本发明涉及对双边作用,带纤维表层动力传动带的改进。 双边作用动力传动带为人所知已有多年。在美国专利NO.3673883(Adams)、美国专利NO.3338107(Kiekhaefer)、美国专利NO.3394968(Cicognani)、美国专利NO2699685(Waugh)和法国专利NO.1556839(Pirelli)中都曾对此加以阐述。
为了使同步齿形带获得最大的寿命,带齿必须要有足够的承载刚度,而又仍可弯曲,以便与带轮轮槽很好地啮合。由于弹性齿本身的内强度和刚度均不足以承受载荷,当然其本身也就没有足够的抗磨性,因此通常在传动带的表面上粘结一纤维层。历来使用的纤维层均是由所谓“可伸张”尼龙纤维制造的。使用可伸张尼龙已使这种传动带的生产更为经济,在美国专利NO.3078206(Skura)中对此方法作了叙述。根据上述各项专利介绍,双边作用传动带(即在传动带的内、外两周面上均有带齿)通常也是做成带可伸张纤维表层的,只有一种专利例外,即法国专利NO.1556839的传动带是内周齿带可伸张纤维表层而外周齿不带纤维表层。
还已经知道,在美国专利NO.4514179(Skura)中所述的传动带,通常是做成带单边齿的,其上带所谓“不可伸张”纤维表层。正如此专利所介绍的那样,这种带不可伸张纤维表层的传动带与带可伸张纤维表层的同样传动带相比,具有较长的寿命和较大传递功率的能力。据认为,这是因为传统的,由尼龙丝松散地编织成波形的可伸张尼龙表层在传动带压制过程中,其尼龙丝间的间隙事实上受到扩张并被带齿的橡胶填充,而橡胶的硫化作用又把已伸张的纤维位置固定住,使纤维层变硬,从而降低了它受载时的变形能力。可是,在工作载荷作用下却要迫使带齿受弯,使已变硬的纤维层承受过大的动应力,导致填充有橡胶的纤维表层过早破裂,尤其在齿根区更甚,从而使传动带过早失效。
据认为,在带可伸张纤维表层的传动带中,带齿上的载荷约有80%是由纤维层传递,而只有约20%的载荷由橡胶齿本身传递。这种比率使纤维层集中了过大的载荷,导致这种受力情况的传动带过早失效。
双边作用动力传动带的传统结构是用可伸张纤维作为传动带两边工作面上的齿和齿间槽的表层。可是,如果带齿上的载荷约80%由纤维层传递,而只有约20%由橡胶齿本身传递,那么使用双边作用传动带,这种特性就更成问题,也就是说,双边作用动力传动带比单边作用传动带的问题更大。在双边作用传动带中,通常是由有齿的主动带轮与其内边(即传动带的内周面)啮合进行传动的。至少还有一个从动带轮也与齿形传动带的同一内边啮合,同时,有一个或一个以上从动带轮与双边齿形传动带的有齿外周面啮合。由此可见,在双边传动带系统中,主动带轮与传动带的内齿面啮合,而至少有一个从动带轮与传动带的外齿面啮合。因此,传动力必定是从内齿形面上的齿传至外齿形面上的齿,从而使齿与齿之间保持精确的同步。可是,在这一系统中,传动带对内边带轮的包角通常显著大于对外边带轮的包角,再者,在此传动系统中,传动带内边主动带轮所施加的扭矩显著大于传动带外边任一从动带轮所得到的扭矩。上述传动带不能提供弥补上述系统性能不足的特性。
因此,本发明的目标是要在双边作用动力传动带中,最大限度地提高传动带内周面上由弹性橡胶齿传递,通过传动带基体再传至其外周面齿上的那部分传动力。
本发明的另一目标是要提供一种双边作用传动带,这种传动带与传统的双边作用传动带相比,能使传动带内周主动带轮与传动带外周从动带轮之间所传递的载荷更大,同时还能提高传动带的寿命,或至少与传统双边作用传动带的寿命大体相同。
本发明还有一个目标,就是要提供一种传动带,这种传动带与以前的双边齿形传动带相比,其传动匀速性更好,柔性更大,而功率消耗更低。
本发明随之而来的目标是要提供一种双边作用传动带的结构,这种结构能克服以前各传动带结构的缺点。其抗磨表层材料与带齿的弹性材料协同作用,使传动带能传递较大的功率,而和处于同样工作条件下的已知双边作用传动带相比,具有更长的寿命。同时,在传动带两对边的齿之间,其传动的等分性和匀速性比传统的双边作用传动带好。
