齒形皮帶傳動裝置的製作方法
2023-04-22 17:51:31 3
專利名稱：齒形皮帶傳動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在齒形皮帶傳動裝置中的改進，該皮帶傳動裝置具有環繞齒形主動皮帶輪和被動皮帶輪而被拖動的齒形皮帶。
背景技術：
由題目為「齒形皮帶傳動裝置」的日本專利公開平11-132291和題目為「同步皮帶輪和使用該皮帶輪的傳動裝置」的日本專利2995021，可以知道這樣的齒形皮帶傳動裝置，即它們每一個都具有傳遞動力的齒形皮帶和兩個齒形皮帶輪。
在平11-132291的齒形皮帶傳動裝置中，齒形皮帶具有由各個圓弧形成的齒邊緣和齒底，並且鏈輪的齒邊緣和齒底由各個圓弧形成。對於這種結構，使齒形皮帶的齒底和鏈輪的齒邊緣彼此進入緊嚙合，以便使齒底和齒邊緣之間的相對滑動受到限制，從而預防對耐磨損性能的破壞。
在日本專利2995021的傳動裝置中，齒形皮帶輪包括齒槽，每一個齒槽由設置在齒槽的中心線的相對兩側上的一對凹入的或者圓弧的承壓面限定。形成承壓面的圓弧的曲率中心位於與齒槽中心線相交的直線上。設定在該直線和槽底面之間的距離(在齒槽的中心線上)，從而使曲率中心位於皮帶輪的節線之外，以便每個齒槽的周邊尺寸變得比傳統齒槽的周邊尺寸小，在傳統齒槽中該曲率中心位於皮帶輪的節線上，由此導致皮帶輪的接觸面部分的周邊長度大於傳統皮帶輪接觸面部分的周邊長度。作為其結果，抑制了在皮帶輪的接觸面和齒形皮帶的皮帶接觸面之間的表面壓力的增加，從而防止由於表面壓力的增加引起的皮帶磨損，這樣就改善了齒形皮帶的耐久性。
在日本專利公開平11-132291和日本專利2995021中的傳動裝置都致力於這樣的技術，其中通過改進齒形皮帶和齒形皮帶輪(或者鏈輪)的齒部或者齒槽形狀，來改善齒形皮帶傳動裝置的耐久性。例如，當將齒形皮帶傳動裝置應用於較小外部尺寸的發動機時，齒形皮帶環繞小直徑的齒形皮帶輪(或者鏈輪)被拖動，並且引起該皮帶本身尤其是它的齒根局部彎曲較大的程度。此外，對於該齒形皮帶而言，為了防止伸長，沿著該齒形皮帶的周邊長度嵌入環形的芯線，從而引起芯線局部彎曲較大的程度。由此導致齒形皮帶的齒部或者芯線的耐久性的降低。
發明內容
所以，需要提供一種齒形皮帶傳動裝置，其具有與齒形皮帶嚙合的小直徑的齒形皮帶輪，同時齒形皮帶具有提高的耐久性。
根據本發明，提供了一種齒形皮帶傳動裝置，其包括齒形主動皮帶輪；齒形被動皮帶輪；齒形皮帶，它繞著兩個齒形皮帶輪被拖動，並且具有嵌入其內的多條芯線，其中每個齒形皮帶輪的鄰近的齒部被標記為第一齒部和第二齒部，並且在第一和第二齒部的各個齒邊緣和各個齒面之間的角部形成圓弧部分，由此，當將公共切線畫成接觸第一齒部和第二齒部的圓弧部分，並且第一切線經過第一齒部的齒邊緣的起始點時，將在該公共切線和第一切線之間的角度選擇為具有從6到14.4°範圍內的一個值。
通過將在該公共切線和第一切線之間的角度設定為從6到14.4°範圍內的一值，可能提供齒形皮帶的芯線和齒根的延長的耐久性，從而提高齒形皮帶自身的耐久性。進而使得齒形皮帶輪的外徑減小以提供尺寸減小的發動機成為可能。
