专利名称：具有提高的摩擦系数的外表面的v形肋皮带的制作方法
技术领域：
本发明涉及动力传动皮带，更特别是涉及具有高摩擦系数的外部背侧表面的改进 V形肋皮带，用于驱动平面背侧的皮带轮。
背景技术：
V形皮带和V形肋皮带用于广泛范围的环境中。V形肋皮带由于它们的高动力传动能力而更优选，这可以归因于在皮带上的肋和在配合皮带轮上的牙侧之间的较大接触区域。在操作中，通常抱怨V形皮带和V形肋皮带将发出噪音，特别是在汽车驱动器上。 皮带噪音主要是由于当皮带上的肋进入和离开皮带轮槽时产生的皮带轮啮合和脱开噪音或者由于皮带轮相对于皮带的过度旋转打滑而引起的噪音。旋转打滑在驱动器快速加速或减速的过程中产生，或者是由于过大负载或不充分地包绕皮带轮而产生，驱动器快速加速或减速例如在换档、发动机起动或发动机关机时遇到。用于降低皮带噪音和减小背侧皮带轮的旋转打滑的先前的尝试对于当时的驱动系统是成功的。不过，目前的驱动系统在皮带的背侧上越来越多地包含皮带轮，以便驱动附件例如风扇、水泵、空调等。由于在发动机上的这些增加性能要求，在这些附件上的负载已经增加至超过现有蛇形皮带的当前能力。因此，需要改进的V形肋皮带来在这样的负载下高效地驱动背侧皮带轮。V形肋皮带还应当减小噪音和打滑。
发明内容
在一个方面，公开了一种用于机械动力传动的V形肋皮带皮带轮系统。该V形肋皮带皮带轮系统包括V形肋皮带，该V形肋皮带具有外部背侧部分；内部前侧部分，该内部前侧部分具有多个横向间隔开的纵向延伸的V形肋；以及承载部分，该承载部分布置在所述背侧部分和所述前侧部分之间，该V形肋皮带皮带轮系统还包括前侧驱动皮带轮和平面背侧皮带轮。前侧驱动皮带轮与V形肋皮带的前侧部分摩擦啮合，平面背侧皮带轮与V 形肋皮带的背侧部分摩擦啮合。V形肋皮带具有改进的背侧部分，其中，背侧部分的外表面包括凸起特征，凸起特征与背侧皮带轮接触。凸起特征形成与背侧皮带轮的减小的接触片， 该减小的接触片的面积为将在相同啮合长度上在背侧皮带轮和平面皮带之间形成的全接触片的面积的大约20%至大约50%。在另一方面，V形肋皮带皮带轮系统包括V形肋皮带，该V形肋皮带具有外部背侧部分和内部前侧部分，该内部前侧部分包括多个横向间隔开的纵向延伸的ν形肋；有槽的前侧驱动皮带轮，该前侧驱动皮带轮与V形肋皮带的前侧部分摩擦啮合；以及平面背侧皮带轮，该平面背侧皮带轮与V形肋皮带的背侧部分摩擦啮合。V形肋皮带的背侧部分具有外表面，该外表面具有多个沿皮带的背侧长度纵向延伸的肋。肋具有弯曲的外部尖端，该外部尖端在肋的顶点处与平面背侧皮带轮接触和摩擦啮合。在另一方面，V形肋皮带皮带轮系统的背侧部分具有外表面，该外表面具有多个沿皮带的长度纵向延伸的凸起特征，凸起特征的高度为大约0. Imm至大约1.0mm。凸起特征使得皮带与平面背侧皮带轮接触和摩擦啮合。所公开的V形肋皮带的背侧部分具有提高的摩擦系数，这高效驱动平面背侧皮带轮，该平面背侧皮带轮可以用于操作发动机中的附件。具有凸起特征和较低区域的背侧部分还降低了噪音，并提供了用于除去碎屑和流体以便使其离开背侧部分与背侧皮带的交界面的装置。碎屑和流体可能导致皮带对皮带轮进行打滑，因此，所公开的实施例减少了打滑。另外，所公开的背侧部分具有长的皮带寿命，且在该寿命中保持在抵靠平面背侧皮带轮时的有效摩擦系数。
图1是示出与前侧和背侧皮带轮啮合的V形肋皮带的示意正视图。图2是与平面背侧皮带轮啮合的传统平背V形肋皮带的剖视图。图3是与平面背侧皮带轮啮合的改进V形肋皮带的第一实施例的剖视图。图4是图3的改进V形肋皮带的局部放大剖视图。图5是与平面背侧皮带轮啮合的改进V形肋皮带的第二实施例的剖视图。图6是图5的改进V形肋皮带的局部放大剖视图。图7-9是改进V形肋皮带的附加可选实施例的局部放大剖视图。图10是与平面背侧皮带轮啮合的改进V形肋皮带的一个实施例的侧视图。图11是形成于平面皮带轮和与该皮带轮啮合的平面皮带表面之间的接触片的示意图。图12是形成于平面皮带轮和改进皮带的一个实施例之间的接触片的示意图，该改进皮带具有在皮带的皮带轮啮合表面上的纵向延伸的凸起特征。
