方向偏移的传动带接收一个回复力，并通过改变其运转位置的带轮本体的角运动，在纠正偏移的方向上使其扭曲。这样，皮带运行时，由整个皮带传送系统的特性引起的皮带偏移而使这两种作用消除。结果，可防止传动带的摇摆和侧移。
将由于皮带自动校准带轮的带轮本体朝径向轴载方向倾斜而带来的回复力的作用与由于皮带相对于带轮本体呈现的倾斜位置而使带轮本体扭曲皮带的作用相比，后者具有较大的抗侧移作用。所以，为有效利用带轮本体扭曲皮带的作用，皮带自动校准带轮中枢轴的倾斜角度优选的设置在0度到45度范围内(不包括0度，包括45度)，更优选的，设置在0度到30度的范围内(不包括0度，包括30度)。
然而，当传动带的扭曲变得相对较大时，皮带抵抗其自身扭曲的阻力是一个障碍，这个阻力可能限制带轮本体的角运动。皮带的这种扭曲阻力是一个障碍，尤其是在带轮上皮带的缠绕角度(接触角度)大于一个确定角度(大约为30度)时。在这种情况下，可以认为，在使用相同或类似材料的情况下，皮带和宽度较大或皮带自动校准带轮和相邻带轮之间的跨度较小一样具有较大的扭曲阻力。
为解决这个问题，在具有上述结构的传动带系统中，皮带自动校准带轮和每个相邻带轮之间的皮带跨度距离设置得比由传动带宽度所确定的预定值更大一些。这样，即使使用了较宽的传动带时，扭曲阻力变大，皮带跨度距离也相应增加，使得皮带易于允许其扭曲。所以，即使当皮带自动校准带轮上的皮带的缠绕角度大到一定程度时，皮带的扭曲阻力不会变得很大，使得带轮本体具有足够的角运动。因此，皮带自动校准带轮提供了上述抗侧移的功能。
更具体的，传动带进入皮带自动校准带轮的皮带跨度距离与传动带退出的皮带跨度距离都优选的设置为比传动带的宽度更大一些。所以，即使带轮上皮带的缠绕角度大到一定的程度，也一定能得到前述的皮带抗侧移的功能。不过，皮带宽度和带轮宽度之间的关系，皮带的张力，厚度，材料和形状对抗侧移的功能有相应的影响，因此也需要恰当地对它们进行设置。
优选的，传动带进入皮带自动校准带轮的皮带自动校准带轮进入侧的皮带跨度距离设置得比传动带退出的皮带自动校准带轮的退出侧的皮带跨度距离要小。这是考虑到，当由于皮带自动校准带轮角运动而使传动带扭曲时，在传动带和带轮之间的接触表面上的表面压力分配发生变化，从而会改变带轮上的径向轴载的量值，并因此会改变带轮围绕枢轴的旋转力矩。
具体地，当皮带自动校准带轮的带轮本体绕着枢轴有角度地运动时，因此它呈现朝传动带倾斜的状态，而且其皮带偏离的一侧在皮带运行方向上向前移动，带轮本体已移动的一侧脱离带轮进入侧上的皮带跨度，以减少带轮与皮带之间的表面压力。另一方面，皮带退出的带轮本体一侧靠近皮带以增加表面压力。所以，由径向轴载产生于带轮本体上的旋转力矩减少了。
在这方面，例如，就与皮带接触的表面而言，在皮带自动校准带轮与皮带进入侧和退出侧上与之紧邻的带轮不同的皮带—带轮系统设计中，和其它设计相比，传动带被相邻的带轮更紧地压在皮带自动校准带轮上。如果是这样的话，如果皮带自动校准带轮进入侧的皮带跨度距离如前述相对较短，这就减小了皮带自动校准带轮和与皮带自动校准带轮进入侧相邻的带轮之间的距离，因而限制了其进入侧的表面压力的降低。另一方面，如果皮带自动校准带轮的退出侧的皮带跨度长度相对较长，这就降低了其退出侧的表面压力的增加。因此，这种由带轮本体角运动产生的旋转力矩的降低可以被减小，从而更有效地使带轮本体移动角度。
为了通过在位于带轮进入侧的皮带跨度上，将传动带挤压在皮带自动校准带轮上，来限制传动带和皮带自动校准带轮之间表面压力的减少，皮带自动校准带轮进入侧的皮带跨度距离优选设置为小于大约传动带宽度的三倍。
作为上述皮带自动校准带轮的一种具体结构，皮带自动校准带轮的支撑机构可以包括可旋转地支撑带轮本体的空心圆柱形轴部件；插入在轴部件空心部分中的支撑棒；和位于支撑棒和轴部件之间并与两者连接以组成枢轴的连接部件。该连接部件优选的是为做角运动将轴部件和支撑棒连接的销钉或者滑动安装在形成于轴部件和支撑棒之一中的半球形凹槽内的半球形突出，但也可以是为做角运动将轴部件和支撑棒连接的弹性体。
