CN108180254A - 齿形带及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种齿形带及其制造方法。所述齿形带包括：主体，在所述主体的至少一个表面按照预定间隔形成有传动齿，相邻的传动齿之间具有凹部；多个芯线组件，嵌入在所述主体中并沿所述主体的长度方向延伸，所述芯线组件包括金属制成的芯线和包裹芯线的芯线保护层，其中，所述芯线保护层具有比所述主体的弯曲疲劳强度更高的弯曲疲劳强度。根据本发明，能够有效防止齿形带内部的芯线被腐蚀。

Description

齿形带及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种齿形带及其制造方法。

背景技术

齿形带变桨是大型风力发电机组的一种重要变桨技术，主要是根据风速的变化随时调整叶片桨距角，从而实现叶轮对风能的最大吸收。图1示出了齿形带在风力发电机组中的工作示意图。如图1中所示，变桨轴承4通过齿形带1与驱动齿轮2连接，张紧轮3对齿形带1进行张紧，使得齿形带1在驱动齿轮2的驱动下实现变桨。

风力发电机组工作的风场的风况较为复杂，需要齿形带1频繁变桨。同时，由于风机可能需要面对高温、高湿的环境，使得安装在风力发电机组上的齿形带1也需要面对这样的气候环境。因此，风力发电机组对齿形带1的要求较为严格。

如图2所示，通常齿形带1包括主体10和嵌入在主体10中沿主体10的长度方向延伸的芯线11。在主体10的至少一个表面按照预定间隔形成有与驱动齿轮2啮合的传动齿12。以下将形成有传动齿12的表面称为接触面，接触面上进一步形成至少覆盖传动齿12之间的凹部12b(参见图3)的耐磨层13。即，耐磨层13可覆盖整个接触面，也可仅覆盖局部区域。所述主体10可采用橡胶制成。所述芯线11可采用无机纤维(例如玻璃纤维等)、有机纤维(例如芳纶纤维等)或金属纤维(例如钢丝纤维等)制成。耐磨层13可采用帆布。

如图3所示，可由阴模5和阳模6顶住芯线11，进行整体浇筑，形成主体10。随后，敷设一层耐磨层13，以避免芯线11被暴露到空气中。

齿形带1在工作过程中会受到诸如驱动齿轮2的摩擦力的作用。由于现有技术中齿形带1的传动齿12之间的凹部12b处较薄(此处覆盖芯线11的主体材质较薄，且耐磨层也较薄)，因此在系统的低速、重载且长时间工作条件下耐磨层13容易磨破，从而导致芯线11暴露到空气中。当诸如钢芯的芯线11暴露到空气中时，如果遇到潮湿、高温等的工作环境，芯线11容易被锈蚀，使得芯线11的强度降低，从而会严重影响齿形带1的寿命。

此外，如图1中所示，在驱动齿轮2和张紧轮3的作用下，齿形带1要进行反复的挠曲变形，这就会容易使齿形带1产生疲劳应力，经过长时间的作用会使得覆盖在芯线11上的主体10产生裂纹和气孔。如果遇到潮湿、高温等的工作环境，当空气进入裂纹和气孔内时会加速芯线11的锈蚀，从而会严重影响齿形带1的寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种齿形带及其制造方法，用以强化齿形带内部芯线的防腐能力。

根据本发明的一方面，提供了一种齿形带，所述齿形带包括：主体，在所述主体的至少一个表面按照预定间隔形成有传动齿，相邻的传动齿之间具有凹部；多个芯线组件，嵌入在所述主体中并沿所述主体的长度方向延伸，所述芯线组件包括金属制成的芯线和包裹芯线的芯线保护层，其中，所述芯线保护层具有比所述主体的弯曲疲劳强度更高的弯曲疲劳强度。

