专利名称：横向加强的cvt带的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在无级变速传动(continuously variabletransmissions，CVT)中使用的皮带，尤其是涉及一种侧驱动的CVT带，该带具有横向加强的轮牙和齿。
通常，CVT带的轮廓与现有V形带类似。尤其是，其上部宽而下部窄，而且将其设计成能在一个具有角形凹槽的皮带轮的槽轮间形成配合。在其上传送皮带的皮带轮，其包括一个可动槽轮和一个固定槽轮，它们都为截锥形。通常，一个槽轮运动而另一个保持不动。
相对一个槽轮而移动另一个槽轮来改变皮带轮的有效直径φ，皮带就在其间运转。皮带的速度是皮带轮的有效直径的函数，皮带轮的有效直径是槽轮相对彼此的轴向位置的函数。
在现有技术中，CVT形皮带包括带体，该带体包括多个横向地安装在一个抗拉件之上的块体(blocks)，以及一体的金属带和弹性带。此外，也出现了某种形式的楔形有齿皮带。
现有技术中具有代表性的此类皮带可参考Takano申请的美国专利4,493,681。Takano公开了一种V形截面的有齿皮带，其在每个齿中设有刚硬的金属加强件，它横跨此皮带。该加强件能为皮带提供横向刚性。
由于Takano皮带在操作中与CVT皮带轮的槽轮相接触，所以就希望能尽可能多地降低皮带侧面和皮带轮之间的磨损。这样也能降低发热，增加皮带的使用寿命。正如Takano所指出的，金属杆件直接与槽轮相接触，会导致在皮带侧面、加强件和皮带轮槽轮表面之间的不适当的发热和磨损。金属杆件的使用还增加了旋转质量和皮带的成本。还有，在制造的过程中该杆件还可能在每个齿中不规则排列。这将会使一些杆件比相邻的杆件要承受并不成比例的过高载荷。结果，会导致该过载的杆件甚至整个皮带过早地失效。
此外，现有技术中具有代表性的此类皮带可参考德国专利申请DE19747173A1。该申请公开了一种横向有齿的弹性体V形皮带。每个齿都设有一个横向的空腔。每个空腔的截面为管形或杆形。每个空腔提供一种用于冷却流经该齿的空气的通道。然而，这样的空腔降低了每个齿的耐压强度。该申请适用于同步皮带轮系统，其中该皮带的齿与一个皮带轮或多个皮带轮的相配合的表面进行接合。
一个横向加强CVT带要求在其每个齿中设有一种非金属或热塑性的、热固性或复合的横向加强件。而且，一个横向加强CVT带要求在其每个横向加强件上设有对准的销子。此外，一个横向加强的CVT带要求其每个横向加强件具有在期望温度范围内的足够的刚度。进而，一个横向加强CVT带还要求其设有低质量密度的横向加强件。本发明能满足这些需要。
本发明的另一方面是提供一种横向加强的CVT带，其在每个横向加强件上设置中心对准的销子。
本发明的另一方面是提供一种横向加强的CVT带，在期望的温度范围内，其设有足够硬度的横向加强件。
本发明的另一方面是提供一种横向加强的CVT带，其设有低质量密度的横向加强件。
结合附图，通过下面对发明的进一步描述将会更清楚地理解本发明的其它方面。
本发明涉及一种在其内表面上设有多个横向齿的齿型皮带。该皮带包括一个外侧可延伸的弹性体层，一个内侧的压缩层和一个抗拉件。每个齿还包括一个非金属或塑性的横向件、柱子或支柱，这些部件在每个齿的宽度方向上延伸穿过。每个横向件的相对的外表面彼此倾斜并且每个端面大约都等于皮带主体弹性层的外表面。在槽轮之间的压缩载荷可由杆件和侧壁按每个部件的模量成正比地负担。该横向件设有多个支柱或销子，在制造的过程中，它们能将每个横向件恰当地三维固定在每个齿中，从而确保了各种运转性能，包括其能准确地在一个皮带轮中对准的性能。
最佳实施例详述