在皮带传动系统中，上述皮带自动校准带轮可以作为除了传动带轮以外的任何带轮使用。用在本发明皮带传动系统中的传动带包括平带和同步皮带(定时皮带)等各种类型的皮带。对平带来说，它们的内表面和外表面都可以接触带轮本体；对同步皮带来说，它们的与工作面相对的后表面优选接触带轮本体。
综上所述，在装备有皮带自动校准带轮的本发明的皮带传动系统中，也就是说，在该系统中，由于传动带的偏移，引起的径向轴载移动，从而使皮带自动校准带轮移动角度，因而校准传动带的运转位置，在该系统中，至少通过将皮带自动校准带轮和相邻带轮之间的皮带跨度设置为大于传动带的宽度的方式，使得该皮带自动校准带轮可以很好地抵抗皮带扭曲阻力而移动角度，从而可靠地防止传动带的摆动和侧移。
并且，如果传动带进入皮带自动校准带轮的皮带自动校准带轮进入侧的皮带跨度距离设置得小于传动带退出的皮带自动校准带轮退出侧的皮带跨度距离，那么由皮带自动校准带轮角运动而使传动带扭曲时所产生的接触表面压力的改变可以受到限制，以减少相应旋转力矩的降低，这进一步增强了上述的效果。
图1是本发明皮带传动系统一个实施例的示意图；图2是从径向轴载的方向观察，本发明的自动调节带轮的局部截面图；图3A是从与枢轴垂直的方向观察，自动对准带轮的局部截面，图3B是轴部件的横截面图；图4是带轮使用状态的局部截面侧视图；图5是用于解释在上述使用状态时因为径向轴载而在轴部件上出现旋转力矩的透视图；图6是从与径向轴载L相垂直的方向(在图4中是箭头VI的方向)观察时，解释当在上述使用的状态中皮带已经偏离时带轮本体的角度移动位置的示意图；图7是从径向轴载L方向(在图4中是箭头VII的方向)观察时，解释当在上述使用的状态中皮带已经偏离时带轮本体的角度移动位置的示意图；图8是皮带运行试验器设计的图解；图9是运行试验器力矩测量装置的侧面图；图10是力矩测量装置的前视图；图11是当皮带宽度为10mm时，根据实验结果，皮带跨度距离与带轮旋转力矩之间的关系图表；图12是当皮带宽度为20mm时图11的对应图表；图13是当皮带宽度为26mm时图11的对应图表；图14是当皮带宽度为10mm时，根据实验结果，皮带跨度距离与带轮角移动的角度之间的关系图表；图15是当皮带宽度为20mm时图14的对应图表；图16是当皮带宽度为26mm时图14的对应图表；图17A是带轮和皮带接触的表面的表面压力根据带轮角位置变化而变化的图解，图17B所示的是表面压力的分布情况；
图18是用于运行试验中的平带的局部截面透视图。
具体实施例方式
下面参考附图对本发明的实施方式进行详细描述。
图1示意地示出根据本发明的皮带传动系统应用到发动机附件传动系统A中的皮带和带轮的布置图。在该图中，附图标记1代表安装在发动机E的曲轴(未示出)上与之整体旋转的作为主动带轮的曲柄带轮。附图标记2-6代表从动带轮，其包括安装在发动机的附件动力转向泵(未示出)的旋转轴上，与旋转轴整体旋转的PS泵带轮2；安装在发动机的附件交流发电机(未示出)的旋转轴上，与旋转轴整体旋转的交流发电机带轮3；安装在发动机的附件空气调节压缩机(未示出)旋转轴上，与旋转轴整体旋转的压缩机带轮4；用于调节皮带13张力的自动张紧轮(未示出)的张紧带轮5；和导轮6。
曲轴带轮1，PS泵带轮2，交流发电机带轮3，压缩机带轮4，张紧带轮5和导轮6都是平带轮，传动带8以所谓的盘旋方式缠绕在这些带轮上。特别地，在这个实施例中，为了传动发动机的附件，皮带8以皮带内表面接触带轮的正常缠绕方式而缠绕在带轮1-4上，而以皮带外表面接触带轮的反向缠绕方式缠绕在张紧带轮5和导轮6上。
当曲轴(依次是曲轴带轮1)由发动机E的旋转驱动开始旋转时，传动带8从曲轴带轮1开始通过张紧带轮5，PS泵带轮2，交流发电机带轮3，导轮6和压缩机带轮4顺序传送，然后返回到曲轴带轮1，当观察图1时为顺时针驱动发动机附件。
应该认为所示的皮带驱动系统的结构只是出于解释说明的目的，而不是想要限定本发明的保护范围。因此，不能将本发明限定为如上所述的发动机附件传动系统，而是认为其可以应用在各种工业机械和其它设备中。在这些实施例中，可以根据需要使用不脱离本发明保护范围的各种带轮装置。
