Cvt皮帶的制作方法

專利名稱：Cvt皮帶的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及用于變距驅動的動力傳輸驅動皮帶，更具體地涉及用于無級變速器的皮帶，特別涉及帶有碳纖維張力繩的橡膠CVT皮帶。
背景技術：
變距驅動(“VPD”)包括至少一個變距帶輪。這些驅動的速比是通過相對一個帶輪側壁移動另一個帶輪側壁從而皮帶以變距帶輪的不同節徑運轉進行控制的。為了獲得更大范圍的速比，VPD可以具有兩個變距帶輪。這樣的驅動傳統上都稱之為“變速驅動”，但隨著閉環控制、無級變速器(“CVT”)的發展，術語“變速驅動”(“VSD”)已經變得更多地與較簡單的開路控制驅動相關聯，在開路控制驅動中速比是選擇性的或撥入式的或可調節的，這里VSD將被用作這樣的意思。由此，VSD是帶有相對慢的、不頻繁的、或手動變速或比率調節的可變皮帶驅動。另一方面，CVT通常具有某種基于系統中驅動的動態自動且相對快速換擋的閉環控制或反饋裝置。通常，在CVT中是基于速度測量或速度變化或對速度測量或速度變化作出反應來控制主動帶輪以將動力源或發動機保持在最佳功率或速度范圍內，并且是基于扭矩負載或對扭矩負載作出反應來控制從動帶輪的。變距帶輪可由各種機構進行調節，包括機械的、電動機械的、電子的、液壓的等等。皮帶驅動CVT廣泛地使用于小型摩托車、全地形車輛、雪地機動車甚至汽車。一般說來，當VPD中兩個半輪沿軸向朝背離方向或靠攏方向移動以強行改變皮帶徑向位置時，由于皮帶在帶輪內改變徑向位置，所以皮帶會受到極大的摩擦力。當兩個半輪沿軸向朝靠攏方向移動以增加皮帶的節線時，皮帶受到極大的摩擦力和高的軸向或橫向壓力。高的可變扭矩負載導致高的張力和高的楔入力，該高的張力和高的楔入力也會導致皮帶上的高橫向力。一些VPD應用也將皮帶用作離合器，這在皮帶的接觸表面上產生了附加的摩擦力。所有這些力在CVT中會因為動態應用(例如，伴隨高的加速負載的頻繁、快速的換擋)而非常劇烈。由于CVT皮帶橫跨驅動皮帶輪和從動皮帶輪，其也受到持續的彎曲或撓曲。橡膠皮帶CVT皮帶通常無潤滑地使用在被稱為“干式CVT”應用中。由此，一般VPD皮帶，特別是CVT皮帶必須設計成具有良好的縱向柔韌性、高的縱向模量、高的抗磨損性以及高的橫向剛度。皮帶必須在寬的溫度范圍上長時間運轉。本領域的代表是美國專利No. 6，620，068，其公開了一種粗制邊緣雙面帶齒V型皮帶，這種皮帶用于可變速驅動，在內側和外側具有曲線齒，一個由諸如聚酯、芳族聚酰胺和/或玻璃纖維做成的成螺旋形卷繞的繩的層。皮帶包括橡膠壓縮層和橡膠拉伸層，該橡膠壓縮層和橡膠拉伸層含有橫向排列以進行橫向加強的短纖維。皮帶還包括在內側齒表面和/或外側齒表面上的織物加強層。同樣為本領域代表的是美國專利No. 4，708，703，其公開了一種帶有對齊的上部齒和槽及下部齒和槽的CVT皮帶，且帶有縱向繩。齒優選為在其頂部覆蓋有帶有橫向強化元件以處理屈曲的問題并增加扭矩性能。授予Knutson的美國專利No. 6，695，733和6，945，891公開了一種帶有碳纖維張力繩的有齒橡膠皮帶。Knutson的張力構件是經RFL處理過的繩，這些繩以隔開間隔并排排列的方式跨皮帶的寬度螺旋狀卷繞。給出的繩例子全部是6K-2構造，雖然也提到了 12K-1、6K-3以及其它構造。繩可占到從約75%到約95%的皮帶寬度。Knutson僅僅建議該繩能應用于其它皮帶類型中的V型皮帶，但沒有提到CVT皮帶。美國專利公報No. 2001/041636A1公開了一種塊式CVT皮帶，其包括環形負載載體，該環形負載載體具有其上安裝有多個剛性塊的張力構件。碳纖維被提及作為許多可能的張力構件中的一種。該設計沒有在張力構件上設置橫向負載，而僅在塊體上設置了橫向負載。授予Knutson等人的美國專利No. 5，807，194描述了碳纖維，包括6K-3構造，用于鑄造聚氨酯有齒皮帶。如根據ASTM D4018確定的那樣，碳纖維通常具有范圍從約50GI^到約350GPa的彈性模量。單根碳纖維的橫截面直徑是從約4μπι到約7μπι的范圍。碳繩沒有被粘結劑處理以便在皮帶鑄造期間不用限制聚氨酯材料的滲入。有齒的皮帶不在橫向負載下運轉。同樣參考于2009年4月30日提交的共同未決美國專利申請序列號No. 12/432，985和于2008年7月1日提交的共同未決美國專利申請序列號No. 12/217,026,兩者內容整體合并于此以作參考。