根据本发明的示例性实施例，所述芯线保护层可以具有0.2mm至2mm的厚度范围。

根据本发明的示例性实施例，所述芯线保护层的靠近所述传动齿的部分的厚度可以大于其它部分的厚度。

根据本发明的示例性实施例，所述芯线保护层的外表面可以具有凹凸的结构。

根据本发明的示例性实施例，所述芯线保护层可以仅包覆所述芯线的靠近所述凹部的部分。

根据本发明的示例性实施例，所述芯线可以包括多个线束，所述线束可以包括多个金属丝。

根据本发明的示例性实施例，所述金属丝可以包括钢丝。

根据本发明的示例性实施例，所述齿形带还可以包括耐磨层，设置在所述主体的形成有所述传动齿的表面，至少覆盖所述凹部。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造齿形带的方法，所述方法包括以下步骤：提供多个芯线；在所述芯线上设置芯线保护层，使得所述芯线保护层包覆所述芯线的至少一部分，从而形成芯线组件；将所述多个芯线组件沿它们的长度方向固定到模具；向所述模具中浇筑成型料，形成齿形带的主体，其中，在所述主体的至少一个表面按照预定间隔形成有传动齿，相邻的传动齿之间具有凹部，其中，所述芯线保护层具有比所述主体的弯曲疲劳强度更高的弯曲疲劳强度。

根据本发明的示例性实施例，在所述芯线上设置所述芯线保护层的步骤中，可以在所述芯线上浇筑所述芯线保护层，使所述芯线保护层可以包裹在所述芯线至少一部分上。

根据本发明的示例性实施例，所述方法还可以包括：在形成所述主体之后，在所述主体的形成有传动齿的表面可以设置耐磨层，所述耐磨层可以至少覆盖相邻的所述传动齿之间的凹部。

与现有技术相比，本发明能够实现但不限于以下的技术效果：

(1)提高对齿形带芯线的保护，从而能够解决齿形带因与驱动齿轮摩擦而导致的芯线易腐蚀的问题；

(2)由于芯线保护层相对于主体具有更好的韧性，所以即使主体因疲劳应力而产生微小裂纹和气孔，由于齿形带的芯线保护层，使得仍能够保护芯线不被腐蚀。

附图说明

图1示出了齿形带在风力发电机组中的工作示意图；

图2示出了根据现有技术的齿形带；

图3示出了根据现有技术的制造齿形带的方法；

图4示出了根据本发明的示例性实施例的齿形带的剖视图；

图5为沿图4的A-A线的剖视图；

图6为图5所示结构的变形例；

图7示出了根据本发明的示例性实施例的制造齿形带的方法。

具体实施方式

提供以下具体实施方式，以帮助获得对本发明的全面理解。

以下，将结合附图来描述根据本发明的示例性实施例的齿形带的示例性结构。

如图4所示，根据本发明的示例性实施例的齿形带20包括主体200、多个芯线组件210。在主体200的至少一个表面按照预定间隔形成有传动齿220，相邻的传动齿220之间具有凹部220b。多个芯线组件210设置在主体200中并沿主体200的长度方向延伸，且芯线组件210包括金属制成的芯线211和包裹芯线211的芯线保护层212。其中，所述芯线保护层212具有比所述主体200的弯曲疲劳强度更高的弯曲疲劳强度。

芯线211主要承受负载的拉力，因此，可以使用具有能够承受高拉力而不变形的材料制成，例如，钢。但是不限于此，也可以采用其它金属材料。如图5所示，芯线211可以包括多个线束211a，每个线束211a可以包括多个金属丝211b。优选地，金属丝211b采用钢丝。

芯线211沿主体200的长度方向延伸并沿主体200的宽度方向平行布置。例如，可以包括平行地布置的多根钢丝绳作为芯线211，然而本发明不限于钢丝绳作为齿形带的芯线211，换言之，可以使用其它具有与钢丝绳的性能类似或高于钢丝绳性能的材料作为构成芯线211的材料。此外，由于通过钢丝绳制成的芯线211具有受载后变形小、齿形带的节距基本不变、齿形带与驱动齿轮间无相对滑动、传动比恒定、准确等优点，因此，下面将描述的本发明的示例性实施例以采用钢丝绳制成的芯线211作为本发明的优选实施例。

此外，对于芯线211的数目可以根据实际情况来设定，也就是说，可以根据本发明的齿形带20的应用场合而采用不同数目的芯线211。

芯线保护层212包裹芯线211，使得芯线211在芯线保护层212的保护下不容易暴露到外部，从而提高齿形带的使用寿命。这里，“包裹”不限于沿芯线211的长度方向和周向完全覆盖的情形，也包括在长度方向上部分地包覆和/或在周向上部分地包覆的情形。

