專利名稱：具有提高的摩擦系數的外表面的v形肋皮帶的制作方法
技術領域：
本發明涉及動力傳動皮帶，更特別是涉及具有高摩擦系數的外部背側表面的改進 V形肋皮帶，用于驅動平面背側的皮帶輪。
背景技術：
V形皮帶和V形肋皮帶用于廣泛范圍的環境中。V形肋皮帶由于它們的高動力傳動能力而更優選，這可以歸因于在皮帶上的肋和在配合皮帶輪上的牙側之間的較大接觸區域。在操作中，通常抱怨V形皮帶和V形肋皮帶將發出噪音，特別是在汽車驅動器上。 皮帶噪音主要是由于當皮帶上的肋進入和離開皮帶輪槽時產生的皮帶輪嚙合和脫開噪音或者由于皮帶輪相對于皮帶的過度旋轉打滑而引起的噪音。旋轉打滑在驅動器快速加速或減速的過程中產生，或者是由于過大負載或不充分地包繞皮帶輪而產生，驅動器快速加速或減速例如在換檔、發動機起動或發動機關機時遇到。用于降低皮帶噪音和減小背側皮帶輪的旋轉打滑的先前的嘗試對于當時的驅動系統是成功的。不過，目前的驅動系統在皮帶的背側上越來越多地包含皮帶輪，以便驅動附件例如風扇、水泵、空調等。由于在發動機上的這些增加性能要求，在這些附件上的負載已經增加至超過現有蛇形皮帶的當前能力。因此，需要改進的V形肋皮帶來在這樣的負載下高效地驅動背側皮帶輪。V形肋皮帶還應當減小噪音和打滑。
發明內容
在一個方面，公開了一種用于機械動力傳動的V形肋皮帶皮帶輪系統。該V形肋皮帶皮帶輪系統包括V形肋皮帶，該V形肋皮帶具有外部背側部分；內部前側部分，該內部前側部分具有多個橫向間隔開的縱向延伸的V形肋；以及承載部分，該承載部分布置在所述背側部分和所述前側部分之間，該V形肋皮帶皮帶輪系統還包括前側驅動皮帶輪和平面背側皮帶輪。前側驅動皮帶輪與V形肋皮帶的前側部分摩擦嚙合，平面背側皮帶輪與V 形肋皮帶的背側部分摩擦嚙合。V形肋皮帶具有改進的背側部分，其中，背側部分的外表面包括凸起特征，凸起特征與背側皮帶輪接觸。凸起特征形成與背側皮帶輪的減小的接觸片， 該減小的接觸片的面積為將在相同嚙合長度上在背側皮帶輪和平面皮帶之間形成的全接觸片的面積的大約20%至大約50%。在另一方面，V形肋皮帶皮帶輪系統包括V形肋皮帶，該V形肋皮帶具有外部背側部分和內部前側部分，該內部前側部分包括多個橫向間隔開的縱向延伸的ν形肋；有槽的前側驅動皮帶輪，該前側驅動皮帶輪與V形肋皮帶的前側部分摩擦嚙合；以及平面背側皮帶輪，該平面背側皮帶輪與V形肋皮帶的背側部分摩擦嚙合。V形肋皮帶的背側部分具有外表面，該外表面具有多個沿皮帶的背側長度縱向延伸的肋。肋具有彎曲的外部尖端，該外部尖端在肋的頂點處與平面背側皮帶輪接觸和摩擦嚙合。在另一方面，V形肋皮帶皮帶輪系統的背側部分具有外表面，該外表面具有多個沿皮帶的長度縱向延伸的凸起特征，凸起特征的高度為大約0. Imm至大約1.0mm。凸起特征使得皮帶與平面背側皮帶輪接觸和摩擦嚙合。所公開的V形肋皮帶的背側部分具有提高的摩擦系數，這高效驅動平面背側皮帶輪，該平面背側皮帶輪可以用于操作發動機中的附件。具有凸起特征和較低區域的背側部分還降低了噪音，并提供了用于除去碎屑和流體以便使其離開背側部分與背側皮帶的交界面的裝置。碎屑和流體可能導致皮帶對皮帶輪進行打滑，因此，所公開的實施例減少了打滑。另外，所公開的背側部分具有長的皮帶壽命，且在該壽命中保持在抵靠平面背側皮帶輪時的有效摩擦系數。