發明內容
本發明涉及這樣的系統和方法，即提供改進的CVT皮帶，所述皮帶提供改進的CVT驅動性能，并且也提供改進的皮帶構建特性。本發明涉及一種硫化橡膠皮帶，其以環狀V型皮帶的形式用于變距驅動，其具有皮帶主體，該皮帶主體帶有頂寬度、總厚度、傾斜的側面、由嵌入到皮帶主體中的螺旋扭絞的張力繩構成的張力繩層、位于繩上方的繩上方橡膠層以及位于繩下方的繩下方橡膠層。該張力繩包括由碳纖維構成的具有捻度的且用粘結劑浸漬處理過的單束線，粘結劑優選與該繩所嵌入的橡膠相容。在本發明的各種實施方式中，碳繩束可以是18Κ單束，且/或碳纖維可具有從約6. O微米到約6. 4微米的長絲直徑，和/或從約200GPa到約300GPa的彈性模量，和/或從約1. 9%到約2. 3%的斷裂伸長率。在各種實施方式中，皮帶可具有范圍從約2. O到約3. O的頂寬度與厚度的比率。皮帶也可在頂部和/或底部具有齒輪廓，其可以是雙面齒輪廓，雙面齒輪廓可具有對齊的齒根和相等的齒節距。皮帶也可具有在傾斜的側面上且靠近底部的后角。另外該皮帶可在室溫下具有大于55N/mm/mm或從55N/mm/mm至75N/mm/mm范圍內的橫向剛度。在各種實施方式中，張力繩層、繩上方層以及繩下方層中的至少一個可包括氯丁橡膠組分和乙烯_a-烯烴橡膠組分。當在垂直存在于所述橡膠組分中的任何取向纖維的交叉紋理方向測量時，張力繩層的橡膠組分的彈性模量高于繩下方層的橡膠組分的彈性模量。頂表面和/或底表面可以是橡膠，而不帶有任何覆蓋織物。前面提到的內容已經相當寬地概述了本發明的特征及技術益處以求更好地理解接下來本發明的詳細說明。形成本發明權利要求書主題的本發明的附加特征及益處將在下文描述。本領域技術人員應當領會到公開的思想和具體實施方式
可以容易地當作為了實現與本發明相同的目的而進行修改或設計其它結構的基礎來使用。本領域技術人員同樣也應當意識到這樣的等同結構不脫離如在隨附的權利要求書中闡述的本發明的精神和范圍。被認為是本發明特征的新的特征，關于其結構和使用方法，連同另外的目的和益處，將會從下面結合附圖考慮的說明書中很好地理解。然而，顯然可以理解，每一幅圖都是僅僅為了解釋和說明而提供的而無意作為限制本發明的定義。


附圖包含于說明書并形成說明書的一部分，其中相同的附圖標記表示相同的零件，附圖示出了本發明的優選實施例，且與說明書一起，用于解釋本發明的原理。在附圖中圖1是本發明的一個實施方式的局部分段的側視圖；圖2是圖1的實施方式沿著2-2線的剖視圖；圖3是本發明的另一個實施方式的局部分段的立體圖；圖4是拉伸率打滑試驗的皮帶特性的比較曲線圖；以及圖5是示出軸向剛度試驗的圖。
具體實施例方式圖3示出了為CVT皮帶或VPD皮帶形式的本發明典型實施方式。皮帶100具有大體上等腰梯形的橫截面，背部的、上側的、外面的或頂側的面30平行于底部的、下側的或內側的面40。其余兩側的橫向側面42是限定出帶有夾角α的V型的皮帶輪接觸表面。皮帶主體包括嵌入可選的粘結膠層116的張力繩16、繩上方層14以及繩下方層12。粘結膠層116、繩上方層14以及繩下方層12通常為硫化橡膠組分。至少繩下方層可包括橫向取向的、分散的短纖維，以增加皮帶主體的橫向剛度同時保持縱向柔韌性。張力繩16是縱向負載承載構件。張力繩在常規上是由用粘結劑處理過的聚酯纖維或纖維束、芳族聚酰胺纖維或纖維束或玻璃纖維或纖維束構成的高模量、抗疲勞的且具有捻度的或成纜的束。