例如，芯线保护层212可以至少设置在芯线211的与传动齿220之间的凹部220b对应的位置，从而可以防止凹部220b处由于磨损而导致的芯线211暴露到外部的风险。在这种情况下，芯线211的至少位于凹部220b处的部分可以设置有芯线保护层212，例如，芯线211的位于凹部220b处的部分可以被芯线保护层212完全包覆，或者芯线211的靠近传动齿220的一侧的部分可以被芯线保护层212包覆，而芯线211的除所述部分以外的其它部分(例如，背离凹部220b的部分)可以被暴露。

如图6所示，当芯线211在其周向上大体上包括背离凹部220b的上侧、靠近凹部220b的下侧以及连接上侧和下侧的左、右两侧时，可以将芯线保护层212设置为仅覆盖下侧，而使上侧、左侧和右侧中的至少一侧(例如，左侧和右侧)被暴露或至少部分地暴露(例如，左侧和右侧被暴露或部分地暴露，而完全覆盖上侧二和下侧)。然而，本发明的示例性实施例不限于此。这种情况下，由于芯线211的靠近凹部220b的部分被芯线保护层212覆盖，所以芯线保护层212可以防止与凹部220b处对应的芯线211由于凹部220b处的磨破而暴露到外部，从而提高齿形带20的使用寿命。

另外，如图1中所示，在驱动齿轮2和张紧轮3的作用下，齿形带1要进行反复的挠曲变形，这就会容易使齿形带1产生疲劳应力，经过长时间的作用会使得齿形带1产生裂纹和气孔，从而会影响齿形带1的寿命。但是，根据本发明的示例性实施例，由于在芯线211上设置芯线保护层212，从而能够防止由于疲劳应力产生的裂纹和气孔影响芯线211。

本领域技术人员可以根据本发明而对芯线保护层212进行任意地设置。例如，当设置有芯线保护层212时，会减少单位宽度内的芯线211的数目，。因此，可以通过减少覆盖在芯线211的两侧的芯线保护层212的厚度(如图6所示)、或者进一步地在芯线211的左侧和右侧不设置芯线保护层212来增大单位宽度内的芯线211的数目，从而在防止由于磨损或挠曲变形而引起的齿形带20的芯线211被暴露到外部的同时能够确保齿形带20的抗拉强度。

芯线保护层212需要具有比主体200的弯曲疲劳强度更高的弯曲疲劳强度，使得芯线保护层212具有比主体200材质更好的韧性。芯线保护层212可以包括单层结构或多层结构。例如，芯线保护层212的材料可以包括但不限于TPU、PVC等的具有较好的弯曲疲劳强度的材料，且芯线保护层212可以为由上述材料中的一种材料形成的单层或者由上述材料中的两种或更多种形成的多层。

根据本发明的示例性实施例的芯线保护层212的厚度可根据需要选取，例如可具有0.2mm至2mm的厚度范围。

主体200的材质可包括聚氨酯、橡胶等材料中的至少一种。通过浇筑工艺，主体200覆盖芯线组件210的上下侧，使得芯线组件210嵌入到主体200中。

耐磨层240可以设置在主体200的形成有传动齿220的表面上，至少覆盖凹部220b，以避免芯线211在凹部220b由于磨损而暴露到外部，或者减少芯线211在凹部220b处由于磨损而暴露到外部的风险。此外，还可以使耐

磨层240覆盖整个主体200表面。这里，耐磨层240可以包括现有技术中的用于覆盖传动齿220和/或凹部220b的材料(例如帆布)，因此，这里对耐磨层240的材料不做过多的描述。