导轮结构在上述发动机附件传动系统A中，导轮6是一种皮带自动校准带轮，它能够在传动带8向一侧偏移时，通过移动角度来纠正该偏移，从而自动地校准传动带8的运转位置。如图2和图3所示的一个特定实施例的导轮结构，这个实施例中的导轮6包括由传动带8缠绕的空心圆柱形带轮本体60；通过轴承61支撑带轮本体60使其绕着旋转轴C1旋转的空心圆柱形轴部件62；支撑带轮本体60和轴部件62使其相对于与旋转轴C1垂直的枢轴C2做角运动的支撑机构，该支撑机构由支撑杆63和提供枢轴C2的销子64组成。
支撑杆63的根部带有凸缘63a，通过将凸缘63a固定到支架B上，将支撑杆固定在发动机E的气缸体或气缸盖的侧壁上，支撑杆63的末端部插入轴部件62的空心部分，因为这个原因，如图3B中所示，该末端部形成通过轴向平分支撑杆的圆形截面后得到的D形截面，得到的作为末端部外围一部分的平面63b(后面所指的D切割面)布置成与枢轴C2基本垂直。
并且，支撑杆63的末端部基本在位于其中间的位置形成有沿着枢轴C2径向延伸的圆形截面通孔，该通孔在其一端(图3中的上端)开向D形切割面63b，而其另一端开向作为支撑杆63末端部外围的另一部分的弓形表面。
轴部件62的空心部分与支撑杆63末端部的截面相对应形成D形截面。特别地，轴部件62的内表面形成在枢轴C2方向上与支撑杆63b的D形切割面63b相对，且与枢轴C2相垂直的水平相对面62a。轴部件62的内表面还形成围绕支撑杆63弓形外表面的弓形表面，这些轴部件62的相对面62a和弓形表面分别形成有圆形截面的支撑孔，该支撑孔位于轴部件62的相应位置上，开向支撑杆63的通孔，并沿着枢轴C2延伸。
销子64插入支撑杆63的通孔内，其两端装配在轴部件62的支撑孔内(即，销子64设置在靠近带轮本体60宽度的中心位置上，并与支撑杆63的D形切割面63b和轴部件62的相对面62a相垂直)。并且，由树脂材料制成的空心圆柱形滑动部件65设置在销子64的外周和支撑杆63通孔的内圆周之间。基本为盘形的滚针轴承66(或其它滚珠轴承等)插入在支撑杆63的D形切割面63b和轴部件62的相对面62a之间。
利用这种带轮结构，轴部件62和带轮本体60支撑在支撑杆63上绕着销子64(或枢轴C2)进行角运动，滚针轴承66可以很大程度地减少在因为传动带8的张紧而需要平稳地承载轴部件62上的径向轴载时，由轴部件62和带轮本体60的角运动而产生于轴部件62与支撑杆63之间的滑动摩擦力。在一直到D形切割面63b的支撑杆63外周的弓形表面和围绕支撑杆63的轴部件62内表面之间，产生了一个间隙，使轴部件62可以绕着销子64和带轮本体60一起移动角度。
并且，如图4所示意的那样，导轮6设置在如图1所示的发动机附件传动系统A中，由皮带8的张力使枢轴C2在带轮本体60旋转方向上相对于径向轴载L的方向向前倾斜α角度，也就是图中箭头R所示的皮带运行的方向向前。对于这种装置，当缠绕在带轮本体60上的运行皮带8向一侧偏移时，就会造成径向轴载中心位置的变化，这样带轮本体60朝向径向轴载方向倾斜，并同时呈现出朝皮带8倾斜的状态，因此，带轮本体60纠正了皮带8的偏移。
更具体地如图5所示，当传动带8大约在带轮本体60宽度的中间位置运动时，径向轴载的向量L(如实线所示)与枢轴C2相交，因此产生沿枢轴C2方向的一个分力L0，和垂直于枢轴C2方向的另一分力L1。另一方面，虽然未示出，但当传动带8从带轮本体60的中间位置向其一侧偏移时，径向轴载L由此偏移到这一侧，并从偏移的位置产生作用。在此情况下，径向轴载的分力L1产生了一个作用在轴部件62上关于枢轴C2的旋转力矩。轴部件62因而绕着销子64(例如枢轴C2)和带轮本体60一起移动角度。
在此关系中，即使出现如前述的由于传动带8的偏移而使径向轴载L移位，如果径向轴载L的方向与枢轴C2相平行，那么L＝L0且L1＝0，这样就不会产生关于枢轴C2的旋转力矩；然而，像此实施例，如果径向轴载L的方向向枢轴C2方向倾斜α角，径向轴载L的分力L1产生一个关于枢轴C2的旋转力矩，从而使得轴部件62和带轮本体60关于枢轴C2移动角度。角度α与枢轴C2相对于径向轴载L方向的倾斜角度相对应。