在本發明中，張力繩是具有由碳纖維長絲構成的具有捻度的單束。在優選的實施方式中，張力繩是由18，000根碳纖維構成的具有捻度的單絲線，優選具有約6. 2微米的長絲直徑。皮帶的下側或底部通常是“帶槽口的”或“帶有突起的”，即，被賦予波浪輪廓，以便加強皮帶主體所要求的柔韌性和剛性的平衡。可以給皮帶的底部提供繩下方織物覆蓋物(或有槽口的織物)(未圖示)以減少繩下方裂縫的產生和蔓延且增加皮帶主體的橫向剛性。同樣地，因為類似原因，可以給皮帶背部提供繩上方織物覆蓋物(未圖示)。在優選的實施方式中，不使用織物。圖2以剖面形式示出了本發明的另一個實施方式，其具有用于皮帶主體的單橡膠組分及嵌入其中的張力繩16。皮帶的總寬度稱為頂寬度且在圖2中標識為“TW”。皮帶的總體厚度標識為“Τ/。對于寬范圍的可變速驅動，如上述CVT應用，與單一速度的V型皮帶相比，要求相對寬且薄的特殊的皮帶剖面。而典型且常規的V型皮帶通常具有約與厚度一樣尺寸的頂寬度，或TW/%之比率為約1到約1. 7，根據本發明的VPD或CVT皮帶通常寬度是其厚度的至少約兩倍，或具有TW/%之比率為約2到約2. 5或甚至到約3. 0。如在本領域中已知的那樣，寬度、厚度以及V型角確定了可能的速度變化范圍。例如參見WallaceD.Erickson, ed. , "Belt Selection and Application forEngineers, "Marcel Dekker,Inc. , New York, (1987)，這里在此引入其內容以作參考，尤其是由David Ε. Roos編寫的第六章‘‘Variable-SpeedDrive Design Using V-Belts，，。轉向張力繩的更詳細描述，碳纖維通常通過碳化母體纖維如聚丙烯腈纖維制得，在碳化過程中形成的碳纖維直徑明顯減小。雖然在先的參考文獻大體公開從100到100，000根纖維的任何線支數都可使用于張力繩，但包括長絲支數(即，每支紗中單根碳纖維的數量)為1K、3K、6K、1I、24K以及48K在內的、商業上可用的線是頗受限制的，其中，最經濟的等級為6Κ或12Κ。因此，為了形成所期望的中等線繩的細度，需要將較小長絲支數的多支紗集束在一起，例如，五支: 線來獲得1 線繩，或者3支6Κ線來獲得18K線繩。如本領域中所熟知的，碳纖維和由其形成的線繩的特征可由包含于其中的纖維數量而非以旦尼爾或分特克斯來描述。數字和字母“K”的命名用于指示一支紗中碳纖維的數量。因此，在“3K”碳纖維線中，“K”是“ 1000根纖維”的縮寫標記，而“3”指示倍數。因此“ 18K”碳纖維標識著18，000根纖維或絲的線。此外，關于繩的命名，例如，在“18K-3”的碳纖維繩中，“3”指示三支18K線被加捻和/或以其它方法被集束在一起以形成具有54，000長絲支數的繩。同樣地，市場上可得到的線的長絲直徑已經頗受限制，大多數供應商提供約5微米的細級別和/或約7微米的級別。此外，由于幾乎沒有柔韌強化應用獲得商業上的成功，所以供應商一般都瞄準各種結構性復合材料市場。雖然在諸如皮帶和輪胎的橡膠應用中使用碳纖維在許多年前就被提出，但是制造和使用這種產品的實際困難令人望而卻步。例如，為了獲得粘結劑滲透到束內的合適的滲透深度而進行的碳纖維浸漬處理一直是困難的。因此，許多參考文獻曾經嘗試給碳纖維提供合適的粘結劑系統，并且還需要特殊的處理工藝，比如美國專利申請公開公報No. 2004/0043213 Al公開的內容。作為另一個例子，碳纖維線容易在處理期間落屑，而且眾人皆知的是其在浸漬處理和加捻設備上的絨毛聚集。此外，即使表面上看起來合適的張力繩被生產出來了，但獲得具有合適的性能特性，諸如疲勞壽命長、長度穩定性、粘結性好之類的碳纖維加強的橡膠皮帶一直是極其困難的。例如，美國專利No. 6，695，733公開了基于微調用來處理張力繩中碳纖維紗RFL的模數來獲得合適的低伸長同步皮帶的許多詳細的方法，這里特此引入其內容作為參考。