CN1240953C - 块型连续变速传动(cvt)带 - Google Patents

Abstract

根据本发明的块型CVT带包括至少一条具有抗拉件的环形载荷件，在该带的纵向上许多块(20)横向地与该载荷件相啮合，在每个块内不对称地设置每个块的重力中心，每个块都具有热固性或热塑性的表面模制层。采用一种粘结剂使该表面模制层附着在金属体(10)上。利用机械滚磨装置来完成对该金属加强件的预处理，这与化学预处理相反。每个块还包括至少一个用于容纳载荷件的槽，每个槽具有一上凹面(22)和一具有复合形状的下表面(23)，该上凹面容纳抗拉件上表面上的相应凸面或齿。每个槽在中央支柱与上、下臂之间都具有一复合半径，以避免应力梯级。轻轻地挤压在每个槽内的载荷件以显著地减少歪斜。

Description

块型连续变速传动(CVT)带

                    对相关申请的参考

本申请要求2000年5月9日申请的美国申请60/202930的优先权。

                       发明领域

本发明涉及用于连续变速传动(“CTV”)的带，更具体的，涉及这样一种连续变速传动带，该带具有附着在环形抗拉件上的块。

                       发明背景

人们都知道在现有技术中，齿轮式传动可用来运转机动车辆、摩托车或类似物。为提高燃料效率，最好选用连续变速传动，CVT。人们已经研制出各种各样的用于连续变速传动的带。

通常，CVT带具有与传统V形带相类似的一种轮廓。特别的，它们的顶部宽，底部窄，并被固定在滑车的多个滑轮之间，该滑车限定了一种角形槽。其上搭接有该带的滑车包括一个可移动滑轮和一个固定滑轮，两滑轮都为截头圆锥形。通常，其中一个滑轮移动，而另一个保持不动。

相对于一个滑轮有效地移动另一个滑轮，可改变该滑车的有效直径Φ，该带在该有效直径Φ内起作用。因此，带速率是该滑车有效直径的函数，而反过来，该滑车的有效直径又是该两滑轮相对轴向位置的函数。

现有技术的代表是Inukai发明的美国专利No.4813920。所公开的带包括在该带的纵向上与至少一个环形载荷件相啮合的许多块。该块上设有保持每个该块处于该载荷件上一基本垂直位置的装置。

人们还知道在现有技术中、在空运行CVT带的情况下，与滑车滑轮的表面相接触的块的外斜面必须由热定形或者热成形的塑料构成。使用这种塑料就不需要在带与滑轮面之间进行润滑处理。块可仅在与滑车滑轮相作用的斜面上具有这种塑料，或者整个块都用该塑料模制而成。

参考Inukai发明的美国专利No.4813920，其公开了一种表面模制(over-molded)的金属加强块型CVT带。通过对加强件的表面进行化学预处理来完成表面模制，这可包括利用碱浸泡处理以及酸浸泡处理的表面预处理。接着，将一种粘结层涂覆到由一种硅烷偶合剂组成的金属元件块上，该硅烷偶合剂由一种氨基烷氧基硅烷组成。然后，再将苯酚塑胶表面模制到该已准备好的金属件上。自然，金属块的化学预处理需要使用有害材料。因此，对于用来处理该金属块的化学物品，以及一旦这些化学物品使用过后对它们的处置，就需要特别的处理要求。日本的申请平开JP11-82637-A公开了在对金属加强块体进行表面模制前，对其进行化学预处理的内容。

Inukai的美国专利No.4813920还提出，使该块的重力中心位于一抗拉件的直径以内。其指出，使该块的重力中心位于该抗拉件的中心线附近可降低该块在操作过程中的振动。这就对该块的设计提出了要求，以正确地设置其重力中心。但，这种设置是否有利还是有疑问的。

该块型CVT带的另一方面在于，该块包括被一中央支柱连接的上臂和下臂。该支柱与该臂之间的过渡通常是直角的。这种直角连接会产生应力梯级，由于上臂与中央支柱之间的连接会失效，因此该应力梯级会缩短块的寿命，并因而缩短带的寿命。

