用於機械傳動裝置的混合式傳動帶的製作方法

2023-05-29 15:14:51

專利名稱：用於機械傳動裝置的混合式傳動帶的製作方法
技術領域：
本申請涉及一種用於機械傳動裝置的混合式傳動帶。所述混合式傳動帶具有理想的彎曲疲勞壽命。
背景技術：
典型地是，某些機械傳動裝置會使用張緊元件來作為一種傳遞致動器動力和動作的高效的方法。由於其相對簡單且同時質量小、剛度大，故張緊元件具有吸引力。典型地是，張緊元件可能包括合成纖維繩索、金屬纜線，或者甚至是金屬帶。在具有空間限制的應用中，繩、纜線和條帶能夠附在小直徑的滑輪上。繩和纜線的一個缺點在於，當繩和纜線周期性地附在滑輪上時，纖維或金屬線彼此彎曲和磨損(abraid)0由於繩或線纜的張緊度，以及繩或線纜所環繞的滑輪的彎曲度的影響，磨損行為 會加劇。隨著彎曲循環數量的累加，最終繩索會透支自身結構，並且繩或纜線會過度伸縮或斷裂。金屬帶為剛性元件，當在滑輪上彎曲時，會產生結構變形。將金屬帶應用在繩和纜線上是有利的，這是因為能夠避免磨損的情況。然而，周期性的彎曲會導致金屬疲勞和產生裂紋，由此將會導致最終的斷裂。對於具有較高頻率動作的應用，彎曲循環會迅速地聚積，疲勞極限便成為了最主要的限制條件。因此，目前具有改善機械傳動元件的需求。


本申請的系統所特有的新穎性特徵將會在隨附的權利要求書中得以闡述。然而，通過參閱下面的詳細描述同時結合閱讀隨附的附圖，將會更好地理解該系統本身、和使用的優選方式，以及進一步的目的和優勢，其中圖I是根據本申請的示例性實施方式的具有傳動帶的傳動系統的透視圖；圖2是根據本申請的優選實施方式的混合式傳動帶的II-II方向的剖視圖；圖3是根據本申請的優選實施方式的混合式傳動帶的III-III方向的剖視圖；圖4是根據本申請的優選實施方式的處於偏斜狀態的混合式傳動帶的剖視圖；圖5是根據本申請的可替換實施方式的混合式傳動帶的剖視圖；圖6是根據本申請的可替換實施方式的混合式傳動帶的剖視圖；圖7是根據本申請的混合式傳動帶的製造實施方式的剖視圖；圖8是根據本申請的混合式傳動帶的製造實施方式的剖視圖；圖9是根據圖I中的本申請的一實施方式的混合式傳動帶的一個部分的細節圖；以及圖10是根據圖I中的本申請的一實施方式的混合式傳動帶的一個部分的細節圖。具體實施方式

本申請的系統包括由兩種或多種單獨的材料構成的混合式傳動帶。這兩種材料能夠組合以使得，在彎曲過程中，每種材料都能夠相對於每次感受到的載荷的類型而實現最佳化，從而能夠極大地增加混合式傳動帶的疲勞壽命。在一種實現方式中，混合式傳動帶應用於旋翼飛機的旋翼槳片內部的傳動元件上。參閱圖1，一種典型的傳動系統101結合混合式傳動帶103得以顯示。在示出的實施方式中，混合式傳動帶103的直線運動被轉換成旋轉式驅動元件105的旋轉運動。混合式傳動帶103環繞在旋轉式驅動元件105的周圍，以使得混合式傳動帶103得以在方向107或109上移動,致使旋轉式驅動元件105發生旋轉111。由於混合式傳動帶103的一部分卷繞在旋轉式驅動元件105的徑向輪廓上，故混合式傳動帶103的內層部分被壓縮，而混合式傳動帶103的外層部分則呈張緊狀態。正如文中進一步所述，混合式傳動帶103如此配置， 以使得壓縮彎曲應力能夠作用在具有理想的壓縮性能的第一材料上，同時拉伸彎曲應力能夠作用在具有理想的張緊性能的第二材料上。應當理解地是，傳動系統101僅僅是應用混合式傳動帶103的多種系統中的一個實例。