具体实施例方式下面将参考附图介绍改进V形肋皮带的优选实施例。尽管下面参考附图示出并说明了本发明的各种特征，但是应当知道，本发明的范围更广泛，且并不仅仅局限于附图所示的这些实施例。参考图1，蛇形皮带驱动系统(总体表示为100)可以包括V形肋皮带102、前侧驱动器皮带轮108、一个或多个从动前侧附件皮带轮104和106、以及一个或多个背侧皮带轮 110。图1中所示的驱动系统100只是驱动系统结构的一个实例。在本领域中已知很多可选结构，并适用于本发明。图2以剖视图示出了在传统V形肋皮带602和传统背侧皮带轮610之间的啮合。 传统V形肋皮带包括内部的前侧部分622 (有时称为压缩部分)，该前侧部分622具有多个纵向延伸的ν形肋626;扁平的外部背侧部分620(有时称为拉伸部分)；以及在前侧和背侧部分之间的承载部分624。传统的背侧皮带轮610为具有平滑皮带接收表面630的平面皮带轮。众所周知，背侧皮带轮610可以通过延伸入或推入皮带的路径中而与V形肋皮带602啮合，这样，皮带包绕皮带轮的外周的一些部分。在皮带轮610和皮带602之间的摩擦接触使得皮带能够驱动皮带轮。不充分的摩擦导致打滑和增加的噪音。如图11中示意所示，在传统皮带轮的皮带接收表面630和传统皮带的背侧部分620之间的接触区域(在本文中也称为接触片)在投射至两维平面中时为近似矩形，因为两个接触表面都大致平滑。接触片的尺寸大致近似为皮带的平背侧部分620的宽度乘以皮带包绕在皮带轮的外部皮带接收表面630上的周向长度。在背侧皮带轮610的皮带接收表面 630和皮带602的背侧部分620之间的摩擦系数取决于用于形成各接触表面的材料。本发明的改进V形肋皮带包括改进的外部背侧表面，它在与平面背侧皮带轮啮合时产生比平面皮带小的接触片。意外的是，该减小的接触片提供了增加的有效摩擦系数， 并因此降低了打滑。该结果很意外，因为直觉是减小在皮带和皮带轮之间的接触区域并不会导致更大的摩擦系数或摩擦力以防止打滑。不过，本发明的改进V形肋皮带与类似的平面皮带相比明显增大了摩擦系数，尽管皮带的改进皮带轮接触表面与皮带轮表面的接触减少。这里所述的改进背侧表面包括凸起特征，该凸起特征明显提供了对背侧皮带轮的、集中和高压力的接触，这增加了皮带的背侧和皮带轮的有效摩擦系数。增加的摩擦系数很有利，因为皮带的背侧能够在负载达到大约15hp的情况下驱动大致平面的背侧皮带轮， 同时具有较低的打滑、减小的噪音以及始终保持高摩擦系数的较长皮带寿命。下面参考图3中所示的一个实施例，改进的V形肋皮带102示出为布置成使皮带的外部背侧表面1 抵靠背侧皮带轮110的皮带接收表面130，该皮带接收表面130为大致平坦。V形肋皮带102包括背侧部分120、内部前侧部分122以及位于背侧和前侧部分122、 1 之间的承载部分124。承载部分IM可以包括承载绳138。前侧部分122包括横向间隔开的纵向延伸V形肋1 和V形槽127，它们可以与前侧皮带轮咬合和由前侧皮带轮驱动。图3和4中所示的实施例包括具有凸起特征132的改进背侧部分120，当与平面背侧皮带轮啮合时，该凸起特征132形成减小的接触片，类似于轮胎胎面(与磨光的轮胎相比)与路面形成减小的接触片的方式。该实施例的凸起特征132包括多个肋，这些肋与平的皮带接收表面130啮合。当在穿过皮带的横向宽度的截面图中看时(如图3中所示)， 该实施例的肋具有弯曲尖端，该弯曲尖端在各肋的顶点处与平面皮带轮接触。由较低区域 134分开的肋在皮带背侧的整个宽度上横向间隔开，并沿皮带的长度纵向延伸。凸起特征 132 (而不是较低区域13 与大致平的背侧皮带轮110的皮带接收表面130接触，以便驱动皮带轮。