图1是本发明的侧向透视图。图中所示的皮带1设有多个从内部或表面向外突出的齿5。每个齿的弯曲形状加强了带的挠曲性。每个齿都设有一个嵌入其中的横向的柱子或杆10。在带的制造过程中需要先将每个横向杆适当地放置，然后再模制到整个带的齿形结构中。该制造过程通过每个杆的形状以及将在下面附图中提及到的其他的特性得到增强。带的内表面包括覆盖层6。该覆盖层6是由聚酯、聚酰胺、芳族聚酰胺、棉花或丙烯酸纤维的纺织的、非纺织的或编织的织物或其混合组成的，并且经过适当的粘附处理来将这些织物与伸张层、帘线和杆进行结合。为了便于填充模子和形成齿的轮廓，该覆盖层最好是由纺织或编织的伸展织物构成。
皮带1还包括伸张层8，其是由一种本领域所公知的橡胶混合物来构成的，包括诸如EPDM，HNBR，PU，ACSM，CR，SBR或NBR或者其组合构成的弹性体以及各种填充物，抗氧化剂，固化剂和/或短增强纤维。可优选的是，可使用一种耐热弹性体，如EPDM或HNBR。
如图10所示，抗拉件9在每个杆的上方嵌入到伸张层8中。每个抗拉件还包括扭转编织的有机纤维的线，如芳族聚酰胺、聚酯、聚酰胺或PBO或诸如钢、玻璃或碳等无机纤维。优选的是，可选用高强度、高模量的帘线材料，如芳族聚酰胺、PB0、碳或玻璃。
抗拉件在使用中可承受拉伸载荷，同时在制造过程中其能将每个杆或柱子保持在其适当的位置上。本领域公知的附着层(没有示出)，可以覆盖和/或铺在抗拉件的下面，或者也可将该抗拉件嵌入到粘附层中。
图2是模制杆件的端截面视图。该杆件可通过注压、挤压、热压成形。例如，可购买商标名为PEEK材料来制成杆件。PEEK是聚芳醚酮的高性能聚合体。反应喷射成形(RIM)能制成的部件其强度比挤压成形制成的相同部件最多可高30％。
杆件或柱件10包括从杆件主体11向外延伸或沿径向突出出来的支柱或销子12，13和14。支柱14具有表面17，该表面的形状与未示出的齿的外表面的形状基本相似。销子13的表面15和销子12的表面16相对杆件的轴线α-α都倾斜一个角度β。表面18，19相对杆件的轴线α-α也都倾斜一个角度β。上表面51可为弧形或平面。这样，当皮带通过皮带轮运转时，该杆件就能适当地支撑该抗拉件9。
在皮带制造过程中，在一个芯轴上，该支柱或销子能将杆件三维地定位在齿中。该芯轴设有一系列的平行凹面。每个凹面都设有一个可形成齿的一个位置。在加工过程中，首先，将一外薄膜或织物层放置在芯轴附近并放在每个凹面内。其次，将一个杆件放置在每个凹面内。将每个杆件销子放置在外薄膜或织物层上，这样该杆件就以预定齿距线直径对准。这样也可确保每个杆件倾斜的端面在工作过程中恰好能接触到槽轮的表面。再者，在每个杆件的背面之上，将抗拉线缠绕在芯轴上，最后，将一系列的弹性体层缠绕在抗拉线上。在此工序中，如果用户需要，还可将附着层施加在抗拉线之上。
然后，以本领域公知的方式对整个带体进行加热和受压。一旦带体固化，就从芯轴上移开并笔直地切成预定的宽度，例如38mm。此38mm的宽度是作为示例的方式给出所以不具有限制性。其它的宽度也是可以的，这就凭用户需要了。
一旦切下来，皮带的边侧部就磨成适当的角度，大多数情况下为13度，但是用户也可以以其它的角度切下来。一旦形成边侧部的轮廓，就可将该皮带的顶部直接切下来以保护抗拉线。
另外一种制造方法包括反应喷射成形。首先，制成一种经过层压的预先成形的织物，而且成形为轮牙或齿的形式。然后，该预先成形的织物缠绕在一根芯轴上。该芯轴上设置有一系列与织物中的齿相对应的平行的凹槽。当织物缠绕在芯轴上时，将杆件放在凹槽中，这些凹槽将形成带的齿。然后将抗拉线缠绕在芯轴上。该线压在每根杆件上从而将其固定。随后，将该准备好的芯轴放在RIM机器上并且以本领域公知的方法喷射尿烷。完成此工序之后，将芯轴从该RIM机器上取下来然后再从芯轴上取下带体。最后将该带体切成用户所需要的宽度。