且混合式傳動帶103能夠呈現出多種幾何形狀。另外，混合式傳動帶103還能夠分為多個部分。在一些實施方式中，混合式傳動帶103可能僅僅作用於旋轉式驅動元件105的一個部分。例如，混合式傳動帶103可能僅纏繞在旋轉式驅動元件105的局部的外周或弧形物上。另外，混合式傳動帶103可能會耦接到傳動系統的其他部分上，例如敲擊裝置，敲擊裝置配置成能夠將一個方向上的直線運動轉換成不同方向上的旋轉運動。混合式傳動帶103還可以應用於具有多個串聯設置的旋轉驅動元件的傳動系統中。應當理解地是，旋轉式驅動元件105無需一定是圓柱形的,恰恰相反地是,旋轉式驅動元件105可能是多種輪廓和幾何形狀。例如，旋轉式驅動元件105可能具有凸輪式的形狀，從而能夠配置成產生偏心或不規則的旋轉運動。應當理解地是，混合式傳動帶103特別適合於安裝到需要進行高頻率循環移動的裝置上，這些裝置可能會因為疲勞而導致現有傳動帶的過早損壞。混合式傳動帶103配置成能夠承受高頻率的彎曲循環，並且不會過早的遭受疲勞失效。參閱圖2-4，混合式傳動帶103包括內層組件113和外層組件115。內層組件113由具有理想壓縮性能的材料製成，以使得內層組件113能夠調整以在壓縮感應彎曲中體現出優越的疲勞性能。例如，內層組件113能夠由金屬材料製成，如鋼、鈦、鋁，僅舉幾例。在示例性的實施方式中，內層組件113由型號為17-7TH1050的不鏽鋼製成，且內層組件的厚度大約為O. 002英寸。外層組件115由具有理想的張緊性能的材料製成，以使得外層組件115能夠調整以在張緊感應彎曲中體現出優越的疲勞性能。例如，外層組件115由包含有基體材料中的纖維的複合材料製成，例如一種在樹脂溶液中處理過的複合纖維的織物。應當理解地是，特定的複合材料能夠應用在特定的實施例中，且可以是本領域的技術人員已知的多種複合材料系列。在示例性的實施方式中，外層組件115具有大約為O. 0037英寸的厚度，並由在E773環氧樹脂基體中處理過的S2玻璃纖維製成。複合材料中的纖維特別適合於被拉伸而不是被擠壓的載荷情形。因此，複合材料作為外層組件115的材料組分是理想的，當傳動帶103圍繞旋轉式驅動元件105徑向彎曲時，外層組件能夠承受張緊力。混合式傳動帶103配置成，彎曲中性軸117設置在或靠近於內層組件113和外層組件115之間的過渡處。彎曲中性軸117是一種沒有縱向應力或應變的軸。進一步，彎曲中性軸117是設置在壓縮/張緊應力和應變之間的分界線。彎曲中性軸117的位置部分取決於內層組件113和外層組件115的彈性模量和厚度。因此，內層組件113和外層組件115是有大小之分的，並由理想的材料製成，以使得彎曲中性軸117設置在或靠近於內層組件113和外層組件115之間的過渡處。這樣的配置形式能夠隔離彎曲負荷，以使得內層組件113能夠承受壓縮彎曲負荷，而外層組件115能夠承受張緊彎曲負荷。參閱圖4，混合式傳動帶103的一部分被描述為圍繞在旋轉式驅動元件的一部分上，例如旋轉式驅動元件105。如圖4所示，混合式傳動帶103處於偏斜的狀態，以使得外層組件115處於張緊狀態，同時內層組件113處於壓縮狀態。在彎曲動作時，彎曲中性軸117是位於壓縮和張緊負荷之間的分界線。一種製造混合式傳動帶103的方法包括將一層或多層預先浸潰的複合材料直接鋪設在內層組件113上。固化該組件，以使得預先浸潰的多層複合材料形成外層組件115。