如上所述，在这个实施例中，如图4所示，枢轴C2在带轮本体60旋转方向上相对于径向轴载L的方向向前倾斜。所以当带轮本体60和轴部件62由于径向轴载的分力L1的作用而绕着销子64(也就是枢轴C2)移动角度时，带轮本体60倾斜，如从与径向轴载L相垂直的方向观察(沿图4中箭头VI线观察)时的图6中夸张所示的，这样相对于L的方向(图6的向下方向)，传动带8偏向的带轮本体60的那一侧比其另一侧要低。同时，如从径向轴载L方向(沿图4中箭头VII方向)观察的图7中夸张所示的，带轮本体60呈现一种向传动带8的传送方向R倾斜的状态，因此皮带8偏向的带轮本体的那一侧在皮带传送方向R上比其另一侧位置更向前。在图4，6和7中用虚线(双点滑线)表示的传动带8仅仅是当带轮本体60已经移动角度时它的位置。
当带轮本体60已经这样移动角度后，如图6所示，带轮本体60在径向轴载方向的倾斜使传动带8从带轮本体60接收一个回复力，该回复力作用在纠正该偏移的方向上，同时如图7中所示，带轮本体60的倾斜位置使得带轮本体60将传动带8朝纠正该偏移的方向扭曲，由此传动带8在其传送方向上发生改变。因此，这两种作用消除了传动带8的偏移从而防止其侧移。
在这个实施例中，如图1所示，传动带8相对较深地缠绕在导轮6上(在所示实施例中，包角大概为180度)，从而径向轴载L很好地作用在带轮本体60上。然而传动带的缠绕方式不局限于上述的方法。不过，为了使用如上所述的径向轴载L来使带轮本体60移动角度，传动带8的包角最好约为10度或更大的角度。
导轮设计当将由导轮6的带轮本体60朝径向轴载方向倾斜而产生的同复力作用和由带轮本体60处于朝皮带8倾斜的位置而产生的使皮带8扭曲的作用进行比较时，后者具有更大的抗侧移效果。所以，为有效利用使皮带8扭曲的作用，枢轴C2倾斜的角度α优选的设置在0度到45度之间(不包含0但包含45度)，更优选的是0度到30度(不包含0度但包含30度)。
然而，当倾斜角度α较小时，在几何上，径向轴载L在销子64的轴向(枢轴C2的方向)上的作用较大，因此产生旋转力矩的分力L1变小，而作用在枢轴C2方向上的径向轴载的分力L0变大。这就会导致轴部件62和支撑杆63之间的滑动摩擦阻力增加，从而阻碍带轮本体60平滑的角移动。
此外，当倾斜角度α较小而使传动带8扭曲程度相当大时，皮带8抵抗其自身扭曲的阻力很可能带来问题，也就是说，皮带的这种扭曲阻力也可能限制带轮本体60的角移动。
考虑到这些问题，在这个实施例中，如上所述，滚针轴承66插入在支撑杆63的D形切割面63b与导轮6的轴部件62的相对面62a之间。该滚针轴承66接收径向轴载沿着枢轴C2作用的分力，以减少轴部件62与支撑杆63之间的滑动摩擦力。
并且，本发明的一个特征在于导轮6在发动机附件传动系统A中的布置得到了很好地设计。具体地，该系统恰当地设置了导轮6与相邻交流发电机带轮3之间以及导轮6与相邻压缩机带轮4之间的皮带跨度距离，以降低传动带8抵抗其自身扭曲的阻力，因而可以更可靠地使导轮6移动角度。
下面将详细介绍根据实际测试结果所得到的皮带跨度距离。
图8所示的是皮带运行试验器的布置图，在此图中，P1代表由未示出的启动器驱动其旋转的主动带轮，P2到P6代表从动带轮。在这些从动带轮中，P2是将预定张力施加在缠绕于带轮P1到P6上的平带B上的张力轮，带轮P5是本发明所述的皮带自动校准带轮，带轮P3，P4和P6是附件带轮。
具有如图18所示的示范结构的平带B，是使用Z捻(Z-twisted)的芳香尼龙线b1，b1…作为张紧部件的线芯平带(cord core flat belt)。选取三种带宽不同(10mm，20mm和26mm)而厚度相同(2.8mm)的平带作为试验样品。每个平带B的顶层织物b2是仿毛耐纶(NNW)织物，其压缩橡胶层b3由用A型硬度计依照JIS K6253规定测得的橡胶硬度为85的乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)橡胶制成。如果试验样带的厚度在2.0-4.0mm之间变化，且它们的压缩橡胶层b3的硬度在70到95之间变化，也可以从下面的实验中得到相同的结果。