因此，直到本發明為止，用于商業上可實施的CVT皮帶的合適的碳纖維張力繩尚不為公眾所知。包含本發明構件的張力構件的繩包括由合適類型的碳纖維線構成的加捻單束線。在本文中且貫穿本公開文件，術語“纖維”和“絲”可互換地使用來指示這樣的材料，即具有小的截面直徑，例如，4-7 μ m,而且長度至少約是其直徑的一百倍，不過通常具有極大的甚至不確定的長度；并且形成了線的基本元素。術語“線”使用于此且貫穿本公開文件來指示至少兩根、不過通常為碳纖維線，一千根或更多的纖維，這些纖維被擰在一起和/或被捻繞在一起和/或被以連續的股的形式以其它方式集束在一起來形成繩的組成部分。術語“繩”貫穿本公開文件使用來指示可被如本領域公知的那樣捻繞的一種或更多線的產品，并且在采用兩種或更多種線的場合，可被進一步擰在一起和/或被集束在一起和/或被捻繞在一起且用粘結物或粘結劑處理來用在強化橡膠產品，比如皮帶中。術語“束”廣泛用來表示碳化過程中產生的零捻度線。術語“單束”被用來描述僅由所產生的原始數量的絲組成的零捻度線，至少在最終碳化步驟期間如此。因此單束的長絲支數將以數字和帶有詞尾術語“-ι，，的字母“K”來表示以強調其不是超過一種以上較小線的組合。碳纖維的例子在例如上述內容作為參考被引入的美國專利No. 5，807，194中進行了描述。如本領域技術人員應當知了解的那樣，根據皮帶的尺寸、想要達到的扭矩性能、最小彎曲半徑等等，可以使用的束可以例如具有約66特克斯到約3，600特克斯的單位長度質量，以及約1000到約60，000的長絲支數(即，每支線中單根碳纖維的數量)。如根據ASTMD4018確定的那樣，符合本發明使用的碳纖維具有從約50GPa到約350GPa范圍的彈性模量；優選從約200GPa到約300GPa ；最佳為從235GPa到約275GPa。符合本發明使用的碳纖維具有從約1.9%到約2. 3 %的拉伸伸長率，優選從約2. 0 %到約2.2%，最佳為約2.1%。在單根碳纖維的橫截面直徑在從約4 μ m到7 μ m范圍內的本發明的實施方式中，使用于動力傳動帶的繩的長絲支數可為從約6000到約60，000。在本發明的優選實施方式中，繩的長絲支數可為約18，000。在優選實施方式中，繩的長絲直徑可為從約6微米到6. 4微米，更優選地為約6. 2微米。碳纖維紗的束可被加捻以改進操作性、柔韌性等等。加捻可以使用已知的方法和機器進行。捻級不應該高到引起過度的纖維斷裂或使得通過粘結劑處理進行的滲透不可能。依據束尺寸，捻級可從每英寸約0. 5捻回數到每英寸約10捻回數(“tpi”)。優選地，捻級，包括對于18K-1線，優選每英寸約0. 75到約2捻回數的捻繞。適合使用于實踐本主題發明的碳纖維束的非限定性例子是由三菱人造纖維有限公司(Mitsubishi Rayon Co.，Ltd.)將其商業化的，其商標為PYR0FIL，優選PYR0FILTRH 50 18k，據報道其長絲直徑為約6微米或6. 2微米，密度為1. 82g/cc,拉伸模量為約250GPa，伸長率為約2. 1 %，每單位長度的重量為1000mg/m，抗拉強度為5. 30GPa，長絲支數為 18K-1。纖維制造商一般都為纖維涂上膠料，該膠料通常用于防止纖維在被加工成線并被卷繞在線軸上時發生斷裂，并且/或者使由其形成的纖維和線在繩處理時易于變濕。在一些實例中，膠料可因此而具有一種化學結構，該結構與對線和/或長絲實施的以將處理后的繩結合到動力傳輸皮帶為目的的繩處理相容，并且可以例如由此成為水基或溶劑基的環氧溶液。貫穿本公開文件，術語“膠料”用于指示以約0. 2%到2%干重的水平施加于線或線長絲以使其發揮上述功能的通常較薄的薄膜，其中，“干重”是指基于干燥的處理的線或長絲，將被施以膠料的干燥的線或長絲的重量。束和線都可具有膠料，并且即使未提及也通常推定為具有膠料。除了由碳纖維制造商提供的膠料以外，可對碳纖維束施以粘結劑處理。可將碳纖維束浸漬于潮濕的粘結劑組分中，然后進行干燥或固化。