專利名稱：張緊鏈輪的制作方法
技術領域：
本發明涉及張緊鏈輪，更為具體的是，涉及皮帶驅動系統中的張緊鏈輪。
發明的背景皮帶驅動系統可包括兩個或多個皮帶輪，而皮帶則在它們之間傳動。皮帶可具有本領域中已知的任何型面，包括帶齒的的、多肋的或V形的皮帶。
為了確保適當的運行和皮帶的壽命，對皮帶施加了皮帶張力或預負載。為此可簡單地將皮帶輪略微移開一個預定距離。也可對皮帶應用一個彈簧加載張緊器。另一個選擇是采用一個可調節的張緊鏈輪。
當應用張緊鏈輪時，皮帶張力將是張緊鏈輪相對皮帶的位置的函數。張緊鏈輪還具有皮帶支承表面。當張緊鏈輪與同步或帶齒的皮帶一起使用時，張緊鏈輪的皮帶支承表面也有齒。特別在張緊鏈輪支承在皮帶的帶齒的側上時。
運轉時，帶齒的張緊鏈輪產生噪聲，這是因為鏈輪轉動時，鏈輪的齒撞擊在皮帶上。此噪聲是十分有害的。
此技術的代表是屬于Ricoh Co.Ltd的日本專利申請No.09220821A，它披露要設定一個位置，在該處，n(2或以上的整數)個齒中的每個齒與皮帶同步，開始咬合驅動皮帶輪的齒槽，以這種方式，造成的沿周邊方向的偏離為驅動皮帶輪的一個齒的節距1/n。
需要一種鏈輪，其運轉噪聲大大降低。需要一種鏈輪，其弓形節距基本與嚙合鏈輪的皮帶的節距相匹配。需要一種鏈輪，它可與具有最小包角的皮帶一起使用。而本發明能符合這些要求。
發明內容
本發明的主要方面是提出一種鏈輪，其運轉噪聲大大降低。
本發明的另一方面是提出一種鏈輪，其弓形節距基本與嚙合鏈輪的皮帶的節距相匹配。
本發明的另一方面是提出一種鏈輪，它可與具有最小包角的皮帶一起使用。
本發明的其它方面將由發明的以下說明及附圖指出或變得更為清晰。
本發明包括一個皮帶驅動系統和帶齒的張緊鏈輪，它所具有的弓形節距得以大大降低噪聲。帶齒的張緊鏈輪的節距足以在最小皮帶包角下，產生皮帶和鏈輪之間的適當嚙合。
附圖概述包括在說明書中并構成其一個部分的附圖展示了本發明的較優實施例，并與說明一起用于解釋本發明的原理。
圖1是張緊鏈輪的側視圖。
圖2是雙皮帶輪驅動系統的側視圖，它包含本發明的張緊鏈輪。
圖3是本發明張緊鏈輪的另一實施例。
較優實施例的詳細說明圖1是張緊鏈輪的側視圖。張緊鏈輪10包括凹槽11和設置在凹槽11之間的齒12。帶齒的皮帶20嚙合張緊鏈輪10。張緊鏈輪10可嚙合架設在皮帶驅動系統中的任何皮帶。通常，惰鏈齒用于調節系統中皮帶的張力。
現參看圖1，在皮帶驅動系統中，皮帶20的節距PB是相鄰皮帶齒21的中心之間的距離。鏈輪10的節距PS是相鄰鏈輪齒12在每一相鄰齒的表面上的中心之間的距離。為了適當地運轉，皮帶圍繞也稱作包角的張緊鏈輪的部分周邊嚙合張緊鏈輪。
在標準的皮帶輪/皮帶系統中，為了獲得適當的包角，鏈輪的齒節距PS必須略小于皮帶的齒節距PB，換言之，鏈輪節線直徑必須等于皮帶節線直徑。節線通常位于皮帶拉伸弦的位置。一般講，節線用設置在鏈輪齒表面之上某個距離的參考弧表示。
在此技術中應用的另一個值是節線差分或“PLD”。它通常是皮帶節線位置或鏈輪節圓直徑(PD)與鏈輪外徑(“OD”)之間的差。換言之PD-OD＝PLDOD在鏈輪外齒表面上測量。例如，對于8MM-28齒鏈輪，其OD為2.744″，這將形成2.807″的鏈輪節圓直徑(“PD”)。這時，0.063″的PLD使具有節距為8.0MM的皮帶齒得以圍繞包角適當地嚙合鏈輪齒。
在先前技術中，帶齒的皮帶驅動系統應用的張緊鏈輪是采用PLD方法切割的。這意味著，先前技術的鏈輪齒將適合在一個顯著的包角上適當地嚙合皮帶。這也意味著，鏈輪齒將撞擊每個皮帶齒刃。與先前技術的鏈輪相反，如此處更為全面闡述的，皮帶將不適合在任何顯著的包角上適當地嚙合本發明的鏈輪。