P1到P6中的每个带轮都是直径为60mm，宽度为30mm的平带轮，主动带轮P1，张力轮P2和皮带自动校准带轮P5都以平带B的内表面接触带轮外围的正常缠绕方式缠绕，而附件带轮P3，P4和P6都以平带B的外表面接触带轮外围的反向缠绕方式缠绕。
在附件带轮P3，P4和P6中，如图8所示，与皮带自动校准带轮P5相邻的两带轮P4和P6在竖直位置上可以改变，且每一个带轮可以处于三个不同位置中的任一个位置上，从皮带自动校准带轮P5到此三个位置的皮带跨度距离分别为20，60和100mm(即，更靠近进入P5端的P4的位置A，B或C，和更靠近退出P5端的P6的位置F，E或D)。
在试验中，主动带轮P1以基本恒定的旋转速度500rpm旋转，例如环境温度为24℃时，这样平带B从主动带轮P1通过张力轮P2，附件带轮P3，附件带轮P4，皮带自动校准带轮P5和附件带轮P6顺序行进，然后返回主动带轮P1，如图8中逆时针方向所示。
在这些情况下，首先使皮带自动校准带轮P5进入侧上的皮带跨度(图中其右侧上的皮带跨度)受力偏向带轮宽度一侧(图8中垂直于页面的方向)，将平带B的端部与带轮的端部重叠。这时，测量由于平带B的偏移而作用在带轮P5上的旋转力矩的数量值和带轮P5角移动的相关角度，做此测量时，在偏移开始后6秒钟将平带B解除受力偏移状态。然后，观测带轮P5旋转力矩和角移动的角度的变化，直到由于带轮P5的角运动使平带B的偏移得到纠正，从而使平带B的运行位置稳定。
图9和10所示的是用于测量作用在皮带自动校准带轮P5上的旋转力矩数量值的力矩测量装置的结构。在这些附图中，皮带自动校准带轮P5的支撑杆R分别固定连接在分叉臂A的分叉的两端，而此分叉臂A牢固的连接在绕垂直旋转轴Z旋转的轴S的下端，轴S的上端通过侧向伸展的支架B固定在测压元件(load cell)Lc上，此测压元件Lc用来测量轴S的旋转力矩。
特别地，如上所述，皮带自动校准带轮P5固定在分叉臂A的分叉之间，并设置成使其枢轴C2与轴S的旋转轴Z相交。于是，缠绕在带轮P5上的平带B的径向轴载L产生垂直向下的作用，并且，如图10所示，皮带自动校准带轮P5的枢轴C2在带轮本体Pb的旋转方向上相对于径向轴载向前倾斜一个预定角度α(在所示实施例中大约10度)。所以，当平带B的偏移引起径向轴载L偏移时，偏移的径向轴载L和支撑杆R的反作用力在带轮本体Pb上产生了一个关于枢轴C2的旋转力矩，也在支撑杆R产生了一个关于轴S的旋转轴的旋转力矩。
所以，如果通过力矩测量装置中的测压元件Lc来测量轴S的旋转力矩，那么作用在带轮本体Pb上的关于枢轴C2的旋转力矩就可以根据所测量的值来确定。这样确定的带轮本体Pb的旋转力矩，反映了由于包括带轮本体Pb与平带B之间的接触表面的压力变化这样的原因所引起的径向轴载L数量值的变化以及其偏移量。然而，它没反映出平带B克服由于带轮本体Pb角移动而产生的自身扭曲的阻力。
在上述力矩测量装置中，由于测量装置接收来自测压元件Lc的信号的这种结构，决定了只能精确地测量单一方向上的旋转力矩。在上述实验中，所设计的力矩测量装置用来测量在使平带B首先受力偏移时所产生的旋转力矩，因此，该装置不能精确测量在平带随后偏向另一侧时所产生的反方向的旋转力矩。并且，在上述实验中，带轮角移动角度的确定是通过使用激光位移计测量带轮P5端部的位置，然后根据该测量值计算出角移动的角度来实现的，然而，由于其结构的局限性，激光位移计不能确认位移的方向。因此，在下面实验结果中，只给出了角移动的绝对值。
上述实验通过使用具有10，20和26mm三种不同宽度的平带，同时在皮带自动校准带轮P5进入侧和退出侧，按20，60和100mm改变每个附件带轮P4和P6的位置，并按142N，181N和221N改变平带的张力来进行。实验结果表明，在上述张力范围内，张力变化的影响并不是很大，这有可能是因为滚针轴承减小了带轮本体Pb对支撑杆R的滑动摩擦阻力。