需要这样一种块型CVT带，其每个块的重力中心相对于块的几何中心不对称。需要这样一种块型CVT带，该带具有一种金属加强块。需要这样一种块型CVT带，该带具有表面模制的金属加强块。需要这样一种块型CVT带，该带具有表面模制的金属加强块，其中，利用机械装置来完成对该金属加强件的表面预处理。需要这样一种块型CVT带，该带具有在支柱与上、下支撑臂之间的复合半径部分。需要这样一种块型CVT带，该带下部分上具有一槽，该槽具有复杂形状的表面。本发明满足这些需要。

                       发明概述

本发明的主要方面是提供一种块型CVT带，该带每个块的重力中心相对于该块的几何中心重合不对称地设置。

本发明的另一方面是提供一种具有金属加强块的块型CVT带。

本发明的再一方面是提供一种块型CVT带，该带具有表面模制的金属加强块。

本发明的再一方面是提供一种块型CVT带，其中，利用机械装置来完成对该金属加强件的表面预处理。

本发明的再一方面是提供一种块型CVT带，该带具有在一在支柱与上、下支撑臂之间的复合半径部分。

本发明的再一方面是提供一种块型CVT带，该带下部分上具有一槽，该槽具有复杂形状的表面。

通过以下对本发明的说明及其附图将指出本发明的其它方面，或使本发明的其它方面变得明显。

根据本发明的块型CVT带包括至少一条具有抗拉件的环形载荷件。许多块在该带的纵向上横向地与载荷件相啮合。在每个块内不对称地设置每个块的重力中心。每个块都具有热固性或热塑性的表面模制层。采用一种粘结剂或者底涂料和粘结剂使该表面模制层附着在金属块上。利用机械滚磨装置来完成金属加强件的预处理，这与化学预处理相反。每个块还包括至少一个用于容纳载荷件的槽。每个槽具有一上凹面和一具有复合形状的下表面。该上凹面容纳该抗拉件上表面上的一相应凸面或齿。每个槽在中央支柱与下臂之间设有一复合半径部分，以避免应力梯级。轻轻地挤压每个槽内的载荷件，以显著地减少歪斜。

                       附图的简要说明

图1为一种块的正视图。

图2为一种表面模制块的正剖面图。

图3为一种表面模制的块的侧视图。

图4为表示一种槽的细节的正视图。

图5为表面模制块的等距透视图。

图6为金属加强体的等距透视图。

图7为载荷件的侧视图。

图8为图7中线8-8处的齿形的正视剖面图。

图9为带齿的细节的侧视图。

图10为带齿的等距图。

图11为一种已装配好的CVT带的侧视图。

图12为CVT带的正视图。

图13为沿图11中线13-13的块的正视图。

                       优选实施例的详细说明

图1为块的正视图。块10包括被一中央支柱13连接的上体11和下体12。上体11包括上臂16和17，下体12包括下臂19和9。块10还包括槽14和15。在每个槽内，该中央支柱13以一种复合半径与该上体和该下体相连，见图4。一上半径部分18，近似为椭圆形，上体11在该上半径部分处与中央支柱相交，以及一下半径部分33，近似为圆截面，下体12在该下半径部分处与中央支柱相交，见图4。该上半径部分自线A-A起计算。通常其可用公式描述为：

                      x²/a²+y²/b²＝1

其中，a为长轴的1/2，b为短轴的1/2。该长轴沿线A-A。样本值包括a＝3.318，b＝2.327。该方程作为该优选实施例的曲线的一种数字描述，但，其它曲线也可用来减小应力梯级。从该线A-A起至该下臂的半径部分通常为四分之一圆弧形。

这种构造显著地减少了应力梯级，否则应力梯级会形成在该中央支柱与该上臂之间的过渡处以及该中央支柱与该下臂之间的过渡处。该应力梯级的减少会相应地减少在这个位置上产生裂纹，这个位置上的裂纹会过早地破坏该块的上臂或下臂。