本发明的目标是通过提供一种双边作用,无接头的同步动力传动带来实现的。在这种传动带的中心位置上,通常带有纵向可伸张的抗拉构件,在其两相对周边上的有弹性齿。在传动带的内周边上,大体沿着交替起伏的齿槽及齿部表面,有一层抗磨的“不可伸张”纤维层;在传动带外周边上,大体沿交替起伏的齿槽及齿部表面,有一层抗磨的“可伸张”纤维层。内周边的纤维层大体上是不可伸张的,可用树脂进行处理。当压制传动带放上树脂时,树脂把纤维丝相互固定住,事实上减少了弹性齿的弹性变形量,树脂渗入到各纤维丝之间的空隙中,因此,在传动带制成以后,这一内周边的纤维表层,即使比传动带外周边的“可伸张”纤维层要硬得多,但与制作传动带时其可伸张纤维丝之间的空隙实质上是用弹性齿材料来填充的传动带相比,却仍保留较大的柔性。换句话说,这种传动带内周边上的表层与它所复盖的弹性齿结合在一起,比之如传动带外周边上的表层那样,纤维丝间的空隙实质上被弹性体所填充的那种结合情况,具有更大的柔性。外周边上的表层是传统的“可伸张”纤维层。
根据本发明提出结构制作的正传动双边作用动力传动带具有带内、外周面的弹性基体部分,在基体部分内嵌入一抗拉带。第一组弹性齿与基体部分成一整体,并沿其一周面排列,各齿均有预定的弹性刚度;第二组弹性齿与基体部分成一整体,并沿另一周面排列。第一纤维层覆盖形成于第一组齿的各齿和齿间槽上面;第二纤维层覆盖形成于第二组齿的各齿和齿间槽上面。第一纤维表层与第一组齿协同作用,使得覆盖有第一纤维层的第一组齿各齿的弹簧刚度是相应没有覆盖层齿原有弹簧刚度的1.2~3倍。更好的情况是,覆盖有这种不可伸张第一纤维层的各个齿的弹簧刚度是相应无覆盖层齿的弹簧刚度的1.4~2.8倍。在美国专利NO.4514179中对这种型式的第一纤维层及在各纤维丝交叉处用于固定纤维丝的树脂都作了很好的阐述。根据这一专利介绍,在压制传动带时,其不可伸张纤维层实际上是不受力的,因而,在压制操作过程中,弹性齿事实上不会渗入此纤维层内。这种不可伸张纤维表层与弹性齿材料一起,提高了其受载时的弯曲能力。这样,该传动带内周面上的“不可伸张”纤维表层和经硫化的弹性齿共同结合,在传动带内周面上形成复合齿,其变形程度使得弹性齿和纤维外层共同分担施加于传动带上的驱动力。
这样,根据本发明提供了一种传动带,可以相信,这种传动带第一组齿中各齿的橡胶部分至少能传递齿上受载的30%,而齿表层传递的载荷减少至总受载的70%或更少。这样一种受力比较均衡的结构和前述传动带相比,具有更好的弹性和较小的滞后程度。
本发明提出的各项内容参照附图加以叙述,在各图中,相同的数码表示相同的零件,其中:
图1是使用本发明双边作用传动带的典型动力传动系统侧视图;
图2是本发明双边作用传动带的纵剖面局部视图;
图3是供压制本发明双边作用传动带外齿形面用的对置平模块纵剖面局部视图,该传动带的预成型件位于前模和终模之间;
图4是图3所示压模块对本发明传动带进行最终压制而处于靠近位置时的纵剖面局部视图;
图5是图1所示双边作用动力传动带的立体图局部视图;
图6是本发明另一结构传动带的预成型件纵剖视图;
图7是供最终压制和硫化本发明另一结构双边作用传动带用的对置平模块纵剖面局视图;
图8是图7所示压模块对本发明另一结构传动带进行最终压制而处于靠近位置时的纵剖面局部视图。
下面对各附图加以介绍。图1表示一个传动带驱动系统,包括有一根柔软的双边作用动力传动带11,传动带通过其内周面11a包围和啮合于一对齿轮(即带轮)12和13上而受到拖动,在传动带外周面11b处,与第三个齿形带轮18啮合。在传动带11的内周面上,有第一组交替起伏的齿14a和齿槽15a;在传动带11的外周面上,有第二组交替起伏的齿14b和齿槽15b。带轮12、13和18也制有通常沿轴向设置交替起伏的齿16和齿槽17,分别与传动带的齿14a和14b啮合。