图11到16所示的是在平带具有221N张力的示例中的实验结果，其中图11到13所示的是平带宽度分别为10mm，20mm和26mm时，皮带跨度距离与带轮旋转力矩之间的关系，图14到16所示的是同一条件下，皮带跨度距离与带轮角移动的角度之间的关系。在这些附图中，未划线的条形图表示的是测量开始时间点，而划斜线的条形图表示的是结束时间点。
首先观察带宽为10mm的情况，如图11所示，在测量的开始时间点，平带B受力偏移最大，因此产生了相对大的旋转力矩。所以如图14所示，不管皮带跨度距离多大，带轮P5都大角度移动。在这个实例中，从图11中可以看出，当带轮P5进入侧的皮带跨度距离为20mm(AF，AE和AD)时，比跨度距离为60mm或100mm时所产生的旋转力矩更大，这可能是因为当平带B由于皮带自动校准带轮P5的角移动而扭曲时，由于改变了平带B与带轮P5之间接触表面上的表面压力分布，而使作用在带轮P5上的径向轴载L的数量值发生了改变。
也就是说，如果皮带自动校准带轮P5的带轮本体Pb移动角度，使其呈现向平带B偏移的状态，这就意味着，如图17中虚线所示意的，平带B已偏向的那一侧在皮带行进方向上向前(在图中向下)移动。因此，为了降低平带B与带轮本体Pb之间的表面压力随后降低带轮本体Pb的旋转力矩，平带B已偏向的带轮本体Pb的那一侧离开带轮P5进入侧的平带B的跨度。
更具体来说，如图17B所示，由于平带B的张力，接触表面压力(向量)f，f…作用在皮带自动校准带轮P5的带轮本体Pb上，这些接触表面压力的合力得到径向轴载L。在垂直于径向轴载L的方向上压力f，f…彼此抵消并平衡，而在垂直于枢轴C2的方向上的接触表面压力f，f…中，位于带轮P5进入侧相当于倾斜角度α两倍(在图中的阴影线表示)的角度范围内的那些表面压力没有被抵消，从而使带轮本体Pb产生旋转力矩。
所以，如果带轮本体Pb关于枢轴C2移动角度，使其在几何上离开带轮P5进入侧上的平带B的跨度，并减小了二者之间的接触表面压力f，f…，这意味着接触表面压力f，f…在能在带轮本体Pb上产生旋转力矩的角度范围内减小了，由于这个原因，带轮本体Pb的旋转力矩降低了。
关于旋转力矩的降低，当带轮P5进入侧的皮带跨度像AF，AE和AD那样短时，带轮本体Pb的旋转力矩比皮带跨度长(BF，BE，BD，CF，CE和CD)时更大。这可能是因为平带B被与皮带自动校准带轮P5进入侧相邻的附件带轮P4压向皮带自动校准带轮P5，因此其进入侧表面压力的降低得到了限制。
所以，当皮带自动校准带轮P5进入侧的皮带跨度设置成小到一定程度的距离时，即使在带轮本体Pb有角度移动时，径向轴载也可以很好地施加于在带轮上，因而减少了由于带轮本体Pb的角移动而引起的旋转力矩的降低。这对移动带轮本体Pb的角度是有利的。此外，皮带自动校准带轮P5进入侧的皮带跨度距离优选地设置成到小于皮带宽度的大约三倍。这是因为如图12中后面所示的，皮带宽度为20mm时，在皮带自动校准带轮P5进入侧的皮带跨度距离为60mm(BE和BD)和皮带自动校准带轮P5进入侧的皮带跨度距离为100mm(CE和CD)的两种情况下，旋转力矩的数量值不变化。
虽然在上述实验结果中没有体现，但不论是在皮带自动校准带轮的进入侧还是退出侧，皮带跨度的减小都会引起平带B克服其自身扭曲的阻力的相应增加，所以，跨度距离不能减小太多。在这个实验中，由于10mm的皮带宽度相对较窄，而皮带跨度距离足够长，因此可以认为皮带的扭曲阻力无关紧要。
参考图11和图14中测量结束时间点的关系，角移动的角度和旋转力矩与测量开始时间点的相比每一个都大大减小了，也由此可以看出每个平带B的偏移都已得到纠正。然而即使在测量结束时间点时，旋转力矩和角移动的角度也不会为零，这就意味着平带B不必沿带轮P5宽度的中间路线行进，这是因为由于带轮P1到P6都偏离其在运行试验器中的正常位置，以及皮带自身因为例如捻线方式(在此实施例中为Z捻)而具有的习惯性偏移，整个皮带传动系统产生平带B偏移。而平带B的偏移与皮带自动校准带轮P5纠正该偏移的作用正好彼此抵消，因此平带B可以稳定运行。