在混合式傳動帶103的一個實施方式中，將樹脂設置在預先浸潰的複合層之上，以形成內層組件113和外層組件115之間的粘合劑。其他實施方式中，例如混合式傳動帶501 (如圖 5所示)，在進行組裝時，可將粘合層503設置在內層組件113和外層組件115之間。應當理解地是，傳統的複合製造技術也能夠使用在製造混合式傳動帶103上，例如真空袋成型、模塑和高壓蒸汽養護等等。暫時參閱圖9和10，當外層組件115由複合材料製成後，複合材料的纖維能夠定位成可適應彎曲動作中的彈性模量。選擇性地進行纖維的定位是用於適應彈性模量的一種有用手段，以便能夠控制用於混合式傳動帶103的彎曲中性軸117的位置。圖9示出了具有外層組件115的混合式傳動帶103的一種實施方式，該外層組件115具有平行於傳動帶的長度方向定位的縱向纖維901。圖10示出了具有外層組件115的混合式傳動帶103的另一種實施方式，該外層組件115具有與混合式傳動帶103的縱向軸線成45度角的第一組纖維1001，以及與第一組纖維1001成45度角的第二組纖維1003。典型地是，由於纖維的設置方向不同，對於一個給定的厚度，相比於圖10中的外層組件115的實施方式，圖9中的外層組件115的實施方式在彎曲動作中具有更高的彈性模量。圖9和10中示例性地示出了如何能夠通過可選擇性地定位纖維，而實現外層組件115的彈性模量的調整。現參閱圖5，示出了混合式傳動帶501的一種替代性實施方式。混合式傳動帶501與混合式傳動帶103相近似，除此之外混合式傳動帶501還包括設置在內層組件113和外層組件115之間的粘合層503。粘合層503能夠用於促進內層組件113和外層組件115之間的接合。優選地是，粘合層503以粘合膜的形式設置在內層組件113和外層組件115之間。粘合層503優選在固化循環中實現固化，其中粘合膜承受壓力和/或溫度的影響。應當理解地是，還可以使用僅需要環境壓力或溫度即可固化的粘合劑。在混合式傳動帶501的組裝過程中，外層組件115可在與粘合層503和內層組件113組裝之前進行固化。可選擇地是，外層組件115也可在與內層組件113進行組裝的同時，與粘合層503 —起固化。現參閱圖6，示出了混合式傳動帶601的一種可替換實施方式。混合式傳動帶601與混合式傳動帶103相近似，除此之外混合式傳動帶601還包括多個內層組件和多個外層組件。與混合式傳動帶103的情況相同的是，內層組件也具有理想的壓縮特性，而外層組件則具有理想的張緊特性。混合式傳動帶601還包括一個額外的外層組件605。優選地是，相比於外層組件115，外層組件605是一種具有較低的彈性模量和較高的應變能力的複合材料。例如，如果外層組件115是碳化纖維/環氧樹脂，那麼外層組件605則可是玻璃纖維/環氧樹脂。相類似地，混合式傳動帶601包括一個額外的內層組件603。優選地是，內層組件603是一種具有比內層組件113的彈性模量更低的金屬件。例如，如果內層組件113是不鏽鋼，那麼內層組件603則可以是鈦。粘合層能夠設置在內層組件113和內層組件603之間。混合式傳動帶601特別適合於調整彎曲中性軸117的位置。另外，具有多個內層組件和/或外層組件的混合式傳動帶601可使得整個帶體的厚度和彎曲中性軸的位置實現最優化。另外，應當理解地是，混合式傳動帶601可能僅具有一個單獨的外層組件，例如外層組件115。相類似地是，應當理解地是，混合式傳動帶601也可能僅具有一個單獨的外層組件，例如外層組件113。另外，混合式傳動帶601還可能具有任意數量的內部和外層組件。