當該角度變得小於6°時，由於齒形皮帶輪齒部的影響，齒根的耐久性降低。當角度變得大於14.4°時，芯線的彎曲應力變大，從而破壞芯線的耐久性。
下面將參考附圖，僅通過例子來詳細描述本發明的優選實施例，其中
圖1示出了採用本發明的齒形皮帶傳動裝置的發動機的剖面圖；圖2是沿著圖1的2-2線剖開的剖面圖；圖3是透視圖，以剖面的形式部分地畫出了圖1的齒形皮帶；圖4是示意圖，示出了圖3中所示的齒形皮帶傳動裝置的齒形帶的彎曲角度；圖5是圖形，說明了在本發明的齒形皮帶上進行的疲勞磨損試驗的結果。
具體實施例方式
參考圖1，發動機10包括一小型四衝程的頂置凸輪軸發動機(OHCengine)，其中，通過軸承13、14將曲軸15可旋轉地安裝在上殼體11和下殼體12之間的圓周上，通過活塞銷18將連杆17可擺動地安裝到曲軸15上，並且通過活塞銷18將活塞21可擺動地安裝到上殼體11中。該活塞21可移動地裝到設在上殼體11中的汽缸部23內。
與打開和關閉進氣閥和排氣閥的凸輪一齊形成的曲軸(未示出)安裝在上殼體11的上部區域。齒形皮帶也稱作同步皮帶(timing belt)，環繞安裝在曲軸15上的齒形主動皮帶輪26和連接在凸輪軸上的齒形被動皮帶輪28而被拖動。
參考標號33、34、35、36、37、38、41、42和43分別表示火花塞、塞帽、高壓線、反衝式起動器、反衝式起動器的手柄、燃料箱、上蓋、作為齒形被動皮帶輪28的可旋轉軸的樞轉軸以及缸蓋罩。
接下來參考圖2，圖2示出了繞著直徑減小的齒形主動皮帶輪26和齒形被動皮帶輪28而被拖動的齒形皮帶27。
齒形主動皮帶輪26、齒形皮帶27和齒形被動皮帶輪28結合在一起，形成齒形皮帶傳動裝置50。
由於齒形主動皮帶輪26和齒形被動皮帶輪28具有按照給定比率設置的齒數，所以將齒形主動皮帶輪26選擇成具有小的直徑，就能夠使齒形被動皮帶輪28具有較小的直徑。這樣，分別將現有的齒形主動皮帶輪26和齒形被動皮帶輪28選擇成具有這樣小的直徑，就能夠減小容納齒形皮帶傳動裝置50的殼體的尺寸，從而能夠使發動機10設置成更小的尺寸。
如圖3中所示，齒形皮帶27包括由橡膠製造的皮帶本體53，其具有與齒部一體形成的平皮帶部分；嵌入皮帶本體53內的由玻璃纖維製造的多條芯線54，用來抵抗伸長；以及齒部的覆蓋織物56。
接下來參考圖4來討論齒形皮帶的彎曲角度。齒形皮帶的耐久性原則上由芯線和齒的耐久性確定，而芯線和齒的耐久性明顯地取決於齒形皮帶的彎曲特性的度數。在將要描述的實施例中，將齒形皮帶的彎曲特性的度數限定為由齒形皮帶輪的形狀獲得的彎曲角度。下面說明彎曲角度。
在圖4中，假設齒形主動皮帶輪26的第一齒部61的齒邊緣62的半徑是R1，與齒邊緣62和下面描述的齒面71鄰近的圓弧部分63的半徑是R2，位於齒底且與圓弧部分63鄰近的圓弧部分64的半徑是R3，與齒邊緣67和與第一齒部鄰近的第二齒部66(儘管第二齒部66採用與第一齒部61相同的形狀，但是為了清楚起見，將這些齒部彼此區別開)的圓弧部分65鄰近的圓弧部分68的半徑是R2。齒面71、71鄰近圓弧部分63和68，並且形成圓弧部分65的一部分。