在测量结束时间点，不像在测量开始时间点，平带B不是受力偏移，而是如前所述稳定行进。所以，如图14所示，带轮B角移动的角度因皮带跨度距离不同而不同。特别是在皮带自动校准带轮P5进入侧的皮带跨度按A，B和C的顺序增加时，平带B的扭曲阻力变得更小，而带轮P5角移动的角度变得更大。
虽然带轮P5退出侧的皮带跨度按F，E和D顺序增加，但带轮P5角移动的角度按这个顺序变得更小，这可能是因为一个简单的原因平带B由于带轮P5施加的扭曲作用而在其行进方向上发生改变，从而增大到达下一个带轮P6的距离和相应减小角移动的角度。
如至此所描述的，当皮带宽度相对小(10mm)时，不论皮带跨度距离是20，60还是100mm都可以得到良好地抗侧移的效果；另一方面，当如图12和15所示，皮带宽度较大(20mm)时，抗侧移的效果因皮带跨度距离不同而有较大的变化。特别地，对于AF，AE，AD，BF和CF，即当传动带轮P5进入侧和退出侧的任一皮带跨度距离等于皮带宽度时，受力偏移的释放使平带B脱离带轮P5，因此，不能得到必要的抗侧移的效果，在图12和15中用“NG”表示。
更具体来说，在这些附图中所示的“NG”情况下，测量结束时间点的旋转力矩和角移动的角度比测量开始时间点的更大，从此可以看出在受力偏移释放后平带B的偏移变得更大。并且，由于在“NG”情况下，如图15所示的带轮P5角移动的角度相对于如图12所示的旋转力矩来说非常小，这表明平带B克服其自身由于带轮P5角移动而产生的扭曲的阻力大。所以，可以认为平带B的这种扭曲阻力限制了带轮P5的角移动，从而妨碍了平带B偏移的纠正。
另一方面，图12和图15还示出了当传动带轮P5进入侧和退出侧的两皮带跨度距离都大于皮带宽度时(即对于BE，BD，CE和CD)，皮带自动校准带轮P5所展现的抗侧移的效果。在这些实例中，测量结束时间点的旋转力矩和角移动的角度比测量开始时间点的更小。如图12中所示，测量结束时间点的所有旋转力矩带负号，这就表明平带B超出了带轮宽度的中间偏移到了与其最初偏向的一侧不同的另一侧，不过由于上述力矩测量装置的特性，已测量的数值本身不必纠正。
如图13到16所示，当皮带宽度继续增加(26mm)时，更加强了皮带宽度为20mm的情况下所表现出的趋势，其中在AF，AE，AD，BF和CF情况下不能得到抗侧移的效果(“NG”)，而且在BE和CE情况下也是“NG”。以下就可以了解到即使当皮带跨度距离比皮带宽度大时也得不到抗侧移的效果的原因，当皮带宽度相对于带轮宽度来说太大时，不仅皮带的扭曲阻力变得更大，而且皮带偏移量也变得更大，也就是说，即使皮带偏离了带轮的整个宽度，径向轴载中心的位置改变量也太小，因此不能产生足够的旋转力矩。
从上述实验结果中可知，根据此实施例，当具有上述自动带校准功能的导轮60用于发动机附件传动系统(皮带传动系统)A中时，导轮6与相邻的分别位于导轮6进入侧和退出侧的交流发电机带轮3和压缩机带轮4中的每一个之间的皮带跨度距离需要设置得比平带8的宽度更大。
这样，导轮6可以克服平带B的扭曲阻力而很好地移动角度，从而获得上述的平带8的抗侧移的效果，不过由于平带宽度和带轮宽度之间的关系，平带B缠绕带轮本体Pb的角度，或者平带B的厚度，材料和形状对抗侧移的效果有相应的影响，因而也需要适当地设置。
例如，可以认为当带轮宽度相对于皮带宽度增加时，由平带B的偏移所产生的旋转力矩理论上也无限地增加，然而，如此大的偏移实际不会出现。所以，在带轮的一般宽度范围内(例如不大于皮带宽度的两倍)，上述要求是必不可少的。
并且，在这个实施例的发动机附件传动系统A中，导轮6进入侧的皮带跨度距离Si设置为大约是皮带宽度的2.5倍，而且比导轮6退出侧的皮带跨度So要短，这有效地限制了在皮带8由于导轮6的角移动而扭曲时所产生的接触表面压力的变化，从而降低了由于接触表面压力的变化所产生的旋转力矩的减小，因此进一步增强了上述效果。