较低区域132很有利，因为它们作为用于随时间推移引导碎屑、灰尘或其它污染物远离接触片的槽道，该碎屑、灰尘或其它污染物可能降低摩擦系数。图10示意示出在啮合长度L上与平面背侧皮带轮710啮合的改进皮带702的背侧。前侧皮带轮706和708也与该改进皮带702接触。与由传统的平面皮带B产生的矩形接触片RP(该矩形接触片RP在图11中示意表示)相比，由改进的皮带702在相同啮合长度L上产生的接触片面积更小，并包括一系列横向间隔开的行722，这些行722由非接触区域7M分开，如图12中所示。在一些实施例中，减小的接触片的面积是由平面皮带在相同啮合长度上与平面皮带轮啮合时将形成的接触片的面积的大约20%至大约50%。在其它实施例中，优选是，接触片的面积是将在平面皮带和平面皮带轮之间形成的接触片的大约 20%至大约；35%。改进皮带的背侧部分120与前侧V形肋部分122相比更薄。背侧部分120的总体厚度Tl可以小于前侧部分122的厚度T2的一半。在一些实施例中，背侧部分120的厚度 Tl可以在大约0. 76mm和大约1. 3mm之间，而前侧部分122的厚度T2可以在大约4. Omm和大约6. 3mm之间。前侧部分122的ν形肋可以具有在大约1. 8mm和大约2. 7mm之间的高度。凸起特征132可以有大约0. Imm至大约1. Omm的高度H以及大约0. 2mm至大约1. 8mm 的宽度W。在某些优选实施例中，凸起特征132可以有大约0. 5mm至大约1.0mm的高度。接触皮带轮的凸起特征132还可以有大约0. 4mm至大约3. 6mm的中心至中心的距离C。使得包括凸起特征132的背侧部分120保持相对较薄的优点是将保持V形肋皮带的柔性，这能够提高皮带的寿命以及皮带在各种驱动系统结构中的使用性。下面参考图5和6，改进的V形肋皮带202的第二实施例示出为布置成使得皮带的外部背侧表面2 抵靠背侧皮带轮210的大致平的皮带接收表面230。V形肋皮带202包括外部背侧部分220、内部前侧部分222以及位于背侧和前侧部分222、2M之间的承载部分224。前侧部分222包括横向间隔开的纵向延伸的V形肋2 和V形槽227。改进的背侧部分220包括多个横向间隔开的纵向延伸的凸起特征232，这些凸起特征232与背侧皮带轮210的皮带接收表面230进行接触和摩擦啮合。在该实施例中，外部背侧表面2 包括形成凸起特征232的波纹状凹形和凸形区域。凸起特征232可以具有如上面对于第一实施例所述的高度、宽度和中心至中心的间隔。凸起特征232形成与皮带轮的皮带接收表面 230的接触片，该接触片近似和类似于图11中示意示出的接触片。图3-6中所示的第一和第二实施例具有大致弯曲或弓形的凸起特征132和232，它们可以是半圆形、椭圆形、正弦形或类似的。弯曲的皮带轮接触表面可以有利于使得皮带的背侧更平滑地过渡至皮带轮的皮带接收表面130、230上和离开该皮带接收表面，同时噪音更小。另外，众所周知，V形肋皮带的尖锐拐角将是皮带开始产生裂纹的点。因此，使用弯曲的凸起特征132、232和较低区域134、234(该较低区域134、234并不与皮带轮的皮带接收表面接触)可以阻止或减少在皮带内产生裂纹。尽管没有尖锐拐角的弓形凸起特征为有利的，但是其它结构例如矩形、三角形或它们的组合也是可以接受的并包含在本发明的范围内。图7-9分别示出了改进V形肋皮带 302、402和502的可选实施例，其中，相同部件具有类似的附图标记。各V形肋皮带302、 402、502包括外部背侧部分320、420、520，该外部背侧部分320、420、520具有多个横向间隔开的纵向延伸的凸起特征332、432、532，用于与背侧皮带轮的皮带接收表面啮合。如图7中所示，凸起特征332可以为三角形肋，具有在它们之间交替的、大致平的较低区域334。如图8中所示，凸起特征432可以是大致三角形肋，其中，相邻肋通过弯曲或弓形的较低区域434或槽道来连接。