假設在齒邊緣62和圓弧部分63之間的接觸點是彎曲點73(即，在圓弧部分63中齒邊緣62的起始點)，經過彎曲點73的切線是作為第一切線的齒邊緣切線74，和第一齒部61的圓弧部分63及第二齒部66的圓弧部分68接觸的切線是公共切線，位於公共切線75的圓弧部分63上的接觸點是第一接觸點77，位於公共切線75的圓弧部分68上的接觸點是第二接觸點78。在齒邊緣切線74和公共切線75之間的夾角稱作彎曲角度α。
齒形皮帶27繞著齒形主動皮帶輪26的齒邊緣62和圓弧部分63被拖動或者纏繞，從而使芯線54在點81和82之間的範圍內以α的彎曲角度彎曲。點81是經過該彎曲點73的齒邊緣切線74的法線83和芯線54相交的交叉點。點82是經過第一接觸點77的齒邊緣切線75的法線84和芯線54相交的交叉點。
和彎曲角度有關的因素包括齒形主動皮帶輪26的外徑(即齒邊緣直徑)和齒數。例如，假設齒部61、66的外部形狀是不變的，那麼齒形主動皮帶輪26的外徑的增加會引起齒數的增加，從而允許齒形皮帶27以更多邊的多邊形形狀纏繞，即多邊形的頂點越多，外角就越小，並且相似地，彎曲角度α越小。另外，齒形主動皮帶輪26的外徑的減小會引起齒數的減少，結果彎曲角度α增加。
也就是說，在圖4中，彎曲角度α的增加使得芯線54以大的角度彎曲，導致增加的應力施加到芯線54上，結果耐久性降低。彎曲角度α的減小使得芯線54以小的角度彎曲，並且作用在芯線54上的應力變小，從而提高耐久性。
然而，在圖4中，如果彎曲角度α小，那麼當齒形皮帶27環繞齒形主動皮帶輪26的齒邊緣62和圓弧部分63纏繞時，最大應力集中在齒形皮帶27內表面的一點上，這一點在彎曲點和位於公共切線75的圓弧部分63上的第一接觸點77之間。即，由於隨著彎曲角度α的減小，在彎曲點73和第一接觸點77之間的距離減小，齒形皮帶27的齒部覆蓋織物的磨損傾向於增加，因此齒形皮帶27的齒根具有減小的強度，結果耐久性降低。
即使當齒形主動皮帶輪26的外徑減小時，考慮前面得到的經驗，在齒形皮帶27上進行有關彎曲角度α的疲勞和磨損試驗，從而獲得防止芯線54的彎曲應力增加的彎曲角度α的上限，並且獲得確保齒根的疲勞和磨損強度的彎曲角度α的下限。
在下面的表1中列出了疲勞和磨損試驗的結果值，下面參考表1來描述芯線的疲勞和磨損強度的結果。
表1
當齒形皮帶的彎曲角度α結合在優選實施例1-6以及對比例1和2中使用的試驗例而改變時，表1表示出芯線的疲勞和磨損強度的評價值。
當進行疲勞和磨損試驗時，將齒形皮帶繞著齒形主動皮帶輪和齒形被動皮帶輪拖動，以允許齒形主動皮帶輪以給定的轉速旋轉，從而由於各自的彎曲，使得齒形皮帶，更具體地說，使得芯線和齒根上被施加一應力振幅，並且相對於確定壽命比的參考壽命時間，通過芯線的壽命比和齒根的壽命比能夠判斷齒形皮帶的耐久性(其被表示為芯線的壽命比＝時間間隔(其中芯線被損壞)÷參考壽命時間，齒根的壽命比＝時間間隔(其中齒根被損壞)÷參考壽命時間)，經計算能夠找到芯線和齒根被損壞(包括裂紋)的時間比(真正的壽命)。表1列出了芯線的壽命比，下面參考表2描述齒根的壽命比，表2將在後面描述。
在試驗中使用的齒形皮帶的芯線具有下面的規格。
芯線規格材料玻璃纖維線直徑0.5mm現在，將各個測試例的試驗結果描述如下。