圖1是示出與前側和背側皮帶輪嚙合的V形肋皮帶的示意正視圖。圖2是與平面背側皮帶輪嚙合的傳統平背V形肋皮帶的剖視圖。圖3是與平面背側皮帶輪嚙合的改進V形肋皮帶的第一實施例的剖視圖。圖4是圖3的改進V形肋皮帶的局部放大剖視圖。圖5是與平面背側皮帶輪嚙合的改進V形肋皮帶的第二實施例的剖視圖。圖6是圖5的改進V形肋皮帶的局部放大剖視圖。圖7-9是改進V形肋皮帶的附加可選實施例的局部放大剖視圖。圖10是與平面背側皮帶輪嚙合的改進V形肋皮帶的一個實施例的側視圖。圖11是形成于平面皮帶輪和與該皮帶輪嚙合的平面皮帶表面之間的接觸片的示意圖。圖12是形成于平面皮帶輪和改進皮帶的一個實施例之間的接觸片的示意圖，該改進皮帶具有在皮帶的皮帶輪嚙合表面上的縱向延伸的凸起特征。
具體實施例方式下面將參考附圖介紹改進V形肋皮帶的優選實施例。盡管下面參考附圖示出并說明了本發明的各種特征，但是應當知道，本發明的范圍更廣泛，且并不僅僅局限于附圖所示的這些實施例。參考圖1，蛇形皮帶驅動系統(總體表示為100)可以包括V形肋皮帶102、前側驅動器皮帶輪108、一個或多個從動前側附件皮帶輪104和106、以及一個或多個背側皮帶輪 110。圖1中所示的驅動系統100只是驅動系統結構的一個實例。在本領域中已知很多可選結構，并適用于本發明。圖2以剖視圖示出了在傳統V形肋皮帶602和傳統背側皮帶輪610之間的嚙合。 傳統V形肋皮帶包括內部的前側部分622 (有時稱為壓縮部分)，該前側部分622具有多個縱向延伸的ν形肋626;扁平的外部背側部分620(有時稱為拉伸部分)；以及在前側和背側部分之間的承載部分624。傳統的背側皮帶輪610為具有平滑皮帶接收表面630的平面皮帶輪。眾所周知，背側皮帶輪610可以通過延伸入或推入皮帶的路徑中而與V形肋皮帶602嚙合，這樣，皮帶包繞皮帶輪的外周的一些部分。在皮帶輪610和皮帶602之間的摩擦接觸使得皮帶能夠驅動皮帶輪。不充分的摩擦導致打滑和增加的噪音。如圖11中示意所示，在傳統皮帶輪的皮帶接收表面630和傳統皮帶的背側部分620之間的接觸區域(在本文中也稱為接觸片)在投射至兩維平面中時為近似矩形，因為兩個接觸表面都大致平滑。接觸片的尺寸大致近似為皮帶的平背側部分620的寬度乘以皮帶包繞在皮帶輪的外部皮帶接收表面630上的周向長度。在背側皮帶輪610的皮帶接收表面 630和皮帶602的背側部分620之間的摩擦系數取決于用于形成各接觸表面的材料。本發明的改進V形肋皮帶包括改進的外部背側表面，它在與平面背側皮帶輪嚙合時產生比平面皮帶小的接觸片。意外的是，該減小的接觸片提供了增加的有效摩擦系數， 并因此降低了打滑。該結果很意外，因為直覺是減小在皮帶和皮帶輪之間的接觸區域并不會導致更大的摩擦系數或摩擦力以防止打滑。不過，本發明的改進V形肋皮帶與類似的平面皮帶相比明顯增大了摩擦系數，盡管皮帶的改進皮帶輪接觸表面與皮帶輪表面的接觸減少。這里所述的改進背側表面包括凸起特征，該凸起特征明顯提供了對背側皮帶輪的、集中和高壓力的接觸，這增加了皮帶的背側和皮帶輪的有效摩擦系數。增加的摩擦系數很有利，因為皮帶的背側能夠在負載達到大約15hp的情況下驅動大致平面的背側皮帶輪， 同時具有較低的打滑、減小的噪音以及始終保持高摩擦系數的較長皮帶壽命。