如图2所示,传动带11包括有由弹性聚合物制成的基体22。传动带11的这一基体22含有一增强抗拉层(即抗拉构件),由若干沿纵向设置,在横向隔开的抗拉带23组成。这些抗拉带可以用基本上不可拉伸的材料如被包裹的绞合玻璃纤维或钢条组成,使传动带具有所需的纵向强度和稳定性。传动带的第一组齿14a在齿高上大体一致,并与基体22的内周面11a形成一体,齿14a在传动带11的横向设置,由齿槽15a相互隔开。
传动带的第二组齿14b,其齿高也是大体上一致,并与基体22的外周面11b形成一体,齿14b也在传动带11的横向设置,并与传动带基体22内周面上的齿14a精确地等分相对。
抗拉带23大体放置在传动带11两组齿14a和14b的齿根线AB上,正如众所周知的同步传动带传统结构一样。这些抗拉带主要起传动带承载构件的作用。本发明传动带所使用的抗拉带材料与及用于弹性基体及齿部的弹性复合材料与上述美国专利NO.4514179所介绍的相同,其详细情况可参考专利。
位于传动带11内周面11a上的第一组齿14a和分隔这些齿的齿槽15a为表层24a所覆盖,位于传动带11外周面11b上的齿14b及其齿槽15b为表层24b所覆盖。在传动带内周面上的表层24a最好参照美国专利NO.4514179所述,采用与之相同的“不可伸张”纤维层材料及相同的方式,与传动带的弹性体部分组合在一起;另一方面,其外周面上的表层24b可以采用传统的所谓“可伸张”纤维制造。根据本发明所提出的结构,形成于传动带11内周面上的抗磨表层24a是一层原先已已形成于传动带构件内的纤维层,经热固性树脂进行处理,为稳定纤维结构,以后还进行热定形。热定形后,纤维层24a便处于无应力的松弛状态,再放进普通圆柱形模块内(图中未示)制成与齿形外周面相符的形状,如下所述。
如图1所示,根据本发明制成的双边作用传动带11通常用于包围着主动带轮12,带轮12上的齿16与传动带11内周面上的齿14a啮合,从而带动了传动带。在这种普通型式的动力传动系统中中,至少还有一个从动轮13也与传动带的内周齿14a啮合,同时,至少有一个外加的从动带轮18通过轮上的齿与传动带11外周面11b上排列的齿14b啮合。从图1中还可见,内面的带轮(如12和13)与传动带内齿14a之间的接触面通常显著大于外面的带轮(如18)与传动带外齿14b之间的接触面。
由于主动载荷是所有从动载荷的总和,故传动带的主动边(即内周边)承受较大的应力。在最通常使用的双边作用传动带系统中,传动带驱动多个带轮时可以采用S形的布局,为简化起见,图1中没有表示。这种布局,与图1所示的相比,其传动带要大大加长,带轮13的位置由在水平方向与带轮12相隔变为与带轮18相隔,从而使传动带外周面11b与带轮18之间的接触弧长增大。当然,这样会导致传动带工作时受到更多的挠曲。假如传动带11是沿着这样一种S形路线运动,则其挠曲方向与绕内带轮12和13运动时的挠曲方向相反。
必须承认,在这种最通常使用的S形布局齿形带传动中大多使用双边齿(即双边作用)传动带。一般来说,只在一边周面上带齿的同步传动带在两周边方向上无需弯曲到如上所示齿形带传动中使用的双边作用传动带那样的程度。
在内周面上带有“不可伸张”表层和在外周面上带有“可伸张”表层的传动带中,其外边上的齿14b要比内边上的齿14a硬。内齿14a为不可伸张纤维层24a所覆盖,这一纤维层与弹性齿协同作用,使内齿14a具有足够的弹性,比之带有由可伸张纤维作表层的外齿,可以传递更大的载荷。
由于双边齿形传动带的内周齿采用“不可伸张”表层而外周齿采用普通的“可伸张”表层,故大大有利于传动带在S形齿形带传动上的应用。这样,本发明传动带特别有利于以下传动情况即齿形带传动中至少有一个从动带轮与传动带的外周齿啮合,而这个从动带轮设置的位置能使传动带按通常的S形路线运动,使传动带在工作时频繁经受相反的弯曲。使用本发明双边作用传动带能完成上述传动任务,并且不降低传动带传递功率的能力,也不降低传动带的使用寿命,而最重要的是对传动带内齿和外齿之间的转位精度影响最小。