對比例1彎曲角度α＝4.0°齒形皮帶的芯線的壽命比是1.48，它大於1.00，並且得到一個「好」的判定。
優選實施例1彎曲角度α＝6.0°齒形皮帶的芯線的壽命比是1.49，它大於1.00，並且得到一個「好」的判定。
優選實施例2彎曲角度α＝8.0°
齒形皮帶的芯線的壽命比是1.42，它大於1.00，並且得到一個「好」的判定。
優選實施例3彎曲角度α＝8.9°齒形皮帶的芯線的壽命比是1.41，它大於1.00，並且得到一個「好」的判定。
優選實施例4彎曲角度α＝10.0°齒形皮帶的芯線的壽命比是1.39，它大於1.00，並且得到一個「好」的判定。
優選實施例5彎曲角度α＝12.0°齒形皮帶的芯線的壽命比是1.30，它大於1.00，並且得到一個「好」的判定。
優選實施例6彎曲角度α＝14.4°齒形皮帶的芯線的壽命比是1.02，它大於1.00，並且得到一個「好」的判定。
對比例2彎曲角度α＝16.0°齒形皮帶的芯線的壽命比是0.56，它小於1.00，並且得到一個「不好」的判定。
接下來，參考下面的表2來描述齒根的疲勞和磨損強度的試驗結果。
表2
表2列出了對齒根的疲勞和磨損強度的評價值，齒形皮帶的彎曲角度α結合在優選實施例11-16以及對比例11中使用的試驗例而改變。用於測試齒形皮帶的齒根的具體要求這樣選擇，即相對於優選實施例1到6和對比例1和2，芯線的疲勞和磨損強度提高，從而防止在測試中由於芯線的損壞而可能發生的中斷。(還有，選擇的齒形皮帶具有與表1中除了芯線之外的其他項目一樣的規格)。
用於測試的齒形皮帶的芯線具有下面的規格。
芯線規格材料玻璃纖維線直徑0.4mm線數11條現在，將各個測試例的試驗結果描述如下。
對比例11彎曲角度α＝4.0°齒形皮帶的齒根的壽命比是0.8，它小於1.00，並且得到一個「不好」的判定。
優選實施例11彎曲角度α＝6.0°齒形皮帶的齒根的壽命比是1.01，它大於1.00，並且得到一個「好」的判定。
優選實施例12彎曲角度α＝8.0°齒形皮帶的齒根的壽命比是1.17，它大於1.00，並且得到一個「好」的判定。
優選實施例13
彎曲角度α＝8.9°齒形皮帶的齒根的壽命比是1.18，它大於1.00，並且得到一個「好」的判定。
優選實施例14彎曲角度α＝10.0°齒形皮帶的齒根的壽命比是1.28，它大於1.00，並且得到一個「好」的判定。
優選實施例15彎曲角度α＝12.0°齒形皮帶的齒根的壽命比是1.35，它大於1.00，並且得到一個「好」的判定。
優選實施例16彎曲角度α＝14.4°齒形皮帶的齒根的壽命比是1.43，它大於1.00，並且得到一個「好」的判定。
現在參考圖5，在圖5中，用圖解的形式畫出了關於齒形皮帶的上述測試結果。在該圖形中，縱坐標表示壽命比，而橫坐標表示彎曲角度α(°)。實線和黑點或者黑圓點代表芯線的壽命比；虛線和白點或者白圓點表示齒根的壽命比。
如圖形中所示，隨著彎曲角度α的增加，芯線的壽命比減小。當該彎曲角度α超過14.4這一值之後，該壽命比變得小於1。
隨著彎曲角度α的增加，齒根的壽命比增加。當該彎曲角度α超過6.0這一值之後，該壽命比變得大於1。
顯然，從上面能夠得到，當6.0≤α≤14.4時齒形皮帶的耐久性變好。也就是說，可以獲得具有滿足上述彎曲角度α的形狀的齒形皮帶。