金属体可由现有技术中已知的任何一种金属材料组成。在该优选实施例中采用铝合金。为了进行表面模制，首先对该块10的表面进行一种机械振动滚磨预处理，这种滚磨会在块的表面上形成一种纹理，易于注塑层的粘结。表面预处理还可通过采用钢砂(50粒度)对该表面进行喷钢砂处理来活化该表面。其它可能的喷砂介质包括：玻璃丸砂，毛玻璃，玻璃，氧化铝，聚合体珠，有机材料(例如：胡桃壳，玉米棒子)，碳化硅，硅土/沙以及钢。经喷砂后，其表面粗糙度Rz为30至40。在制造过程中利用机械装置来进行表面预处理避免了采用化学腐蚀的预处理所产生的问题，包括腐蚀用化学物品的储存，以及化学物品使用过后在环境上正确且可靠的处置。

接着进行鼓风。在鼓风之后，涂覆一种底涂料，该底涂料可包括Chemlok205，或者Thixon^TMP15，或者Megum^TM3276。在该底涂料之后，采用一种适合于所用表面模制材料的粘结剂。该粘结剂可包括Chemlok205，或者Thixon^TMOSN-2，2000，或者Megum^TM101，或者10576。选择性的，可选用以例子方式给出的该底涂料与粘结剂中的多种作为单层粘结剂。

该表面模制材料可包括摩擦系数为0.35±0.15每ASTMD3702的一种酚醛树脂。该表面模制材料可包括普遍可获得的任何一种酚醛模制化合物，该化合物包括酚醛树脂(可溶酚醛树酯或者酚醛清漆)，加强纤维或者填充物(玻璃，碳，棉，或者芳香尼龙纤维)，摩擦调整添加剂(聚四氟乙烯(PEFT)，石墨，硅酮油，或者二硫化钼)，以及强化添加剂(通常为一种合成橡胶，例如丁晴橡胶(NBR)，苯二甲基丁晴橡胶(XNBR)，聚氧化乙烯(PEO)，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，硅酮，或者环氧树脂)。

该表面模制材料还可包括其它的高性能热固性塑料，例如环氧树脂或者邻苯二甲酸二丙烯基酯或者乙烯基酯。

该表面模制材料还可包括一定的高性能热塑性材料，例如聚醚酰亚胺，聚酰亚胺，聚醚酮，聚醚醚酮，聚邻苯二酰胺，液晶聚合物，聚醚砜，聚芳砜，聚酰胺，或者聚亚苯基硫化热塑性塑料，其中混合有玻璃，芳香尼龙纤维或者碳加强纤维以及PTFE，石墨，硅酮油，或者二硫化钼摩擦调整剂。一种优选的热塑性材料为Victrex PEEK450CA30。

图2为一种已经表面模制的块的正剖面图。表面模制块20包括热定形或者热成形塑料25。相对的斜侧面31和32支承在滑车滑轮上。该表面模制在块与滑轮表面之间提供了一种经控制的摩擦面。该相对的斜面通常描述为坡口角度在20°到70°之间的范围内。在该优选实施例中该坡口角度为26°。

图3为一表面模制块的侧视图。通过该表面模制工艺在槽15的上部区域内形成凹槽22。该凹槽的形状近似为半圆弧。槽15的下部分包括一种几何复曲面23。

在该优选实施例中，沿下表面23的中央有一缓拱顶。从该带的抗拉件来看，通过减小带的外表螺距，可显著地减少当该带经过一种非圆形表面时导致的弦效应。由于带经过每个滑车时，最初接触每个块的一边，接着是该拱顶，然后是相对边，因此，这还可以改变从每个块的宽度至每个块1/2宽度的间距尺寸。弦效应导致了带内的应力梯级，并通过过早地破坏抗拉件而缩短带的寿命。槽的下表面也包括一种具有半径R₁的缓弧，其为支撑该抗拉件提供了一种合适的支承面。指示突起24也模制在该塑料25内，该指示突起24与一个相邻块内的类似的指示凹进26相配合。这减少了在操作过程中相邻块之间横向或者从一侧到一侧的移动。面23还包括半径R₂和R₃，R₂和R₃都具有一种与边缘相反的曲面，在操作过程中带对该曲面施加压力。