如美国专利NO.4514179中所详细说明的那样,不可伸张外层是用纤维层24a制成的,这一纤维层用如间苯二酚甲醛树脂胶乳(RFL)那样的树脂进行处理,然后进行热定形。因此,传动带的第一组齿14a用这种纤维作表层,具有较好的弹性,即与传动带外边11b上带“可伸张”纤维表层的第二组齿14b相比,具有较低的弹簧刚度(Spring Rate)。
这里所说的齿的弹簧刚度(K),其定义为:施加于每英寸传动带宽度上齿的载荷(F)除以该齿以英寸计算的变形量。传动带齿的变形量是指在给定载荷作用下一个齿的变形量。在美国专利NO.4514179中对如何测量一给定传动带带齿变形量和如何确定其弹簧刚度(K)的方法作了叙述。
制作成内边齿14a带不可伸张表层24a,外边齿14b带可伸张表层24b的双边作用传动带的另一优点如上所述是:其可伸张表层24b实际上导致齿“更不易弯曲”,而其“不可伸张”表层24a实际上导致齿更易弯曲。传动带内边上齿的更易弯曲是有利的,因为它使位于传动带内边,为传动带所包围的主动带轮和从动带轮的“包角”通常比传动带外边相对于外带轮(如带轮18)的“包角”大。由于传动带外齿14b通常只有很少几个齿与带轮18接触,因此外齿应比传动带内边11a上的齿要坚硬得多。内齿上的不可伸张表层24a导致内齿更具柔性而有利于增大所需的“包角”,同时也使主动带轮12所在的内边具有更大的扭矩传动能力。
制造这种传动带有几道工序。首先,大体上根据美国专利NO.4514179所述制作单边传动带预型方法进行预成型,这一预成最好是在鼓形预型压模上进行,在压模中把不可伸张纤维层置于与鼓形模周边槽面相对的位置上,然后把弹性体(如氯丁橡胶)压靠纤维层,迫使纤维层靠着鼓形槽面,使弹性体填满相邻齿脊之间的空间25a(见图3),这样便在预型的内表面上制出齿。然后把预型件从预型模中取出,再把预定长度的预型件放入一环形模上。把抗拉带23绕置于环形模外边的弹性体上,然后把一弹性层26(如氯丁橡胶)包围着由钢条23组成的抗拉构件(见图3),再把一层可伸张纤维层24b绕置于橡胶层26上,在尚未硫化的情况下把这一构件从环形模中取出。
然后把构件置于带C形机架的标准热压机中。图3和图4中表示的压力机压模板带有互补齿形的齿模部分,即上模板30b和下模板30a。把上述构件置于下模板30a内,在压力作用下,上模板30b向着下模板的方向运动。上模板30b通过其齿形模面挤压可伸张纤维层24b,使传动带的齿槽底15b与抗拉构件23大体接触而压制出外齿14b。由齿形模面30b施加的压力引起弹性层26流动,推动其前面的纤维层24b而流入压模30b的槽中。这一纤维层受到伸张直至其形状与压模30b的内表面形状相一致为止。随着弹性材料填满纤维层后面的空间25b,便形成了齿的基体。然后,压模板30a和30b处在应有位置上,形成了上齿(即外齿)14b。通过压力机加热,对已放置其中的这一段传动带进行硫化。待这一段传动带硫化后,把压模板移开,传动带转位一预定量,使传动带的下一纵向段放入下压模30a内,然后重复上述过程,直至整根传动带制成为止。
通过上述方法,制成了一根在内、外两周面上带动力传动齿的无接头动力传动带11(见图5)。由于其内周面和外周面上具有不同的表层结构,故内周齿比外周齿具有更大的柔软性。
根据本发明结构制作了几根双边作用传动带试件并作了试验。根据以前的结构也制作了几根双边作用传动带试件,即双边齿形传动带试件的两面均带“可伸张”纤维表层,也进行了试验。把此试验结果与本发明传动带试件的试验结果加以比较。试验结果如下:
根据本发明结构制作的三根双边作用(即双边带齿)动力传动带是依照上述一般的工序由齿距为14mm、长1400mm的单套管制备的。
使用以下材料制造:
内表层:不可伸张纤维,尼龙66,每英寸42根经丝和40根纬丝;丝的支数=1015;用RFL树脂进行处理;孔隙率:每分钟2.7立方英尺空气(ASTM D-735/75)。