例如，α＝14.4°的齒形皮帶輪具有19.3mm的齒邊圓直徑，它的齒數為10，並且選擇小直徑的齒形皮帶能夠允許因直徑的減小而引起的齒形皮帶總長的變短，結果，由於齒形皮帶輪的直徑減小和齒形皮帶的長度變短，能夠將發動機的尺寸變成最小。
如上面結合圖2、4和5所描述的那樣，本發明致力於齒形皮帶傳動裝置50，在該裝置中，具有嵌入其內的芯線54的齒形皮帶27繞著用來傳遞驅動動力的齒形主動皮帶輪26和齒形被動皮帶輪28而被拖動，齒形皮帶傳動裝置的特徵在於，各個齒形皮帶輪26、28的鄰近的齒部被標記為第一齒部61和第二齒部66，它們在各個齒邊緣62、67和齒面71之間的角部形成有圓弧部分63、68，因此，當將公共切線75畫成經過第一齒部61的圓弧部分63和第二齒部66的圓弧部分68，同時在形成第一齒部61的圓弧部分63的齒邊緣62起始點即彎曲點73畫出齒邊緣切線74時，將在公共切線75和齒邊緣切線74之間的彎曲角度α選擇成具有從6到14.4°範圍內的一值。
將在公共切線75和齒邊緣切線74之間的彎曲角度α選擇成具有從6到14.4°範圍內的一值能夠使齒形皮帶27的芯線54和齒根93具有提高的耐久性，從而改善齒形皮帶27的耐久性，同時使齒形主動皮帶輪26的外徑減小，從而將發動機10的尺寸減到最小。
在上述角度為6°以下時，齒形主動皮帶輪26的第一齒部61和第二齒部66對齒形皮帶27的齒根93產生不利的影響，導致齒根93的耐久性降低。在上述角度變得大於14.4°的情況下，芯線54的彎曲應力增加，造成對芯線54的耐久性的破壞。
權利要求
1.一種齒形皮帶傳動裝置(50)，其包括齒形主動皮帶輪(26)；齒形被動皮帶輪(28)；齒形皮帶(27)，它繞著兩個齒形皮帶輪被拖動，並且具有嵌入其內的多條芯線(54)，其中，每個齒形皮帶輪的鄰近的齒部被標記為第一齒部(61)和第二齒部(66)，並且在第一和第二齒部的各個齒邊緣(62，67)和各個齒面(71，71)之間的角部形成圓弧部分(63，68)，因此，當將公共切線(75)畫成與第一齒部的圓弧部分和第二齒部的圓弧部分接觸，並且第一切線(74)畫成經過第一齒部的齒邊緣的起始點時，將在該公共切線和該第一切線之間的角度(α)選擇為具有從6到14.4°範圍內的一個值。
全文摘要
本發明提供了一種齒形皮帶傳動裝置(50)，其中齒形皮帶(27)環繞主動和被動皮帶輪(26，28)被拖動。每個齒形皮帶輪具有與多個齒一齊形成的圓周外圍。鄰近的齒被標記為第一齒部(61)和第二齒部(66)。各個齒部在齒邊緣(62，67)和齒面(71，71)之間限定的角部具有圓弧部分(63，68)。接觸第一齒部和第二齒部的圓弧部分的切線被標記為公共切線(75)。經過第一齒部的齒邊緣的圓弧部分的起始點的切線被標記為第一切線(74)。在該公共切線和第一切線之間的角度(α)落在從6°到14.4°的範圍內。
文檔編號F16H55/36GK1434228SQ0310068
公開日2003年8月6日 申請日期2003年1月21日 優先權日2002年1月21日
發明者枝松茂貴, 浦田秀夫, 西田隆夫, 貴田博 申請人:本田技研工業株式會社, 蓋茨優霓塔亞州有限公司