下面參考圖3中所示的一個實施例，改進的V形肋皮帶102示出為布置成使皮帶的外部背側表面1 抵靠背側皮帶輪110的皮帶接收表面130，該皮帶接收表面130為大致平坦。V形肋皮帶102包括背側部分120、內部前側部分122以及位于背側和前側部分122、 1 之間的承載部分124。承載部分IM可以包括承載繩138。前側部分122包括橫向間隔開的縱向延伸V形肋1 和V形槽127，它們可以與前側皮帶輪咬合和由前側皮帶輪驅動。圖3和4中所示的實施例包括具有凸起特征132的改進背側部分120，當與平面背側皮帶輪嚙合時，該凸起特征132形成減小的接觸片，類似于輪胎胎面(與磨光的輪胎相比)與路面形成減小的接觸片的方式。該實施例的凸起特征132包括多個肋，這些肋與平的皮帶接收表面130嚙合。當在穿過皮帶的橫向寬度的截面圖中看時(如圖3中所示)， 該實施例的肋具有彎曲尖端，該彎曲尖端在各肋的頂點處與平面皮帶輪接觸。由較低區域 134分開的肋在皮帶背側的整個寬度上橫向間隔開，并沿皮帶的長度縱向延伸。凸起特征 132 (而不是較低區域13 與大致平的背側皮帶輪110的皮帶接收表面130接觸，以便驅動皮帶輪。較低區域132很有利，因為它們作為用于隨時間推移引導碎屑、灰塵或其它污染物遠離接觸片的槽道，該碎屑、灰塵或其它污染物可能降低摩擦系數。圖10示意示出在嚙合長度L上與平面背側皮帶輪710嚙合的改進皮帶702的背側。前側皮帶輪706和708也與該改進皮帶702接觸。與由傳統的平面皮帶B產生的矩形接觸片RP(該矩形接觸片RP在圖11中示意表示)相比，由改進的皮帶702在相同嚙合長度L上產生的接觸片面積更小，并包括一系列橫向間隔開的行722，這些行722由非接觸區域7M分開，如圖12中所示。在一些實施例中，減小的接觸片的面積是由平面皮帶在相同嚙合長度上與平面皮帶輪嚙合時將形成的接觸片的面積的大約20%至大約50%。在其它實施例中，優選是，接觸片的面積是將在平面皮帶和平面皮帶輪之間形成的接觸片的大約 20%至大約；35%。改進皮帶的背側部分120與前側V形肋部分122相比更薄。背側部分120的總體厚度Tl可以小于前側部分122的厚度T2的一半。在一些實施例中，背側部分120的厚度 Tl可以在大約0. 76mm和大約1. 3mm之間，而前側部分122的厚度T2可以在大約4. Omm和大約6. 3mm之間。前側部分122的ν形肋可以具有在大約1. 8mm和大約2. 7mm之間的高度。凸起特征132可以有大約0. Imm至大約1. Omm的高度H以及大約0. 2mm至大約1. 8mm 的寬度W。在某些優選實施例中，凸起特征132可以有大約0. 5mm至大約1.0mm的高度。接觸皮帶輪的凸起特征132還可以有大約0. 4mm至大約3. 6mm的中心至中心的距離C。使得包括凸起特征132的背側部分120保持相對較薄的優點是將保持V形肋皮帶的柔性，這能夠提高皮帶的壽命以及皮帶在各種驅動系統結構中的使用性。下面參考圖5和6，改進的V形肋皮帶202的第二實施例示出為布置成使得皮帶的外部背側表面2 抵靠背側皮帶輪210的大致平的皮帶接收表面230。V形肋皮帶202包括外部背側部分220、內部前側部分222以及位于背側和前側部分222、2M之間的承載部分224。