參閱圖7，混合式傳動帶103的一個實施方式包括可選擇地在鋪設組裝和固化過程中進行預彎曲。因為優選地是，內層組件113是一種金屬材料，而外層組件115是一種複合材料，內層組件113具有較高的熱膨脹係數。如此，在固化過程中加熱組件將會引發內層組件113比外層組件115橫向延伸的更厲害。組件隨後的冷卻將會導致內層組件113比外層組件115收縮的更厲害。如圖7所示，為了避免可能發生的任何翹曲，混合式傳動帶可在具有凹模表面的底部塑模工具703中進行組裝。另外，頂部塑模工具701可用於進一步使外層組件115的上表面成型。底部塑模工具703在內層組件113和外層組件115上形成預彎曲，以使得內層組件113和外層組件115經隨後的冷卻後能夠用於生產平整的混合式傳動帶103。塑模工具的預彎曲度取決於內層組件113和外層組件115的幾何形狀和材料，以及固化溫度。參閱圖8，混合式傳動帶501的製造能夠通過將內層組件113、粘合層503和外層組件115應用到封閉的型腔工具中而實現。應當注意的是，示出的封閉的型腔工具的幾何構型僅僅是封閉的型腔工具的多種幾何形狀中的一個示例。封閉的型腔工具優選具有剛性的第一工具801和剛性的第二工具803。優選地是，封閉的型腔工具具有一個或多個止停件，以便能夠控制形成混合式傳動帶501的理想的最終厚度。在加工過程中，加熱組件直到粘合層503變粘，接著同時施力於第一工具801和第二工具803，使粘合層流出，直到止停件相遇時停止。在一種可替換實施方式中，剛性的第一工具801和剛性的第二工具803具有彎曲表面，其能夠在混合式傳動帶501上實現預彎曲，這與圖7中所示的實施方式相類似。本申請的混合式傳動帶系統提供有重要的優勢，包括1)提供具有超強彎曲疲勞特性的混合式傳動帶；2)提供一種混合式傳動帶，其具有特別適合於壓縮的內層組件和特別適合於張緊的外層組件；3)通過可選擇性地定位纖維來調整複合外層組件的彈性模量；4)在處理過程中對混合式傳動帶進行預彎曲；以及5)通過選擇內層組件和外層組件的幾何形狀和材料來調整彎曲中性軸的位置，以使得外層組件僅受到張緊作用，而內層組件僅受到壓縮作用。明顯地是，本申請的重要優勢已經得以描述和闡明。雖然本申請以有限的形式示出，但並不僅限於這些形式，在不脫離本申請精神的前提下，本申請能夠作出各種改變和修飾。
權利要求
1.一種用於傳動系統的混合式傳動帶，該混合式傳動帶包括 內層組件，具有適於承受因混合式傳動帶彎曲而產生的壓縮應力的第一材料； 外層組件，具有適於承受因混合式傳動帶彎曲而產生的張緊應力的第二材料，外層組件與內層組件相接合以形成混合式傳動帶；以及 其中，外層組件和內層組件都可選擇性地調整以達到特定的彎曲標準，使得當混合式傳動帶根據特定的彎曲標準持續彎曲時，內層組件能夠主要承受壓縮應力，而外層組件能夠主要承受張緊應力。
2.如權利要求I所述的混合式傳動帶，其中，第一材料是金屬材料。
3.如權利要求I所述的混合式傳動帶，其中，第二材料是複合材料。
4.如權利要求I所述的混合式傳動帶,其中，位於內層組件和外層組件之間的過渡處近似與彎曲中性軸保持一致。
5.如權利要求4所述的混合式傳動帶，其中，彎曲中性軸是在彎曲過程中混合式傳動帶中壓縮應力和張緊應力之間的分界軸。
6.如權利要求I所述的混合式傳動帶，其中，內層組件和外層組件通過第二材料中的樹脂接合在一起。