如图9中所示，凸起特征532可以为大致矩形，并可以通过弓形的较低区域534而逐步过渡至相邻凸起特征。也可选择，在还一实施例中，矩形凸起特征(类似于图9中的凸起特征)可以与大致平的较低区域(类似于图7中的较低区域)交替。各实施例的凸起特征可以具有如上面所述的各种高度、宽度、中心至中心间距和接触片。而且，尽管在图3-9中的实施例示出了均勻高度、宽度和中心至中心距离的凸起特征，但是背侧部分并不局限于这样的结构。可选实施例可以包括不同宽度、高度和中心至中心间距的凸起特征。本领域技术人员应当知道，本发明可以与利用本领域中已知用于制造V形肋皮带的材料和技术来制造的基本任何V形肋皮带结合使用。根据本发明的特定实施例，V形肋皮带可以形成多个截面尺寸中的任意一个，称为(US)PVH、PVJ、PVK、PVI^PPVM，(ISO) PH. PJ, PK、PL和PM(按在肋之间的节距增加的顺序)。V形肋皮带的前侧、承载和背侧部分可以由弹性化合物、织物和绳利用已知技术来制造。改进的背侧部分(它通常为弹性化合物)可以进行模制，以便提供具有一种这里所述结构或者它的变化形式的外表面。由改进的背侧皮带结构产生的提高摩擦系数通过对比试验来证实。首先，具有图3 中所示结构的改进背侧部分的多个ν形肋皮带利用本领域已知的技术来制造。具有0. 020 英寸(0.508mm)深度乘0. 080英寸(2.03mm)节距(即中心至中心的间距)的槽的模板用于制造皮带的背侧部分的纹理结构。在V形肋皮带的背侧表面上形成的凸起特征具有大约 0.012英寸(0.304mm)的高度H和大约0. 08英寸(2.03mm)的中心至中心间距C。这些V 形肋皮带在下面的表1和2中表示为实例1-6。然后，由与实例1-6相同的材料制造的多个 V形肋皮带使用相同技术来制造，除了背侧表面保持平坦，如图2中所示。这些皮带在下面的表1和2中表示为对比实例7-8。传统的和改进的V形肋皮带在平面背侧皮带轮上进行测试，以便在遵循SAE J2432的测试腔室中在10或M小时后确定在干燥、灰尘条件下在峰值和在10%打滑时的摩擦系数。峰值是指当皮带停止和起动时的静摩擦系数。在10%打滑时的摩擦系数是指当皮带在驱动皮带轮和背侧皮带轮之间的点处进行10%打滑的情况下的摩擦系数。各皮带对于各背侧打滑测试连续测试三次。测试结果如下面的表1和2中所示。表1 峰值时的摩擦系数改进表面VS平滑表面
权利要求
1.一种V形肋皮带皮带轮系统，包括(a) V形肋皮带，该V形肋皮带具有外部背侧部分、具有横向间隔开的纵向延伸的多个ν形肋的内部前侧部分以及布置在所述外部背侧部分和所述内部前侧部分之间的承载部分；(b)前侧驱动皮带轮，该前侧驱动皮带轮与V形肋皮带的内部前侧部分摩擦啮合；以及(c)平面背侧皮带轮，该平面背侧皮带轮与V形肋皮带的外部背侧部分摩擦啮合，其特征在于V形肋皮带的外部背侧部分的外表面包括凸起特征，该凸起特征与平面背侧皮带轮接触，从而形成与平面背侧皮带轮的减小的接触片，该减小的接触片的面积为将在相同啮合长度上在平面背侧皮带轮和平面皮带之间形成的全接触片的面积的大约20%至大约50%。
2.根据权利要求1所述的V形肋皮带皮带轮系统，其中凸起特征沿V形肋皮带的长度纵向延伸，并在V形肋皮带的背侧的整个宽度上横向间隔开。
3.根据权利要求2所述的V形肋皮带皮带轮系统，其中穿过至少一个所述凸起特征的宽度的横截面具有弯曲的最外侧皮带轮接触表面。
4.根据权利要求2所述的V形肋皮带皮带轮系统，其中所述凸起特征包括沿V形肋皮带的背侧的长度纵向延伸的连续肋，所述连续肋具有弯曲的皮带轮接触表面。
5.根据权利要求4所述的V形肋皮带皮带轮系统，其中减小的接触片由在平面背侧皮带轮和所述连续肋的弯曲皮带轮接触表面的顶点之间的接触区域来限定。
6.根据权利要求1所述的V形肋皮带皮带轮系统，其中所述凸起特征具有大约0.Imm 至大约1. Omm的高度。