前側部分222包括橫向間隔開的縱向延伸的V形肋2 和V形槽227。改進的背側部分220包括多個橫向間隔開的縱向延伸的凸起特征232，這些凸起特征232與背側皮帶輪210的皮帶接收表面230進行接觸和摩擦嚙合。在該實施例中，外部背側表面2 包括形成凸起特征232的波紋狀凹形和凸形區域。凸起特征232可以具有如上面對于第一實施例所述的高度、寬度和中心至中心的間隔。凸起特征232形成與皮帶輪的皮帶接收表面 230的接觸片，該接觸片近似和類似于圖11中示意示出的接觸片。圖3-6中所示的第一和第二實施例具有大致彎曲或弓形的凸起特征132和232，它們可以是半圓形、橢圓形、正弦形或類似的。彎曲的皮帶輪接觸表面可以有利于使得皮帶的背側更平滑地過渡至皮帶輪的皮帶接收表面130、230上和離開該皮帶接收表面，同時噪音更小。另外，眾所周知，V形肋皮帶的尖銳拐角將是皮帶開始產生裂紋的點。因此，使用彎曲的凸起特征132、232和較低區域134、234(該較低區域134、234并不與皮帶輪的皮帶接收表面接觸)可以阻止或減少在皮帶內產生裂紋。盡管沒有尖銳拐角的弓形凸起特征為有利的，但是其它結構例如矩形、三角形或它們的組合也是可以接受的并包含在本發明的范圍內。圖7-9分別示出了改進V形肋皮帶 302、402和502的可選實施例，其中，相同部件具有類似的附圖標記。各V形肋皮帶302、 402、502包括外部背側部分320、420、520，該外部背側部分320、420、520具有多個橫向間隔開的縱向延伸的凸起特征332、432、532，用于與背側皮帶輪的皮帶接收表面嚙合。如圖7中所示，凸起特征332可以為三角形肋，具有在它們之間交替的、大致平的較低區域334。如圖8中所示，凸起特征432可以是大致三角形肋，其中，相鄰肋通過彎曲或弓形的較低區域434或槽道來連接。如圖9中所示，凸起特征532可以為大致矩形，并可以通過弓形的較低區域534而逐步過渡至相鄰凸起特征。也可選擇，在還一實施例中，矩形凸起特征(類似于圖9中的凸起特征)可以與大致平的較低區域(類似于圖7中的較低區域)交替。各實施例的凸起特征可以具有如上面所述的各種高度、寬度、中心至中心間距和接觸片。而且，盡管在圖3-9中的實施例示出了均勻高度、寬度和中心至中心距離的凸起特征，但是背側部分并不局限于這樣的結構。可選實施例可以包括不同寬度、高度和中心至中心間距的凸起特征。本領域技術人員應當知道，本發明可以與利用本領域中已知用于制造V形肋皮帶的材料和技術來制造的基本任何V形肋皮帶結合使用。根據本發明的特定實施例，V形肋皮帶可以形成多個截面尺寸中的任意一個，稱為(US)PVH、PVJ、PVK、PVI^PPVM，(ISO) PH. PJ, PK、PL和PM(按在肋之間的節距增加的順序)。V形肋皮帶的前側、承載和背側部分可以由彈性化合物、織物和繩利用已知技術來制造。改進的背側部分(它通常為彈性化合物)可以進行模制，以便提供具有一種這里所述結構或者它的變化形式的外表面。由改進的背側皮帶結構產生的提高摩擦系數通過對比試驗來證實。首先，具有圖3 中所示結構的改進背側部分的多個ν形肋皮帶利用本領域已知的技術來制造。具有0. 020 英寸(0.508mm)深度乘0. 