7.如權利要求I所述的混合式傳動帶，其中，內層組件和外層組件通過粘合層接合在一起。
8.如權利要求I所述的混合式傳動帶，其中，第二材料是具有多根纖維的複合材料，多根纖維通過定位以調整外層組件的彈性模量。
9.如權利要求I所述的混合式傳動帶,還包括 第二內層組件；和 第二外層組件。
10.一種具有混合式傳動帶的機械傳動系統，該機械傳動系統包括 可旋轉的驅動元件； 混合式傳動帶，至少部分地環繞在可旋轉的驅動元件上，混合式傳動帶包括 第一組件，基本上由第一材料形成； 第二組件，基本上由第二材料形成，第二組件連接到第一組件上； 其中，第一組件的暴露表面與可旋轉的驅動元件相接觸。
11.如權利要求10所述的機械傳動系統，其中，第一材料具有理想的壓縮特性，而第二材料具有理想的張緊特性。
12.如權利要求10所述的機械傳動系統，其中，第一組件和第二組件配置為使混合式傳動帶能夠相對於可旋轉的驅動元件彎曲，以使得第一組件僅承受壓縮應力，而第二組件僅承受張緊應力，壓縮應力和水平應力處於混合式傳動帶的水平長度上。
13.如權利要求10所述的機械傳動系統，其中，位於第一組件和第二組件之間的過渡處近似與彎曲中性軸保持一致。
14.如權利要求13所述的機械傳動系統，其中，彎曲中性軸是彎曲過程中混合式傳動帶上水平的壓縮應力和水平的張緊應力之間的分界軸，混合式傳動帶的彎曲中性軸處沒有水平應力。
15.一種製造混合式傳動帶的方法，該方法包括將內層組件組裝到底部工具的加工表面上，該加工表面具有凹陷的輪廓，內層組件基本上適配於該凹陷的輪廓； 將外層組件組裝到內層組件上，外層組件具有未固化的複合材料，基本上適配於內層組件的上表面； 通過加熱來固化內層組件和外層組件，從而實現內層組件和外層組件之間的接合；冷卻內層組件和外層組件，內層組件的熱收縮大於外層組件，使得內層組件和外層組件能基本上平整地鋪設。
16.如權利要求15所述的方法,還包括 根據固化內層組件和外層組件的步驟中使用的預計固化溫度，定製凹陷輪廓的凹陷程度。
17.如權利要求15所述的方法，還包括 根據內層組件的熱膨脹係數和外層組件的熱膨脹係數之間的差異，定製凹陷輪廓的凹陷程度。
18.如權利要求15所述的方法，還包括 在固化步驟中，施加壓力到內層組件和外層組件上。
19.如權利要求18所述的方法，其中，壓力的施加是通過相對底部工具移動頂部工具而實現。
20.如權利要求15所述的方法，還包括 在內層組件和外層組件之間應用粘合劑，以實現內層組件和外層組件之間的接合。
全文摘要
本申請公開了一種用於傳動系統的混合式傳動帶、一種具有混合式傳動帶的機械傳動系統，以及一種製造混合式傳動帶的方法。該混合式傳動帶包括外層組件，由具有理想的張緊性能的材料製成，以使得外層組件能夠調整以在張緊感應彎曲中體現出優越的疲勞性能。該混合式傳動帶還包括內層組件，由具有理想壓縮性能的材料製成，以使得內層組件能夠調整以在壓縮感應彎曲中體現出優越的疲勞性能。混合式傳動帶配置成，彎曲中性軸位於內層材料和外層材料之間，從而使得外層材料在彎曲時僅受到張緊作用，而內層材料在彎曲時僅受到壓縮作用。
文檔編號B32B37/06GK102777540SQ20121014059
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月8日 優先權日2011年5月11日
發明者T·C·山克 申請人:貝爾直升機泰克斯特龍公司