可使用的粘結劑的非限定性例子包括間苯二酚甲醛樹脂/乳膠溶液(“RFL”)、環氧樹脂、異氰酸脂、聚氨酯、及其組合。RFL是優選的粘結劑處理。根據本發明的一個實施方式，通過控制一個或多個變量選擇RFL繩處理的彈性模量是有益的，這些變量的控制包括調整繩加工條件，包括繩所暴露的溫度和/或在處理加工期間被進行繩處理浸漬線的暴露時間(此后稱為“加工條件”)；控制繩的最終含水量；添加相對小量的填料諸如炭黑至用于浸入碳纖維的RFL繩處理溶液；控制RFL中甲醛與間苯二酚的重量比；控制RFL中間苯二酚甲醛與膠乳的重量比，添加較少量常規抗氧化劑的水成色散體至繩處理溶液，選擇用于RFL溶液的乳膠類型，并且添加成塊的異氰酸至RFL溶液，所有這些控制內容在授予Knuson的美國專利No. 6，945，891中被更詳細地公開，該專利的內容合并于此以作參考。各種類型的膠乳均可適當地使用，包括例如VPSBR、CSM、HNBR、SBR、CR 等等。繩可進一步被涂上附加的粘結劑層，主要意圖為涂抹在繩的外面以增強對皮帶主體橡膠的附著力。這樣的通常在外面的繩涂層在此稱為“外涂層”或外涂層粘結劑。基于這樣處理的繩的最終重量，外涂層通常以從約到約10%干重范圍的水平下實施。在本領域找到了可使用的粘結劑例子，包括由Lord Corporation銷售的商標為CHEML0K或CHEMOSIL 的各種組分和由 Chemical InnovationsLimited (CIL)銷售的商標為 CILB0ND 的各種組分。可選擇特定的外涂層以與下層粘結劑處理和橡膠皮帶主體相容的且具有其它期望的諸如耐熱性、環境耐性或類似的特性。皮帶主體可以由任何期望的組分構成，不過示范性的材料是基于彈性體的硫化橡膠組分，諸如天然橡膠、聚氯丁二烯、聚異戊二烯、丁苯橡膠、乙烯-a_烯烴彈性體、丁腈橡膠、聚氨酯彈性體等等。這些彈性體可如本領域公知的那樣與各種填料、短纖維填料、增塑劑、油類、加工輔料、抗氧化劑、抗臭氧劑、藥品、輔助劑等等混合。示范性的用于皮帶主體的橡膠組分是以乙烯_a-烯烴彈性體，諸如EPDM、EPM、EOM等等為基礎的，帶有在例如其內容合并于此以作參考的美國專利No. 5，610，217中公開的過氧固化物和二羧酸金屬鹽。示范性的用于皮帶主體以及包圍在張力繩周圍的粘結膠層的橡膠組分在例如其內容合并于此以作參考的美國專利No. 6，616，558中公開。另一個優選的橡膠組分是以具有優秀的抗磨損性的氯丁橡膠為基礎的。當在垂直于出現在組分中任何取向纖維的交叉紋理方向上測量時，張力繩層中粘合橡膠組分的彈性模量可比繩下層的橡膠組分的彈性模量更高。在優選的實施方式中，繩下層和繩上層被裝載了橫向取向的芳族聚酰胺、聚酰胺、棉等的短纖維，且粘合橡膠組分可以是不帶纖維填料的純膠料。除了張力繩層以外，其它加強層，例如其它織物層也可被結合到皮帶中，這些其它織物層可以是如本領域公知的取向的或無取向的，編織的、非編織的、編結的或不連續的纖維層。例如，織物層可使用于皮帶的任何表面從而例如改變表面特性，增強對龜裂形成和/或傳播的抵抗性等等。然而，在優選的實施方式中，在皮帶的外表面不使用織物覆蓋物。根據本發明的一個實施方式，皮帶的內側(即底部)表面、外側(即頂部)表面或這兩個表面都可包括齒，這些齒是按照預定的一個齒輪廓或多個齒輪廓形成的。齒的益處可包括，在不明顯增加齒根裂紋敏感度的情況下改進其柔韌性，改進抗龜裂性尤其是下部齒齒根的抗龜裂性，以及改進皮帶性能的一致性。2009年4月30日提交的美國專利申請12/432, 985描述了優選的雙面齒輪廓，其內容合并于此以作參考。參照圖1，雙面齒CVT皮帶10包括夾在形成皮帶主體的繩上方層14和繩下方層12之間的張力繩層16。圖1示出的雙面齒V型皮帶也具有從皮帶主體突出的下部齒18和上部齒20。上部齒20包括齒頂17、齒側面沈以及齒谷或齒根22。同樣地，下部齒18包括齒頂19、齒側面36以及齒根32。