另外，为了改善结合强度，可以通过提高芯线保护层212的表面积的方式来提高芯线保护层212与主体200之间的接触面积，因此，芯线保护层212可以具有各种形状。如图5和图6中所示，在由芯线211和芯线保护层212构成的结构的剖视图中，芯线保护层212可以被设置为具有对称(图5)的和不对称(图6)的结构。此外，为了改善层与层之间的结合强度，还可以在层与层之间设置其它层，例如，能够提高层与层之间的附着性和贴合力的层，从而在改善工艺的可操作性的同时提高齿形带20的寿命。另外，为了改善芯线211的腐蚀性，芯线211与芯线保护层212之间也可以设置有耐蚀层(未示出)，即，可以在芯线211的表面上敷设防腐蚀层(例如，防锈漆等)，从而在不影响芯线211与芯线保护层212的贴合力的情况下改善齿形带20的耐蚀性。

以上结合示例性实施例描述了根据本发明的齿形带。下面，将结合附图来描述根据本发明的制造齿形带的方法。

参照图7，根据本发明的制造齿形带20的方法可以包括以下步骤：提供多个芯线211；在芯线211上设置芯线保护层212；将其上设置有芯线保护层212的多个芯线211沿它们的长度方向固定到模具；向模具中浇筑成型料，从而形成齿形带20。

根据本发明的示例性实施例，在设置芯线保护层212的步骤中，可以通过模具(未示出)在芯线211上设置芯线保护层212，也可以采用本领域其它的诸如涂覆工艺的敷设工艺(例如，浸渍、沉积等)来形成芯线保护层212。根据本发明的示例性实施例，如上所述，芯线保护层212可以设置为至少部分地包覆(例如，完全包覆)每个芯线211，使得芯线211在设置芯线保护层212处不暴露到外部，从而可以提供对芯线211的保护。这里，本领域技术人员可以根据需要在需要的位置设置芯线保护层212，从而提供对芯线211的保护。

例如，如果需要保护齿形带20的凹部220b处的芯线211不被暴露到外部，可以至少在芯线211的靠近凹部220b处的部分表面(例如，芯线211的周向上的靠近凹部220b的表面)上设置芯线保护层212。或者，例如，如果需要保护齿形带20的除凹部220b处以外的其它部分处的芯线211不被暴露到外部，可以至少在芯线211的相应部分处的表面上设置芯线保护层212。或者，例如，如果需要确保齿形带20在单位宽度上具有一定数目的芯线211时，在设置芯线保护层212时，可以使相邻的芯线211之间的芯线保护层212的厚度设置得比靠近传动齿220处的耐久层的厚度薄，如图6中所示，从而可以减少芯线保护层212所占据的空间，从而确保芯线211的数目。

为了能提高芯线保护层212与主体200之间的结合力，可以采用增大芯线保护层212的表面积的方式增大芯线保护层212与主体200之间的接触面积。如图5中所示，可以使芯线保护层212的表面具有凹凸不平的结构，从而能够增大芯线保护层212与主体200之间的结合力，进而避免它们之间在受力情况下的分层。因此，例如可以使用具有凹凸不平的腔体内壁的模具来形成具有相应凹凸不平的表面的芯线保护层212。此外，还可以采用诸如打磨工艺的改性工艺来改变芯线保护层212的表面的性质，使得增大芯线保护层212的表面积。

根据本发明的示例性实施例，在形成齿形带20的步骤中，可以使用拉直设备将其上设置有芯线保护层212的多个芯线211拉直，并将它们在宽度方向上平行地布置并使其具有预定间隔。然而，本发明不限于拉直设备的使用，而是可以采用本领域的其它装置将多个芯线211平直地布置在模具之间，从而实现浇筑工艺。

在布置好设置有芯线保护层212的芯线211之后，可以将它们固定到模具，如图7中所示。根据本发明的示例性实施例的模具可以包括阴模5和阳模6，阴模5可以位于上面，阳模6可以位于下面6，阴模5对应于齿形带20的带背，阳模6对应于齿形带20的形成有传动齿220的接触面。因此，阴模5可以具有基本平坦的平面，而阳模6可以具有用于形成传动齿220的型腔。然而，本发明不限于此，也可以将阴模5和阳模6的位置进行调换。此外，根据本发明的模具(包括阴模5和阳模6)可以根据工艺需要以及模具的可制造性而具有任意想要的齿形形状及齿形带所需要的各种尺寸的型腔。