抗拉构件:玻璃线型式H15 3/5。
外表层:可伸张纤维,尼龙66,每英寸34根经丝和26根纬丝;纬丝支数=1200,经丝支数=840。
弹性体:氯丁橡胶;最后硫化:在37°F下4.5分钟。
由此制出的试件,在传动带内周面齿上带不可伸张纤维表层,在传动带外周面齿上带可伸张纤维表层。
为了进行比较,用传统方法制作三根尺寸相同的双边齿形动力传动带,即其内、外两周面上均覆盖可伸张纤维层,并采用上述同一压模和相同的硫化条件。
所有传动带都经受如下的长度变化试验和“振摆”试验(其定义在下面叙述):
每一传动带围绕一对各有40个齿槽的带轮而受到拖动,主动带轮的轮轴固定在空间位置上,而从动带轮上与主动带轮轴平行的轮轴可相对于主动带轮轴作横向运动。大约有300磅拉力施加于传动带上,主动带轮的转速为200转/分。两带轮轴轴心线间的平均距离在工作时确定。这一平均轴心线距离是比较传动带在与试验装置带轮啮合的那一边上的齿距长度与该传动带的设计齿距长度的计量标准。带轮轴心距之间的最大变化量称作“振摆”,是衡量传动带在与试验装置带轮啮合的那一边上齿距不规则性的尺度。
试验结果如下:变化量(英寸×103)
本发明传动带 传统的传动带
(在双边作用传动带的内 (在双边作用传动带
周边上有不可伸张纤维 的内、外两周边上
表层,在外周边上有可 均有可伸张纤维表
伸张纤维表层) 层)
试验传动带号 1 2 3 平均值 A B C 平均值
周边1(内周边)
长度 2 10 10 7.33 20 6 8 11.33
振摆 2 2 4 2.67 5 8 9 7.33
周边2(外周边)
长度 7 6 1 4.67 45 -46 -52 47.67
振摆 3 2 3 2.67 5 12 12 9.67
“周边2”的试验结果,即相对于各传动带外周面齿所测得的结果是通过把传动带内边翻至外边,使得外周面变成内周面来取得的,然后按上述同一方法试验各传动带。
从上表中所指出的,本发明传动带的数据说明:可以制造出传动非常均匀的动力传动带。本发明的这种双边作用传动带大大优于用可伸张纤维层作内、外周边表层的类似传动带。
以上阐述的只是本发明的一种结构,还应该说明,不仅那些在内周边上带“不可伸张”纤维层(如上所述)的双边作用传动带,而且那些在内、外两周边上均带“不可伸张”纤维层的双边作用传动带都属于本发明所考虑的范围。制作如图6~8所示的那种双边作用传动带时,首先根据上述制作这种预型的工艺规程制备两个预型件,然后,只有一个预型件用抗拉构件23绕于其上起增强作用。另外还绕一薄橡胶层32于其上(见图6和7),把预型件从鼓形模中取出。这一带有抗拉构件23和薄橡胶层32的预型件在图6和7中用标记数码29a′标出。另一个不带抗拉构件的预型件在图7中用标记数码31标出。然后把预型件29a′的一段放在压力机的压模板内如图7所示,过程如下:随着顶模30b′处于其上面位置(即打开位置),经增强的预型件“带筒”29a′被装在两个拉伸带轮上(图未示),这两个带轮位于底模30a′的两边,大约与底模处于同一水平位置。把预型件29a′的一段放入底模30a′内直至29a′的齿部精确地落入底模槽内为止。然后把长度大致相同的另一预型件31(其齿朝上)放置于薄橡胶层32上面(胶层32覆盖着处于下模板30a′内预型件29a′的抗拉构件23),并使预型件31的齿与预型件29a′的齿对准。然后顶模板30b′下降至图8所示位置,使抗拉件完全被弹性体封满。在传动带装于压模内的一段进行硫化的期间内,两压模块一直保持靠紧。后来把压模打开,带筒29a′转动前进一段稍短于压模长度的距离。把预型件31的下一段(此时它覆盖着已处于压模内预型件29a′的那段顶面)调整至其齿与29a′上的齿对齐,重复上述程序,直至带筒全长均硫化为止。
实现本发明的各种形式都包括在下列各项权利要求中,尤其指出了那些明显属于本发明内容的各种形式。