圖1的雙面齒V型皮帶是以齒條的形式畫出的，S卩，平的且沒有張力繩的彎曲。因此，本發明的VPD或CVT皮帶的一個實施方式可以是帶有上部齒輪廓和下部齒輪廓的雙面帶齒V型皮帶，該上部齒輪廓和下部齒輪廓是對稱的，并且具有從一個齒根的中心開始延伸至相鄰齒的中心的按順序相連的直線(“L”)和弧線(“A”)，對于上部輪廓而言該順序為L1-A1-L2-A2-L3，而對于下部輪廓而言該順序為L4-A3-L5-A4-L6，并且Ll的長度加上半徑Al之和小于等于L4的長度加上半徑A3之和的20 %，至少一個上齒根與一個下齒根大體上彼此對齊。參照圖1，Ll相當于齒根22寬度的一半，Al相當于齒根半徑24，L2相當于齒側面沈，A2相當于齒頂半徑28，L3對應于齒頂17寬度的一半。同樣地，L4相當于齒根32寬度的一半，A3相對于齒根半徑34，L5相當于齒側面36，A4相當于齒頂半徑38，L6相當于齒頂19寬度的一半。在一個實施方式中，上部和下部的齒距可以是相等的且所有齒根大體上對齊。在另一個實施方式中，上部齒可以比下部齒多。上部齒與下部齒的數量比可以到1. 3或從1. 1到1. 3。又在另一個實施方式中，L4為零長度，這樣下部輪廓具有ALAL的順序。在本實施方式的變型例中，上部和下部的齒距可以是相等的且所有齒根大體上對齊，或者上部齒比下部齒更多。在各種實施方式中，一些或所有的弧線和直線可以沿切線方向相連。例如，直線Ll和直線L2可沿切線方向與弧線Al相連，并且所述直線L4和直線L5可沿切線方向與弧線A3相連。優選L1、L3、L4以及L6沿切線方向與它們位于齒根中心和齒頂中心的鏡像相連，從而使齒根和齒頂是平坦且光滑的。在各種實施方式中，齒的齒側面可以是傾斜的，從而使相反齒的齒側面之間的夾角在從約10度到約30度的范圍內。圖2顯示本發明的一個實施方式的在圖1的平面2-2處剖開的橫截面，示出了本發明的皮帶的備選的后角特征。V型皮帶的皮帶輪接觸面或側表面42以相對于皮帶的豎直軸線成α/2的角度地被切割，該豎直軸線通常應當與皮帶輪或傳動系統的豎直軸線重合。由此，一對相反的皮帶側表面42形成夾角α。在工作期間每一側表面42都與帶輪嚙合，帶輪角度也大體上等于α/2。雖然作為得到圖2的視圖的圖1是雙面齒CVT皮帶，但是應當理解為圖2的截面給出了等同于單面齒CVT皮帶或不帶齒的CVT皮帶。在本發明的實施方式中，對于皮帶的傾斜的側面或在存在齒的情況下每一個齒而言，進一步包括一對方向相反的第二側表面44是有益的，該第二側表面44被朝向皮帶的內側表面或下部齒頂40布置且與第一側表面10相配合。每一對第二側表面44形成夾角Y。角α可以在約15°到50° (因此每個皮帶輪槽角約7°到約25° )的范圍。角Y可以在約25°到65°的范圍。S卩，γ = ^+0父后角)。“后角”可約等于或大于5°且可被限定為(Υ/2_α/2)。第一側表面和第二側表面的配合性質被認為使得在運轉期間由皮帶產生的噪聲大大降低。除非另有聲明，在本說明書中用于描述本發明的所有數值僅作為例子且無限定本發明的范圍和/或適用性之意。作為例子，第二側表面44可包括由阻止第二側表面44與帶輪接觸的約5°的后角。假定角α是20°，這樣給出30°的角Y。圖2中的齒頂切割高度(“ht”)可根據需要調節，例如，其可為Imm到5mm。更多關于本發明的CVT皮帶的備選特征的細節可在于2008年7月1日提交的美國專利申請12/217,0 中找到，兩者的內容也都被整體合并于此作為參考。本發明可以根據已知的皮帶制造方法制造出來，已知的皮帶制造方法包括例如，在圓柱形鑄模或用于移至鑄模的心軸上構建各種豎直的或倒置的織物層、彈性體層以及張力構件層。張力繩可以以預定的繩間距或單位寬度的端部數量螺旋形地卷繞在心軸上。鑄模可具有形成在其中的齒輪廓并且/或者所謂的“矩陣”可被使用來生成齒輪廓。在固化或硫化以形成厚片后，可從其上切出和/或磨出帶有合適的一個或多個接觸表面V型角的皮帶單體，且如果需要的話被反轉。