根据本发明的示例性实施例，在将具有芯线保护层212的芯线211固定到模具后，可以将成型料浇筑到模具中，从而形成初始的齿形带。然后，可以对初始的齿形带进行固化处理，从而得到具有一定强度和抗拉性的齿形带20。这里，成型料可以包括本领域已知的用于制造齿形带20的主体200的材料，例如聚氨酯。

由于模具的型腔的影响会使得齿形带20的凹部220b位置处具有较薄的主体200材质或不具有主体200材质，因此可以至少在凹部220b处设置耐磨层240(参见图4)，从而可以防止凹部220b处由于磨损而导致的芯线211被暴露，或者使芯线211被暴露的风险最小化。这里，对于耐磨层240的材料和厚度没有明确限定，本领域技术人员可以基于齿形带20的具体工作环境来设置耐磨层240。

以上，参照图7描述了根据本发明的示例性实施例的制造齿形带的方法。然而，本发明不限于以上具体示例。具体地，上面的具体实施方式描述了通过浇筑等工艺形成包括芯线211、芯线保护层212、主体200和耐磨层240的齿形带20的结构，然而，本领域技术人员可以在形成上述层的工艺之间采用同一工艺或其它工艺来设置其它层。例如，为了进一步增大层与层之间的结合力，可以设置粘合层，然而，本发明的示例性实施例不限于此。

虽然上面已经详细描述了本发明的示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对本发明的实施例做出各种修改和变形。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变形仍将落入权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种齿形带，所述齿形带包括：

主体(200)，在所述主体(200)的至少一个表面按照预定间隔形成有传动齿(220)，相邻的传动齿(220)之间具有凹部(220b)；其特征在于，

多个芯线组件(210)，嵌入在所述主体(200)中并沿所述主体(200)的长度方向延伸，所述芯线组件(210)包括金属制成的芯线(211)和包裹芯线的芯线保护层(212)，

其中，所述芯线保护层(212)具有比所述主体(200)的弯曲疲劳强度更高的弯曲疲劳强度。

2.如权利要求1所述的齿形带，其特征在于，所述芯线保护层(212)具有0.2mm至2mm的厚度范围。

3.如权利要求1所述的齿形带，其特征在于，所述芯线保护层(212)的靠近所述传动齿(220)的部分的厚度大于其它部分的厚度。

4.如权利要求1所述的齿形带，其特征在于，所述芯线保护层(212)的外表面具有凹凸的结构。

5.如权利要求1所述的齿形带，其特征在于，所述芯线保护层(212)仅包覆所述芯线(211)的靠近所述凹部(220b)的部分。

6.如权利要求1所述的齿形带，其特征在于，所述芯线(211)包括多个线束(211a)，所述线束(211a)包括多个金属丝(211b)。

7.如权利要求6所述的齿形带，其特征在于，所述金属丝(211b)包括钢丝。

8.如权利要求1所述的齿形带，其特征在于，所述齿形带还包括耐磨层(240)，设置在所述主体(200)的形成有所述传动齿(220)的表面，至少覆盖所述凹部(220b)。

9.一种制造齿形带的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

提供多个芯线(211)；

在所述芯线(211)上设置芯线保护层(212)，使得所述芯线保护层(212)包覆所述芯线(211)的至少一部分，从而形成芯线组件(210)；

将所述多个芯线组件(210)沿它们的长度方向固定到模具(5、6)；

向所述模具(5、6)中浇筑成型料，形成齿形带(20)的主体(200)，

其中，在所述主体(200)的至少一个表面按照预定间隔形成有传动齿(220)，相邻的传动齿(220)之间具有凹部(220b)，

其中，所述芯线保护层(212)具有比所述主体(200)的弯曲疲劳强度更高的弯曲疲劳强度。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述芯线(211)上设置所述芯线保护层(212)的步骤中，在所述芯线(211)上浇筑所述芯线保护层(212)，使所述芯线保护层(212)包裹在所述芯线(211)至少一部分上。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在形成所述主体(200)之后，在所述主体(200)的形成有传动齿(220)的表面胶粘有耐磨层(240)，所述耐磨层(240)至少覆盖相邻的所述传动齿(220)之间的凹部(220b)。