凹槽22与一载荷件表面上的拱形齿51相配合，见图7和11。块下部分的侧面表现出一角γ。该角γ在5°到10°的范围内。在该优选实施例中该角γ为8.8°。该角γ是这样选取的，即部分地基于CVT带在其上工作的最小滑轮的最小半径。这使得当带绕一滑轮行进时，相邻块的下部分之间有一间隙。为避免在带的抗拉件52内产生不适当的应力，这是必要的。

图4为表示槽的细节的正视图。所示的上半径部分18和下半径部分33形成在槽14，15内。

图5为表面模制的块20的等距透视图。

图6为金属加强体10的等距透视图。

图7为载荷件的侧视图。载荷件50包括抗拉带52和齿51。在该优选实施例中，该抗拉件位于该带装置的中枢弯曲轴处，以使绳上的应力最小化。每个抗拉件可包括双绞软绳或者编织软绳、机织织物或者片状物，该机织织物或者片状物包括有机纤维，例如聚酰胺、聚酯、聚芳酰胺，或者无机纤维，例如聚1，4-亚苯基苯并双噁唑(PBO)、钢纤维、玻璃纤维、或者碳纤维。将水包布54覆盖到该载荷件的外绳上。同时将水包布53覆盖到该载荷件的内表面上。每个抗拉件可包括有机纤维的双绞软绳或者编织软绳，该有机纤维例如聚芳酰胺、聚酯、聚酰胺、或者PBO，或者无机纤维的双绞软绳或者编织软绳，该无机纤维例如钢、玻璃、或碳。优选的，采用一种高强度、高模量的绳材料，例如聚芳酰胺、PBO、碳或者玻璃。

该水包布可包括织造的、非织造的或者编织的聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚芳酰胺纤维、棉花，或者丙烯酸纤维或者其混合物，以及适合于将该纤维粘附到该可延伸层上和该绳上的粘结处理。该水包布优选的是织造的或者编织的弹性纤维，因为这样容易填充到模子中和形成齿轮廓。

该外绳和内表面的名称是参照带曲线的中心C的。带体和齿51可包括一种橡胶材料，该橡胶材料包括一种合成橡胶，例如三元乙丙橡胶(EPDM)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、聚氨酯(PU)、ACSM、CR、丁苯橡胶(SBR)，或者丁晴橡胶(NBR)或者其混合物，以及各种填充物、抗氧化剂、固化剂和/或短加强纤维，如同现有技术中所公知的。优选的，选用一种耐热性合成橡胶，例如EPDM或者HNBR。该带体和齿51可包括一种合成橡胶，例如尿烷、HNBR、ACSM、EPDM、CR、SBR、NBR，并混合有填充物、强化剂、抗氧化剂和固化剂。

图8为图7中线8-8处的齿形的正视剖面图。齿51具有倾斜的侧面61和62。相互平行的带侧面61和62相对于同载荷件50的中心线63相垂直的轴以一斜角α模制、切割或者磨削，该斜角α在10°到15°的范围内。在该优选实施例中该斜角α为13°。这个角还等于相对斜面的坡口角β的1/2，这样该侧面62就平行于相对斜面32，见图2。角α使得可以在中央支柱13处使载荷件50和块20正确地配合。

图9为带齿细节的侧视图。齿51交替地间隔在平地带59之间。齿51沿载荷件的外绳设置。齿51通常具有与该凹槽22相配合的半圆形轮廓。例如，该齿轮廓可包括美国专利4515577中公开的那种轮廓，或者现有技术中已知的其它轮廓。水包布54覆盖着该齿。

在该优选实施例中，齿轮廓具有自水包布54外表面开始测量的一高度H。每个齿都具有一种弓状凸起，该弓状凸起近似为半径为R56的圆弧形。每个齿的外表面通过一过渡部分60与相邻的平地带59相连。该过渡部分60具有大约为0.5R至R的半径58。该齿半径部分56的曲线中心C位于延伸过每个齿、同时大约位于线L上方1/3R的一条线上。