在皮帶構建過程中，注意到了 18K單束碳纖維繩保持了非常圓的繩形狀。這與之前的用諸如6K-3線或6K-2線的多束線進行的試驗形成了對比，當將那些6K-3線或6K-2線繩螺旋形地卷繞到皮帶構架上，即卷繞到心軸的橡膠層上時，這些線會顯示出截然不同的凸起和/或平部分導致難以保持均勻的間隔。因此，本發明的單束碳纖維繩以更為均勻的間隔的繩的形式提供皮帶制造過程中的改進方案和成品皮帶的質量改進方案。改進的環形也可以有助于軸向剛度的增加和皮帶支撐。許多的CVT皮帶實施例被做出以說明本發明的各方面和各實施方式。每一個比較例(稱為“Comp.Ex，，)和每一個實施例(稱為“Ex. ”)都是基于相同的普通的CVT皮帶結構的。皮帶結構使用載有EPDM纖維的繩下方材料，高模量EPDM粘合膠，以及載有EPDM纖維的繩上方材料。EPDM組分與美國專利No. 5，610, 217和6，616，558中公開的組分相似。不存在織物或其它加強層。所有的皮帶都被構建并固化為在心軸上的厚片，然后被角切，并且最終側面被磨成沈度的V型夾角，頂寬度33. 6mm,整體設計厚度約16mm，形成頂寬度與總厚度的比率為2. 1。皮帶結合有具有如上所述的齒根對齊且LALAL型輪廓的雙面齒輪廓。下部齒的側面具有與距齒頂約4mm到5mm(S卩，如上所述的ht)的側面相交的約5度的后角。所有的繩具有相似的約1. 2mm的直徑以及在約每英寸23至M個端部的相似的張力繩層中。比較用的繩包括KEVLAR和TECHN0RA的芳族聚酰胺繩和玻璃纖維繩，均被認為在功能上具有相似的RFL和外涂層粘結劑處理。本發明的實施例使用了 PYR0FIL的TRH50 18K單束碳纖維繩，其以1. 5tpi為目標加捻(實際上1. 6tpi)并用X-HNBR RFL和CILB0ND進行了外涂層處理。縱向模量是通過如下方法來測量的，即在兩個光滑的、直徑4. 25英寸的平皮帶輪上安裝倒置的皮帶并用可選的鉗形伸長計以50mm/min在常規的張力試驗儀上拉伸。為了評估作為CVT皮帶的改進后的性能，執行了許多其它專門的試驗。皮帶軸向剛度(即橫向剛度)對于包括支撐繩張力的CVT皮帶性能至關重要。圖5中示出了軸向剛度試驗。軸向剛度是通過壓縮被背靠背地保持在兩個壓縮固定器50、50 ‘之間的兩段CVT皮帶M、54'來測量的，其中，每一個壓縮固定器都具有能夠與皮帶側面的角相匹配的V型部分52。圖5中的箭頭表示施加壓縮力的方向，該壓縮力由常規的液壓或螺桿驅動張力試驗機提供。剛度被定義為作用力除以皮帶段長度的二分之一，再除以變形，并且是以N/長度mm/變形mm為單位報告的。壓盤以0. 3mm/s的壓縮率移動了 3mm的總位移，然后回到零，接著又重復了兩次。軸向剛度取為通過最終點的三次重復的斜率的平均值。雖然軸向剛度僅僅是在松弛的皮帶段中測量的，不過可以預料其為CVT驅動中被張緊的皮帶的軸向剛度提供了合理的近似值。眾所熟知的纖維和繩是用來加強橡膠的，但對于高度取向的纖維或繩而言，加強效果主要在平行于纖維取向的方向而在橫向方向最小。由于張力繩是在軸向取向的，所以并不期待它會對皮帶的橫向剛度產生很大影響。因此，許多在先的皮帶設計使用了另外的手段增加橫向剛度，諸如橫向取向的短纖維填充物、橫桿或橫梁、橫向的輪胎繩、織物等等。出人意料的是，現在已經發現根據本發明的實施方式的碳繩在CVT皮帶的軸向剛度上具有比預料的大得多的效果。下表示出了軸向剛度效果。表1顯示了許多類型張力繩所測量的軸向剛度的比較，其中碳纖維與玻璃繩或芳族聚酰胺繩相比都具有較高的軸向剛度。表1顯示了根據不同繩材料類型的期望值的皮帶在縱向模量上變化。表1顯示對于Comp. Ex. 1-4的玻璃繩和芳族聚酰胺繩而言，在Comp.Ex. 1-4的不同的繩材料類型之間的軸向剛度基本上沒有表現出顯著的區別。然而，Ex. 5，本發明的碳繩皮帶，展現了與比較皮帶相比大得多(約大20%)的軸向剛度。表2顯示在從室溫至100°C的寬溫度范圍內始終觀察到了這一效果。平均說來，碳繩給予本發明的CVT皮帶在軸向剛度上比相當的芳族聚酰胺皮帶有約的增加。由此，在本發明的實施方式中，根據此處描述的試驗，軸向剛度可有利地大于約55N/mm/mm，或從55N/mm/mm到75N/mm/mm,或從 60N/mm/mm 至Ij 70N/mm/mmo表 權利要求