更具體地講，在大多數張緊鏈輪的應用中，當皮帶的帶齒的側被嚙合時，包角α一般小于30°。這意味著當鏈輪嚙合皮帶時，皮帶基本成齒條形式，即是平直的。例如，當兩個匹配的齒型面以齒條形式適當嚙合時，這兩個匹配的齒型面將嚴格地具有相同的節距。但是，對PLD設計來講型面間的節距必須存在差異，而這將引起型面在齒條形式下略微不匹配。從而造成皮帶齒的齒側面與鏈輪凹槽之間不能接受的間隙。如在內燃發動機上的情況那樣，皮帶在這些間隙內運動時也促成產生運轉噪聲。在此說明中，“包圍的角”和“包角”可相互替換使用，并具有相同意義。
在相鄰的鏈輪齒之間有凹槽，它包括凹槽深度。深度應選成得以確保皮帶齒能適當地嚙合皮帶輪的凹槽，從而確保最大的功率傳送。每個皮帶輪齒嚙合每一皮帶齒之間的齒刃。運轉期間，每一鏈輪齒對皮帶齒刃的撞擊引起噪聲的產生。噪聲強度是各種因素的函數，包括相對齒刃深度的齒高。
當皮帶處于基本為“齒條”，或平直狀態及低包角時，本發明的鏈輪顯著地降低運轉噪聲，因為在嚙合交界面處，鏈輪的節距基本匹配皮帶的節距。例如，8.0mm節距的皮帶在齒條狀態下的齒距為8.0mm。因此，為獲得低噪聲狀態，鏈輪的齒距(“弓形節距”)也必須為8.0mm。如果只有一個鏈輪齒接觸處于真正齒條狀態下的皮帶，就可應用這種“在齒條狀態下的嚙合”。
如果在應用中，可測量皮帶間距有偏差，且有一個以上的皮帶齒接觸鏈輪，則鏈輪“在齒條狀態下的嚙合”的OD必須減少一個適當的量以維持鏈輪齒與皮帶凹槽之間的適當嚙合。
下述公式用于確定發明鏈輪的調節后的OD(“AD”)，如果發明鏈輪所在的系統中皮帶間距偏離齒條狀態。除了鏈輪上的齒數外，還必須知道兩件事，具有相同齒數的“標準”鏈輪的PLD以及系統運轉期間皮帶在鏈輪上的包角大小。齒數和PLD可在各種產品目錄的鏈輪明細表中獲得。包角也可應用本領域中的已知方式加以計算。
因此，Ad＝Sd-(PLDd×BWd)其中PLD＝節線差分BWd＝皮帶包角(以度為單位)Sd＝皮帶齒條節距嚙合時的鏈輪外徑Ad＝調節后的鏈輪外徑PLDd＝PLD/360°對于“8MM”-28齒鏈輪，當包角為5°時的計算實例如下PLD＝0.063″BWd＝5°Sd＝2.807″PLDd＝0.00018/°因此，Ad＝2.807″-(0.00018″/°×5°)＝2.806″對包角為5°的系統，Ad＝2.806″。與2.744″的“標準”OD相比較，發明鏈輪的OD要比標準鏈輪大0.062″。齒數仍為28。可理解的是，此計算可應用于具有任何齒數的鏈輪。
接著，給定Ad＝2.806″，對5°包角的發明鏈輪的節距是發明節距＝π(2.806″)/28＝0.3148″或7.9959mm與標準鏈輪的節距標準節距＝π(2.744″)/28＝0.3079″或7.8206mm相比較，標準鏈輪與發明鏈輪之間的節距差是0.0069″或0.1753mm。這表明在低包角下，發明鏈輪的節距大于標準鏈輪的節距，從而加強了鏈輪與皮帶之間的嚙合。換言之，鏈輪節距反比于包角，也即，當包角減小時，鏈輪節距增大。本領域的技術熟練人士還能看到，當包角趨近零時，鏈輪節距將基本等于它所嚙合的皮帶的齒條節距。這進一步表明發明鏈輪顯著降低或消除在其它情況下包含于張緊鏈輪系統中的鏈輪型面與皮帶型面之間的不匹配，從而降低或消除由于這種不匹配引起的噪聲。
雖然發明鏈輪能方便地用于低包角，如在5°以下的包角，但該方法也可用于任何張緊鏈輪的情況，它具有直至180°包角(包括180°)的特定包角，并要求在張緊鏈輪與皮帶之間有精確的嚙合。
為進一步降低噪聲，鏈輪凹槽型面可以是皮帶齒型面的鏡面圖像，用以消除旋轉速度變化的驅動器，例如在內燃發動機中的噪聲反撞。減少鏈輪凹槽深度也可強化聲學和諧。這在皮帶/鏈輪交界面建立了齒刃區域間隙，從而降低了聲壓水平。