图3是一个模制杆件的侧视图。销子12和14与每个相邻的销子在中心线上以距离d1间隔设置。每个销子的中心线距离杆件10的末端距离为d2。尽管在优选的实施例中，该销子都是以这样的一种模式设置的，即其与主轴的法线是同轴的，但是这种结构并不是本发明的正常工作情况所需要的。也就是说，每排销子可以相对其它排的销子交错地排列。尽管在制造完成之后，销子确实通过提供机械支持发挥结构上的作用，但是销子的主要功能还是在图2所述的制造过程中确定杆件的位置。这些销子还允许将抗拉件进行预加载荷以便在缠绕时抵靠每个杆件，从而避免杆件在加热和受压过程中，在齿中的任何形式的运动。也可以接受其它的销子排列方式，只要在制造过程中杆件或销子都能在齿中恰当对准即可。当然，最好在每个杆件上使用最小数量的销子以便减少皮带的成本以及皮带的重量。每个杆件的横截面通常为所示的梯形。
图4是一个模制杆件的顶平面图。如图所示，销子或支柱12和15从杆件主体11上突出来。在优选的实施例中，将支柱设置得可接触齿的三个侧面。至少有两排销子，例如12和13，可用来适当地将杆件固定在齿内。这还会进一步减少制成皮带的重量。
图5是沿图4中的5-5线的一个视图。d1的常用值为11.75mm。d2的常用值为11.86mm。杆件10的整个长度大约为236mm，然后在皮带的制造过程中将杆件切成相等长度的各个部分。前述的值仅作为例子的方式给出不具有限定性。
图6是机械加工的杆件的端视图，杆件100包括从杆件主体101上延伸出来的支柱或销子102，103和104。支柱104的表面107基本上与齿的外表面的形状(没有示出)相似。销子103的表面105以及销子102的表面106都分别相对杆件的轴线a-a倾斜一角度。表面108和109也相对杆件的轴线a-a倾斜一角度。机械加工的杆件可以由金属材料组成。也可以是由一种热固性、热塑性或合成材料过度模制成的一种金属材料。支柱102，103的中心线相对轴线a-a倾斜一角度γ。
在制造的过程中支柱或销子将杆件固定在齿中。此制造过程与图2所示的相同。
图7是机械加工的杆件的侧视图。销子102，103和104与相邻的销子以中心线距离d3相距。每个销子与杆件100的末端以距离d4相距。尽管在优选的实施例中，该销子都是设置在主轴的法线上，但是这种结构并不是本发明的正常工作情况所需要的。也就是说，每排销子可以相对其它排的销子交错地排列。杆件的末端延伸到齿的外表面上并接触皮带轮的表面。进而，由于销子的主要功能是在图2所述的制造过程中确定杆件的位置，所以在制造完成之后，它们也不提供结构上的作用。因此，也可以接受其它的销子排列方式，只要在制造过程中杆件能在齿中恰当对准即可。
图8是机械加工的杆件的俯视图。如图所示，销子或支柱102和105从杆件主体101上突出来。在优选的实施例中，将支柱或销子设置得可接触齿的三个侧面。然而，可用两排销子，例如102和105，来适当地将杆件固定在齿内。这还会进一步减小制成皮带的重量。
图9是沿图8中9-9线剖开的截面视图。
图10是皮带的立体剖视图。图示的杆件10是在齿5中模制出来的。每个杆件具有一个主要宽度W1，一个次要宽度W2和一个高度H。主要宽度W1大于次要宽度W2，这样就形成了截短的三角形或梯形。这样，当杆件传递切向载荷时，就能将其相对线的弯曲力距减至最小。这样也能减小每个杆件的重量，而且在该处，即在每个齿的内部并不需要相对增加的强度。
抗拉件9沿着皮带的弹性体伸张层8纵向分布，并沿加强件10的法线方向运转。为了能将加强件三维地固定在齿中，支柱12、14要对覆盖层6施加压力。当皮带转过皮带轮时，由于每个杆件都承受了位于槽轮之间的一部分压缩载荷，所以每个杆件在每个齿中所处的适当位置可增强皮带的寿命。然而，由于围绕杆件的部件的弹性，杆件的不规则排列或不适当的定位会分解其自身。这样会导致尤其是在皮带上重新分配应力。应力包括机械效应(压缩和向心载荷)和热效应(来自工作环境的热量，摩擦)。