080英寸(2.03mm)節距(即中心至中心的間距)的槽的模板用于制造皮帶的背側部分的紋理結構。在V形肋皮帶的背側表面上形成的凸起特征具有大約 0.012英寸(0.304mm)的高度H和大約0. 08英寸(2.03mm)的中心至中心間距C。這些V 形肋皮帶在下面的表1和2中表示為實例1-6。然后，由與實例1-6相同的材料制造的多個 V形肋皮帶使用相同技術來制造，除了背側表面保持平坦，如圖2中所示。這些皮帶在下面的表1和2中表示為對比實例7-8。傳統的和改進的V形肋皮帶在平面背側皮帶輪上進行測試，以便在遵循SAE J2432的測試腔室中在10或M小時后確定在干燥、灰塵條件下在峰值和在10%打滑時的摩擦系數。峰值是指當皮帶停止和起動時的靜摩擦系數。在10%打滑時的摩擦系數是指當皮帶在驅動皮帶輪和背側皮帶輪之間的點處進行10%打滑的情況下的摩擦系數。各皮帶對于各背側打滑測試連續測試三次。測試結果如下面的表1和2中所示。表1 峰值時的摩擦系數改進表面VS平滑表面
權利要求
1.一種V形肋皮帶皮帶輪系統，包括(a) V形肋皮帶，該V形肋皮帶具有外部背側部分、具有橫向間隔開的縱向延伸的多個ν形肋的內部前側部分以及布置在所述外部背側部分和所述內部前側部分之間的承載部分；(b)前側驅動皮帶輪，該前側驅動皮帶輪與V形肋皮帶的內部前側部分摩擦嚙合；以及(c)平面背側皮帶輪，該平面背側皮帶輪與V形肋皮帶的外部背側部分摩擦嚙合，其特征在于V形肋皮帶的外部背側部分的外表面包括凸起特征，該凸起特征與平面背側皮帶輪接觸，從而形成與平面背側皮帶輪的減小的接觸片，該減小的接觸片的面積為將在相同嚙合長度上在平面背側皮帶輪和平面皮帶之間形成的全接觸片的面積的大約20%至大約50%。
2.根據權利要求1所述的V形肋皮帶皮帶輪系統，其中凸起特征沿V形肋皮帶的長度縱向延伸，并在V形肋皮帶的背側的整個寬度上橫向間隔開。
3.根據權利要求2所述的V形肋皮帶皮帶輪系統，其中穿過至少一個所述凸起特征的寬度的橫截面具有彎曲的最外側皮帶輪接觸表面。
4.根據權利要求2所述的V形肋皮帶皮帶輪系統，其中所述凸起特征包括沿V形肋皮帶的背側的長度縱向延伸的連續肋，所述連續肋具有彎曲的皮帶輪接觸表面。
5.根據權利要求4所述的V形肋皮帶皮帶輪系統，其中減小的接觸片由在平面背側皮帶輪和所述連續肋的彎曲皮帶輪接觸表面的頂點之間的接觸區域來限定。
6.根據權利要求1所述的V形肋皮帶皮帶輪系統，其中所述凸起特征具有大約0.Imm 至大約1. Omm的高度。
7.根據權利要求6所述的V形肋皮帶皮帶輪系統，其中所述凸起特征具有大約0.2mm 至大約1. 8mm的寬度以及大約0. 4mm至大約3. 6mm的中心至中心的距離。
8.根據權利要求6所述的V形肋皮帶皮帶輪系統，其中包括凸起特征的皮帶的背側部分的厚度為大約0. 76mm至大約1. 3mm,皮帶的前側部分的厚度為大約4. Omm至大約 6. 35mm0
9.根據權利要求8所述的V形肋皮帶皮帶輪系統，其中皮帶的承載部分包括縱向延伸的承載繩。
10.根據權利要求2所述的V形肋皮帶皮帶輪系統，其中至少一個所述凸起特征包括三角形肋，該三角形肋具有與平面背側皮帶輪接觸的頂點。