7.根据权利要求6所述的V形肋皮带皮带轮系统，其中所述凸起特征具有大约0.2mm 至大约1. 8mm的宽度以及大约0. 4mm至大约3. 6mm的中心至中心的距离。
8.根据权利要求6所述的V形肋皮带皮带轮系统，其中包括凸起特征的皮带的背侧部分的厚度为大约0. 76mm至大约1. 3mm,皮带的前侧部分的厚度为大约4. Omm至大约 6. 35mm0
9.根据权利要求8所述的V形肋皮带皮带轮系统，其中皮带的承载部分包括纵向延伸的承载绳。
10.根据权利要求2所述的V形肋皮带皮带轮系统，其中至少一个所述凸起特征包括三角形肋，该三角形肋具有与平面背侧皮带轮接触的顶点。
11.根据权利要求1所述的V形肋皮带皮带轮系统，其中通过在凸起特征和平面背侧皮带轮之间接触而形成的减小的接触片的面积为将在相同啮合长度上在平面背侧皮带轮和平面皮带之间形成的全接触片的面积的大约20%至大约35%。
12.—种V形肋皮带皮带轮系统，包括(a)V形肋皮带，该V形肋皮带具有外部背侧部分和内部前侧部分，该内部前侧部分具有横向间隔开的纵向延伸的多个ν形肋；(b)有槽的前侧驱动皮带轮，该前侧驱动皮带轮与V形肋皮带的前侧部分摩擦啮合；以及(c)平面背侧皮带轮，该平面背侧皮带轮与V形肋皮带的背侧部分摩擦啮合；其中，V形肋皮带的背侧部分的外表面包括沿V形肋皮带的背侧的长度纵向延伸的多个肋，所述多个肋具有弯曲的外部尖端，所述外部尖端在所述多个肋的顶点处与平面背侧皮带轮接触并摩擦啮合。
13.根据权利要求12所述的V形肋皮带皮带轮系统，其中所述多个肋具有大约0.Imm 至大约1. Omm的高度。
14.根据权利要求13所述的V形肋皮带皮带轮系统，其中所述多个肋具有大约0.2mm 至大约1. 8mm的宽度以及大约0. 4mm至大约3. 6mm的中心至中心的距离。
15.根据权利要求13所述的V形肋皮带皮带轮系统，其中包括凸起特征的皮带的背侧部分的厚度为大约0. 76mm至大约1. 3mm,皮带的前侧部分的厚度为大约4. Omm至大约 6. 35mm0
16.一种V形肋皮带皮带轮系统，包括(a)V形肋皮带，该V形肋皮带具有外部背侧部分和内部前侧部分，该内部前侧部分具有横向间隔开的纵向延伸的多个ν形肋；(b)有槽的前侧驱动皮带轮，该前侧驱动皮带轮与V形肋皮带的前侧部分摩擦啮合；以及(c)平面背侧皮带轮，该平面背侧皮带轮与V形肋皮带的背侧部分摩擦啮合；其中，V形肋皮带的背侧部分的外表面包括多个凸起特征，这些凸起特征与平面背侧皮带轮接触并摩擦啮合，凸起特征沿皮带的长度纵向延伸，且高度为大约0. Imm至大约 1. Omm0
17.根据权利要求16所述的V形肋皮带，其中凸起特征包括纵向延伸的肋，所述纵向延伸的肋具有弯曲尖端，所述弯曲尖端在所述纵向延伸的肋的顶点处与平面背侧皮带轮接触。
18.根据权利要求17所述的V形肋皮带，其中所述肋的高度为大约0.5mm至大约 1. Omm0
19.根据权利要求16所述的V形肋皮带，其中至少一个凸起特征与相邻凸起特征通过纵向延伸的弯曲槽道而分开。
20.根据权利要求16所述的V形肋皮带，其中凸起特征包括纵向延伸的三角形肋，所述三角形肋具有尖端，所述尖端在三角形肋的高点处与平面背侧皮带轮接触。
全文摘要
公开了一种用于机械动力传动的V形肋皮带。该V形肋皮带包括外部背侧表面、内部前侧表面以及布置在前侧表面和背侧表面之间的承载部分。前侧表面包括多个横向间隔开的纵向延伸ν形肋。背侧表面包括多个凸起特征，这些凸起特征在平面背侧皮带轮上运行时形成接触片，该接触片为在平面皮带轮上运行的传统平面皮带的接触片的大约20％至大约50％。减小的接触片提供了增加的接触压力，这又提供了在皮带和皮带轮之间的提高的摩擦系数。
文档编号F16G5/20GK102317645SQ201080007477
公开日2012年1月11日 申请日期2010年2月5日 优先权日2009年2月24日
发明者P·M·韦斯特莱肯 申请人:戴科产品有限责任公司