1.一種用于變距驅動的、為環狀V型皮帶形式的硫化橡膠皮帶，所述皮帶具有皮帶主體，該皮帶主體包括頂表面、頂寬度、底表面、總厚度、傾斜的側面、由嵌入在橡膠組分內的被螺旋扭絞的張力繩構成的張力繩層、繩上方橡膠層以及繩下方橡膠層；其中所述張力繩包括由用粘結劑浸漬處理過的碳纖維構成的具有捻度的單束線。
2.如權利要求1所述的硫化橡膠皮帶，其中所述單束線是18K單束。
3.如權利要求2所述的硫化橡膠皮帶，其中所述碳纖維具有從約6.0微米到約6. 4微米的長絲直徑、從約200GPa到約300GPa的彈性模量以及從約1. 9%到約2. 3%的斷裂伸長率。
4.如權利要求3所述的硫化橡膠皮帶，其中所述頂寬度與所述總厚度的比率在從約2.0到約3.0的范圍內。
5.如權利要求2所述的硫化橡膠皮帶，其中所述長絲直徑是約6.2微米，所述彈性模量是從約235GPa到約275GPa，并且所述斷裂伸長率是約2. 1 %。
6.如權利要求1所述的硫化橡膠皮帶，其中所述碳纖維具有從約6.0微米到約6. 4微米的長絲直徑、從約200GPa到約300GPa的彈性模量、和從約1. 9%到約2. 3%的斷裂伸長率。
7.如權利要求1所述的硫化橡膠皮帶，所述皮帶包括在所述頂部和所述底部上的齒輪廓以及在所述傾斜側面上并且靠近所述底部的后角。
8.如權利要求1所述的硫化橡膠皮帶，其中所述張力繩包括與嵌入的橡膠相容的外涂層粘結劑。
9.如權利要求1所述的硫化橡膠皮帶，其中所述捻度在每英寸0.75捻回數至每英寸2.0捻回數的范圍內。
10.如權利要求1所述的硫化橡膠皮帶，其中所述頂寬度與所述厚度的比率在從約2.0到約3.0的范圍內。
11.如權利要求1所述的硫化橡膠皮帶，所述皮帶在室溫下具有大于^N/壓縮量mm/長度mm的范圍的橫向剛度。
12.如權利要求1所述的硫化橡膠皮帶，所述皮帶在室溫下具有從55N/壓縮量mm/長度mm到75N/壓縮量mm/長度mm的范圍的橫向剛度。
13.如權利要求1所述的硫化橡膠皮帶，其中所述張力繩層、所述繩上方橡膠層以及所述繩下方橡膠層中的至少一個包括氯丁橡膠組分。
14.如權利要求1所述的硫化橡膠皮帶，其中所述張力繩層、所述繩上方橡膠層以及所述繩下方橡膠層中的至少一個包括乙烯_a-烯烴橡膠組分。
15.如權利要求1所述的硫化橡膠皮帶，其中當在與存在于所述橡膠組分中的任何取向纖維垂直的交叉紋理方向上測量時，所述張力繩層的所述橡膠組分的所述彈性模量高于所述繩下方橡膠層的所述橡膠組分的所述彈性模量。
16.如權利要求7所述的硫化橡膠皮帶，其中雙面的所述齒輪廓具有相等節距并且具有對齊的齒根。
17.如權利要求4所述的硫化橡膠皮帶，其中所述頂表面為橡膠的而不是織物的，并且所述底表面為橡膠的而不是織物的。
全文摘要
為環形V型皮帶形式的硫化橡膠CVT皮帶具有皮帶主體，皮帶主體具有傾斜的側面、由嵌入到橡膠組分內的螺旋扭絞的張力繩構成的張力繩層、繩下方橡膠層以及繩上方橡膠層，其中所述張力繩是由用粘結劑浸漬處理過的和/或外涂有與張力繩層的橡膠相容的粘結劑的連續長絲碳纖維構成的具有捻度的單束。單束可以是18K。所述碳纖維可具有從約6.0微米到約6.4微米的長絲直徑、從約200GPa到約300GPa的彈性模量、從約1.9％到約2.3％的斷裂伸長率。
文檔編號F16G1/08GK102575748SQ201080042385
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月24日 優先權日2009年9月24日
發明者J·G·諾克斯, R·M·杜克 申請人:蓋茨公司