因此，本發明是對許多先前技術問題的改進。本發明鏈輪和系統有許多優點。首先，與標準PLD鏈輪相比，鏈輪齒能更完全和精確地適當嚙合每個皮帶齒的表面。其次，鏈輪齒高相對皮帶凹槽深度而降低，以確保皮帶齒側面與鏈輪凹槽之間適當、完全的嚙合。第三，鏈輪齒以反映特定包角的適當形式而不是一般的PLD形式嚙合每一個皮帶齒。第四，改進的鏈輪/皮帶嚙合由于鏈輪齒和皮帶齒刃間的接觸減少，使皮帶驅動系統運轉期間產生的噪聲大大下降。第五。鏈輪凹槽與皮帶齒之間的間隙顯著下降，因此，由鏈輪與皮帶之間相對運動引起的噪聲下降。
例如，在本發明中，沿縱向伸展的凹槽型面可基本成型成如Westhoff的US專利申請4605389披露的曳物線曲線，該專利內容已通過引用包含于本文中。雖然此實施例的凹槽型面包括曳物線曲線，但發明的有用性不限于單個齒型面。凹槽型面還可包括可用于本領域中帶齒的皮帶上的任何其它齒型面，只要發明的張緊鏈輪的型面能協同地嚙合皮帶型面。
在圖3所示的另一實施例中，本發明鏈輪500的外周邊包括諸如橡膠性材料的彈性材料50，其中包括天然的和合成的橡膠。輪轂部分51包括諸如金屬的非壓縮材料。可壓縮部分50應用本領域中已知的粘結劑粘結至輪轂部分51上。彈性材料阻尼運轉期間由皮帶嚙合鏈輪產生的振動。
圖2是雙皮帶輪驅動系統的側視圖，其中包括本發明的張緊鏈輪。所示的張緊鏈輪10嚙合架設在驅動皮帶輪30與從動皮帶輪40之間的皮帶。包角約小于72°。包角最小可減少至單個鏈輪齒嚙合皮帶所必須的值。當然，包角可大于72°，如果系統結構要求的話，張緊鏈輪10可通過在支架B上的運動M加以調節。
雖然本文描述了發明的單個形式，但對本領域的技術人員而言，顯然只要不偏離文中所述發明的精神和范圍，可對結構和零件的關系進行各種修改。
權利要求
1.一種皮帶驅動系統，該系統包括具有節距的帶齒的皮帶，該皮帶至少傳動于兩個鏈輪之間；具有節距的第三鏈輪，第三鏈輪嚙合皮帶的帶齒的表面；皮帶具有圍繞第三鏈輪的包角；以及第三鏈輪的節距由包角來確定。
2.如權利要求1所述的皮帶驅動系統，其特征在于，第三鏈輪的噪聲被顯著降低。
3.如權利要求1所述的皮帶驅動系統，其特征在于，沿縱向的皮帶齒型面基本成型成曳物線曲線。
4.如權利要求1所述的皮帶驅動系統，其特征在于，包角約小于72°。
5.如權利要求1所述的皮帶驅動系統，其特征在于，皮帶凹槽的深度等于或大于皮帶輪的齒高。
6.一種鏈輪，它在圓柱形表面上具有若干齒，齒具有節距，其改進包括節距基本根據皮帶的包角而確定。
7.如權利要求6所述的鏈輪，其特征在于，節距由方程π(Ad)/(鏈輪的齒數)加以計算；還在于，Ad由方程Sd-(PLDd×BWd)加以計算。
8.一種鏈輪，它在圓柱形表面上具有若干齒，齒具有節距，其改進包括節距根據皮帶的包角加以確定，以使皮帶噪聲達到最小。
9.如權利要求8所述的鏈輪，其特征在于，當皮帶包角趨于零時，節距基本等于皮帶節距。
10.如權利要求6所述的鏈輪，其特征在于，當皮帶包角趨于零時，節距基本等于皮帶節距。
11.如權利要求1所述的系統，其特征在于，當皮帶包角趨于零時，節距基本等于皮帶節距。
12.一種鏈輪，它在圓柱形表面上具有若干齒，齒具有節距，其改進包括節距基本反比于皮帶的包角。
13.如權利要求12所述的鏈輪，其特征在于，節距由方程π(Ad)/(齒數)加以計算；而Ad由方程Sd-(PLDd×BWd)加以計算，其中BWd＝皮帶包角(以度為單位)；Sd＝皮帶齒條節距嚙合時的鏈輪外徑；以及PLDd＝PLD/360°
全文摘要
本發明包括皮帶驅動系統和帶齒的張緊鏈輪，它具有弓形節距，用以顯著下降噪聲。帶齒的張緊鏈輪所具有的節距足以在最小皮帶包角下產生皮帶與鏈輪之間的適當嚙合。
文檔編號F16H7/00GK1596348SQ02823741
公開日2005年3月16日 申請日期2002年11月7日 優先權日2001年11月30日
發明者約翰·D·雷德蒙 申請人:蓋茨公司