每一个杆件包括由一种塑性或非金属物质构成的几个倾斜的端面，该端面具有一已知和可控制的摩擦系数。这样就可预先知道皮带的滑动特性。同时当用户调节皮带轮槽轮间距时还加强了皮带在皮带轮内沿径向运转的能力。该可控制的摩擦系数还可改变皮带的摩擦热，以及增强噪音和磨损性能。
将图3，5，7和9所示的杆件加入到图10所示的皮带的结构中，经切割或磨制制成内夹角为θ的侧面20，21。
图11是一个加强杆件的侧视图。杆件10包括销子12，14。相对的倾斜端20和21位于每个杆的相对的两端。为了能较好地与一个皮带轮的槽轮表面进行配合，该角度θ为一个预定值。尽管可以采纳任何已知的CVT皮带轮夹角，但角θ最好是在20°到70°度范围之内。在优选的实施例中，为了能确保侧面20，21抵靠在皮带轮的槽轮表面上，角θ等于皮带轮夹角的一半。
尽管此处只描述了本发明的一种形式的实施例，但是不言而喻，本领域的普通技术人员可在不脱离本发明宗旨的范围内作更多的变化。
权利要求
1.一种皮带，其包括一个具有纵轴线和内部的主体；一个在所述的主体内平行于该纵轴线延伸的抗拉件；沿所述的内部横向于该纵轴线排列的多个齿，以及一个在每个所述的齿中横向穿过的加强件。
2.如权利要求1所述的皮带，其特征在于所述的加强件是由非金属制成的。
3.如权利要求2所述的皮带，其特征在于每个加强件还包括多个支柱，每一个都是从一中心线沿径向凸出出来，从而将每个加强件三维地固定在每个所述的齿内。
4.如权利要求3所述的皮带，其特征在于每个加强件还包括具有预定角度的相对的倾斜表面。
5.如权利要求4所述的皮带，其特征在于每个加强件还包括一个梯形的横截面形状。
6.如权利要求5所述的皮带，其特征在于所述的抗拉件抵靠在每个加强件的外表面上。
7.如权利要求6所述的皮带，其特征在于所述的主体还包括EPDM，HNBR，PU，ACSM，CR，SBR，NBR或其混合。
8.如权利要求7所述的皮带，其特征在于该预定的角度在20°到70°范围之内。
9.如权利要求8所述的皮带，还包括一个覆盖所述内部的覆盖层。
10.一种制造皮带的方法，其包括以下工序将一个第一弹性内层放置在一个芯轴的表面上，所述的芯轴设有多个相邻平行的凹槽表面；将一个加强件放在每个所述的凹槽表面中并且抵靠在该第一弹性内层上；沿着所述芯轴的纵向在每个加强件之上缠绕一个抗拉件；在所述抗拉件上缠绕至少一层弹性体材料；对该皮带进行加热和受压处理；以及从所述的芯轴上取下该皮带。
11.如权利要求10所述的方法，还包括以下工序将该皮带切成预定的宽度；以及将皮带的两相对侧面切成预定的角度。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述的加强件是由非金属制成的。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于该预定的角度是在20°到70°范围之内。
14.如权利要求13所述的方法，还包括以下工序在每个加强件上切削出或模制出销子以便能立体地将每个加强件固定在每一凹槽表面中。
全文摘要
本发明涉及一种在其内表面上设有多个横向齿(5)的轮牙形的皮带。该皮带包括一个外侧延伸的弹性层(8)，一个内侧压缩层和一个抗拉件(9)。每个齿还包括一个非金属或塑性的横向件，柱子或支柱(10)，这些部件沿每个齿(5)的宽度延伸。每个横向件的相对的外表面彼此倾斜并且每个端面大约都等于皮带主体弹性层的外表面。在槽轮之间的压缩载荷可由杆件和侧壁按每个部件的模量成正比的负担。该横向件设有多个支柱或销子(12，14)，在制造的过程中，它们能将每个横向件恰当地三维固定在每个齿中，从而确保了包括能准确地在一个皮带轮中对准在内的多个运转性能。
文档编号F16G5/16GK1437690SQ01811363
公开日2003年8月20日 申请日期2001年5月17日 优先权日2000年5月18日
发明者苑静, 莱斯利·布朗, 亚历山大·塞基, 斯科特·西姆涅克基 申请人:盖茨公司