图10为带齿的等距图。

图11为一已装配好的CVT带的侧视图。块20绕载荷件50的整个圆周相互邻接地设置。在该优选实施例中包括两条环形载荷件50，80。每条载荷件50，80分别位于槽15，14内。载荷件与每个凹槽或槽口之间轻压配合。这种挤压在载荷件厚度的5％至15％的范围内。对载荷件的这种轻压极大地减小了在操作过程中块歪斜的倾向，“歪斜”是用于描述块的X轴与该载荷件的Y轴不对准的术语。

例如，对于内半径为219.83mm的一条已装配好的带而言，该内半径是由曲线中心至块的底部测出的，总共148个块用于载荷件，块距为5mm。结果，每个块在中央支柱处的宽度为4.93mm。通过改变表面模制层的厚度可改变每个块的宽度。在安装夹片时，大约在宽度上挤压该抗拉件的10％。这可确保自该夹片到带的良好载荷传递，并有助于防止夹片在操作过程中歪斜。此外，每个上槽与每个上表面齿之间的配合具有一小间隙，这使得该齿与夹片可以相对移动，以及便于冷却。

图12为一CVT带的正视图。块20横向地设置在每个载荷件50上。每个块的上表面30表现出一种弧形，该弧形的曲线中心位于该带的中心轴上。

图13为沿图11中线13-13的块的正视图。块20的几何中心位于中央支柱13上，在Z轴、X轴以及Y轴的原点处。块20的重力中心64相对于其几何中心不对称地设置，且位于该块上象限内的一位置处。通过实例但不是限制的方式，基于所描述的坐标系统，在这样一种块内，该块在X轴上的宽度为38.0mm、在Z轴上的高度为17.9mm以及在Y轴上的宽度为4.9mm，其重力中心(“CG”)不对称地位于每个块的象限内，坐标为X＝.0076mm、Y＝.0027mm、Z＝1.1196mm。这使得该CG为与A)块的几何中心，或者B)抗拉件的中心线不重合的点，这与所有的现有技术都相反。由该带的侧面62所描述的一个平面相对于相对斜面32稍稍凹进。在优选实施例中，该凹进距离为1-2mm。这可防止载荷件50的侧面接触滑车滑轮的表面。这反过来又减少了在操作过程中产生热量。热量增大会极大地缩短载荷件的操作寿命。

尽管在此说明了本发明的一种简单形式，但本领域技术人员都清楚，在不脱离此处所述本发明实质与范围的情况下，可对部件的构造和关系做出变化。

Claims (9)

1.一种带，包括：

至少一条具有抗拉件的环形载荷件，所述载荷件还包括在其外表面上的许多齿，这些齿横向于所述载荷件的长度设置；

许多块，每个块都具有相对的斜面，且每个块都具有一自每个所述斜面起朝向一中央支柱导向的槽，同时每个块的重力中心都自其几何中心不对称地设置；

其特征在于：

每个槽都包括在一中央支柱的第一点和一上臂之间的基本上为四分之一椭圆形的一复合半径部分，以及在一中央支柱的第一点和一下臂之间的基本上为四分之一圆形的一半径部分，每个上臂都具有用于相配合地与齿啮合的弓形面；以及

每个所述块以所述槽与所述载荷件相啮合。

2.如权利要求1所述的带，其特征在于：每个所述块还包括：

金属加强体；以及

至少表面模制在所述金属加强体的相对斜面上的非金属材料。

3.如权利要求2所述的带，其特征在于：每个金属加强体的一面经过机械滚磨预处理。

4.如权利要求3所述的带，其特征在于：每个所述槽还包括一下部分，所述下部分呈现出具有一拱形顶的复合形状。

5.如权利要求4所述的带，其特征在于：每个所述环形载荷件在每个槽内受到一种挤压。

6.如权利要求5所述的带，其特征在于：所述挤压包括减小所述环形件在每个槽内的宽度，数量在所述环形件厚度的5％至15％的范围内。

7.如权利要求1所述的带，其特征在于：所述重力中心位于所述块的上象限内。

8.如权利要求7所述的带，其特征在于：所述重力中心不与块的中心线重合，也不与抗拉件的中心线重合。

9.如权利要求8所述的带，其特征在于：所述重力中心在Y轴上距所述块的侧面之间的距离是不等的。

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