11.根據權利要求1所述的V形肋皮帶皮帶輪系統，其中通過在凸起特征和平面背側皮帶輪之間接觸而形成的減小的接觸片的面積為將在相同嚙合長度上在平面背側皮帶輪和平面皮帶之間形成的全接觸片的面積的大約20%至大約35%。
12.—種V形肋皮帶皮帶輪系統，包括(a)V形肋皮帶，該V形肋皮帶具有外部背側部分和內部前側部分，該內部前側部分具有橫向間隔開的縱向延伸的多個ν形肋；(b)有槽的前側驅動皮帶輪，該前側驅動皮帶輪與V形肋皮帶的前側部分摩擦嚙合；以及(c)平面背側皮帶輪，該平面背側皮帶輪與V形肋皮帶的背側部分摩擦嚙合；其中，V形肋皮帶的背側部分的外表面包括沿V形肋皮帶的背側的長度縱向延伸的多個肋，所述多個肋具有彎曲的外部尖端，所述外部尖端在所述多個肋的頂點處與平面背側皮帶輪接觸并摩擦嚙合。
13.根據權利要求12所述的V形肋皮帶皮帶輪系統，其中所述多個肋具有大約0.Imm 至大約1. Omm的高度。
14.根據權利要求13所述的V形肋皮帶皮帶輪系統，其中所述多個肋具有大約0.2mm 至大約1. 8mm的寬度以及大約0. 4mm至大約3. 6mm的中心至中心的距離。
15.根據權利要求13所述的V形肋皮帶皮帶輪系統，其中包括凸起特征的皮帶的背側部分的厚度為大約0. 76mm至大約1. 3mm,皮帶的前側部分的厚度為大約4. Omm至大約 6. 35mm0
16.一種V形肋皮帶皮帶輪系統，包括(a)V形肋皮帶，該V形肋皮帶具有外部背側部分和內部前側部分，該內部前側部分具有橫向間隔開的縱向延伸的多個ν形肋；(b)有槽的前側驅動皮帶輪，該前側驅動皮帶輪與V形肋皮帶的前側部分摩擦嚙合；以及(c)平面背側皮帶輪，該平面背側皮帶輪與V形肋皮帶的背側部分摩擦嚙合；其中，V形肋皮帶的背側部分的外表面包括多個凸起特征，這些凸起特征與平面背側皮帶輪接觸并摩擦嚙合，凸起特征沿皮帶的長度縱向延伸，且高度為大約0. Imm至大約 1. Omm0
17.根據權利要求16所述的V形肋皮帶，其中凸起特征包括縱向延伸的肋，所述縱向延伸的肋具有彎曲尖端，所述彎曲尖端在所述縱向延伸的肋的頂點處與平面背側皮帶輪接觸。
18.根據權利要求17所述的V形肋皮帶，其中所述肋的高度為大約0.5mm至大約 1. Omm0
19.根據權利要求16所述的V形肋皮帶，其中至少一個凸起特征與相鄰凸起特征通過縱向延伸的彎曲槽道而分開。
20.根據權利要求16所述的V形肋皮帶，其中凸起特征包括縱向延伸的三角形肋，所述三角形肋具有尖端，所述尖端在三角形肋的高點處與平面背側皮帶輪接觸。
全文摘要
公開了一種用于機械動力傳動的V形肋皮帶。該V形肋皮帶包括外部背側表面、內部前側表面以及布置在前側表面和背側表面之間的承載部分。前側表面包括多個橫向間隔開的縱向延伸ν形肋。背側表面包括多個凸起特征，這些凸起特征在平面背側皮帶輪上運行時形成接觸片，該接觸片為在平面皮帶輪上運行的傳統平面皮帶的接觸片的大約20％至大約50％。減小的接觸片提供了增加的接觸壓力，這又提供了在皮帶和皮帶輪之間的提高的摩擦系數。
文檔編號F16G5/20GK102317645SQ201080007477
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月5日 優先權日2009年2月24日
發明者P·M·韋斯特萊肯 申請人:戴科產品有限責任公司