在上述实施例中，皮带自动校准带轮当作导轮6使用，然而本发明的皮带自动校准带轮不局限于导轮，还可以用作主动带轮以外的其它任何带轮使用，例如，在皮带驱动系统中，皮带自动校准带轮可以用于各种目的，比如调节皮带跨度和缠绕的角度和改变皮带行进方向。
除了平带之外，也可以使用各种同步皮带作为传动皮带8，在这种情况下，用与工作面相对的背面接触皮带自动校准带轮P5。
在上述实施例的导轮6中，径向轴载在枢轴C2方向上的分力由插入在支撑杆63的D切割面63b与轴部件62的相对面62a之间的滚针轴承66吸收。然而，如何吸收径向轴载在枢轴C2方向上的分力不局限于上述说明。例如，树脂制滑动部件可以插入到D切割面63b与相对面62a之间，或两表面63b和62a可以形成直接滑动接触。
并且，在上述实施例的导轮6中，枢轴C2是由销子64构成。然而，枢轴C2并不局限于销子，例如，枢轴C2可以由形成于支撑杆63的D切割面63b上的半球形突起构成，或者可以通过在63b的D形切割面的凹槽内安装一个球来实现。在这些实施例中，用于安装半球形突起或球的凹槽形成于轴部件62的相对面62a上。
并且，在上述实施例的导轮6中，作为带轮本体60和轴部件62角移动的中心枢轴C2与带轮本体60的旋转轴C1垂直，然而，枢轴C2不需要必须与枢轴C1垂直，而是只需要当沿着带轮本体60的旋转轴C1观察时，向径向轴载L的方向倾斜一个预定角度α。
工业应用性从上所述可以看出，由于根据本发明的皮带驱动系统的确可以防止皮带摇摆和侧移，所以可以使平带能够以非常高的动力传输效率有效用于各种工业机械和其他设备中，因此具有工业实用性。
权利要求
1.一种皮带传动系统，其中传动皮带缠绕在多个带轮上，所述的多个带轮中至少一个是皮带自动校准带轮，其包括由传动带缠绕的空心圆柱形带轮本体；和支撑机构，其支撑所述带轮本体，使带轮本体绕其旋转轴旋转，并且使带轮本体绕一个枢轴移动角度，当沿所述旋转轴观察时，该枢轴在所述带轮本体的旋转方向上相对于径向轴载的方向向前倾斜一个预定角度，和所述皮带自动校准带轮与每个相邻的带轮之间的皮带跨度长度设置得比由所述传动带的宽度确定的给定值要大。
2.如权利要求1所述的皮带传动系统，其中所述的皮带跨度长度设置得比传动带的宽度要大。
3.如权利要求1所述的皮带传动系统，其中传动带进入皮带自动校准带轮的皮带自动校准带轮进入侧的皮带跨度长度设置得比传动带退出的皮带自动校准带轮退出侧的皮带跨度要小。
4.如权利要求3所述的皮带传动系统，其中所述的皮带自动校准带轮进入侧的皮带跨度长度设置成小于传动带宽度的大约三倍。
5.如权利要求1所述的皮带传动系统，其中皮带自动校准带轮枢轴的倾斜角度设置在0度到45度的范围内，不包含0度，包含45度。
6.如权利要求1所述的皮带传动系统，其中皮带自动校准带轮的支撑机构包括可旋转地支撑带轮本体的空心圆柱形轴部件；插在轴部件的空心部分中的支撑杆；和设置在支撑杆和轴部件之间并将两者连接从而组成枢轴的连接部件。
全文摘要
公开了一种皮带传动系统，其中导轮(6)由皮带自动校准带轮制成。例如，带轮本体(60)可旋转地支撑在空心圆柱形轴部件(62)上，支撑杆(63)插在轴部件(62)中，带轮本体(60)和轴部件(62)彼此通过销子(64)(枢轴C2)连接，从而可以关于销子(64)移动角度。销子(64)垂直于轴部件(62)并在带轮本体(60)旋转方向上相对于径向轴载(L)的方向向前倾斜。由于这种结构，当平带(8)向一侧偏移时，带轮本体(60)倾斜，从而在径向轴载(L)方向上产生水平高度差，并垂直于平带(8)有角度移动，因而纠正平带(8)的偏移。为实现自动皮带校准功能，导轮(6)与相邻的带轮(3)和(4)之间的皮带跨度距离(Si)和(So)都设置得比平带(8)的宽度要大。
文档编号F16H7/00GK1702349SQ20051005532
公开日2005年11月30日 申请日期2005年3月15日 优先权日2004年5月27日
发明者宫田博文 申请人:阪东化学株式会社