CN210003747U

CN210003747U - 齿形带

Info

Publication number: CN210003747U
Application number: CN201920414612.3U
Authority: CN
Inventors: 张晓雷; 蔡健平; 王明
Original assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-01-31
Anticipated expiration: 2029-03-28

Abstract

本实用新型提供了一种齿形带，所述齿形带包括：芯绳，沿所述齿形带的长度方向延伸；基材，设置在所述芯绳上，所述基材在所述芯绳的一侧形成彼此间隔开的多个传动齿；表面纳米层，共形地形成在所述基材与所述芯绳组成的结构的至少一部分上，并且包括纳米颗粒。根据本实用新型，可以提供具有良好的防水、防腐和防污功能的齿形带。

Description

齿形带

技术领域

本实用新型属于传动领域，更具体地，涉及一种齿形带。

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安装示意图。如图1中所示，变桨轴承400通过齿形带10与驱动齿轮200连接，张紧轮300对齿形带10进行张紧，使得齿形带10在驱动齿轮200的驱动下实现变桨，从而控制叶片的角度以实现风能的捕捉。

由于风场的风况较为复杂，需要齿形带10带动叶片频繁变桨。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10也需要面对这样的气候环境。因此，风力发电机组对齿形带10的要求较为严格。

实用新型内容

本实用新型的示例性实施例提供了一种能够呈现出良好的防水、防腐和防污功能的齿形带。

根据本实用新型的方面，齿形带包括：芯绳，沿所述齿形带的长度方向延伸；基材，设置在所述芯绳上，所述基材在所述芯绳的一侧形成彼此间隔开的多个传动齿；表面纳米层，共形地形成在所述基材与所述芯绳组成的结构的至少一部分上，并且包括纳米颗粒。

所述齿形带还可以包括：耐磨层，与所述表面纳米层设置在同一层，或者设置在所述基材与所述表面纳米层之间。

所述表面纳米层可以具有0.1μm-100μm的厚度。

所述表面纳米层可以具有2μm-100μm的厚度。

所述纳米颗粒的粒度可以为1nm-10nm。

所述表面纳米层可以包括单层结构或多层结构。

所述多层结构中的至少两层可以包括具有彼此不同的粒度组成的纳米颗粒。

所述齿形带还可以包括：纳米覆芯层，设置在所述芯绳与所述基材之间，并且包覆所述芯绳的至少一部分。

所述齿形带还可以包括：防腐层，设置在所述芯绳与所述基材之间，并且包覆所述芯绳的至少一部分。

所述齿形带可以包括啮合区和非啮合区，其中，在所述非啮合区处的所述表面纳米层的厚度可以比所述啮合区处的所述表面纳米层的厚度大或者可以与所述啮合区处的所述表面纳米层的厚度相同。

通过以上关于示例性实施例的简要描述，可以实现但不限于以下有益效果：

(1)可以提升齿形带防水、防腐、防污性能；

(2)可以提升齿形带的环境适应性；

(3)可以延长齿形带在同等条件下的服役寿命。

附图说明

图1是齿形带在风力发电机组中的安装示意图；

图2是根据现有技术的齿形带的立体图；

图3是沿图2的线A-A截取的剖视图；

图4是根据本实用新型的一个示例性实施例的齿形带的剖视图；

图5是根据本实用新型的另一示例性实施例的齿形带的剖视图。

具体实施方式

以下，将结合附图来详细描述本实用新型的示例性实施例。

图2是根据现有技术的齿形带的立体图，图3是沿图2的线A-A截取的剖视图。

参照图2和图3，齿形带10通常包括依次设置的芯绳1、基材2和耐磨层3。芯绳1一般由钢丝绳形成，多条芯绳1沿齿形带10的长度方向平行(例如，平行绕向)地延伸，以传递负载。基材2通常包括聚氨酯或橡胶材料，基材2通过成型工艺在多条芯绳1的一侧形成彼此间隔开的多个传动齿，沿齿形带10的长度方向形成的多个传动齿将变桨电机的力矩传递到芯绳1。耐磨层3主要包括PU薄膜或织布，耐磨层3设置在齿形带10的最外侧，以对齿形带10提供抵抗外界坏境的临时防护。

当齿形带10在温差大的潮湿或海洋环境中服役时，齿形带10的表面极容易被外来水(外来水包括降雨或昼夜温度变化形成的冷凝水)润湿，外来水容易透过齿形带10表面的耐磨层3或从齿形带10的两个侧边处侵入以与齿形带内部的芯绳1接触，并在溶解氧的作用下发生电化学腐蚀。电化学腐蚀会使齿形带的芯绳1的表面萌生微裂缝，微裂缝在周期服役载荷的作用下会快速发展，从而影响齿形带10的疲劳性能，最终导致齿形带10发生早期失效。

因此，齿形带10在湿热和沿海环境中服役时容易发生早期失效问题，从而导致齿形带10不适合在湿热和沿海环境中使用。

根据本实用新型的示例性实施例提供了一种新型齿形带，该齿形带通过设置表面纳米层4能够改善齿形带的性能。以下，将参照附图来详细地描述根据本实用新型的示例性实施例的齿形带。

图4是根据本实用新型的一个示例性实施例的齿形带的剖视图。

参照图4，根据本实用新型的示例性实施例的齿形带20可以包括芯绳1、基材2和表面纳米层4。

芯绳1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。芯绳1可以包括多个线束，每个线束可以包括多个金属丝。优选地，金属丝采用钢丝。

芯绳1沿齿形带20的长度方向延伸并沿齿形带20的宽度方向平行布置。例如，可以包括平行布置的多根钢丝绳作为芯绳1，然而本实用新型不限于钢丝绳作为齿形带20的芯绳1，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绳1的材料。此外，由于通过钢丝绳制成的芯绳1具有受载后变形小、齿形带20的节距基本不变、齿形带20 与驱动齿轮200间无相对滑动、传动比恒定、准确等优点，因此，下面将描述的本实用新型的示例性实施例以采用钢丝绳制成的芯绳1作为本实用新型的优选实施例。

此外，对于芯绳1的数目可以根据实际情况来设定，也就是说，可以根据本实用新型的齿形带20的应用场合而采用不同数目的芯绳1。

基材2可以由诸如聚氨酯或橡胶的材料形成，并且可以通过模塑工艺形成在芯绳1上，从而与芯绳1一起形成了齿形带20的外观。这里，基材2在芯绳1一侧形成了多个凸出的传动齿。彼此间隔开的多个传动齿可以沿着齿形带20的长度方向布置。此外，基材2的相邻传动齿之间形成有凹入部5，凹入部5是相对于凸出的传动齿而言的。

参照图4，基材2可以被设置为遍布在芯绳1的整个表面上，然而，示例性实施例不限于此。例如，当使用模具夹持芯绳1来执行基材2的成型工艺时，由于模具对芯绳1的夹持，使得模具与芯绳1的接触位置处(即，凹入部5处)不被设置有基材2。换言之，基材2可以沿齿形带20的长度方向在芯绳1的至少一部分上被设置。

表面纳米层4共形地形成在由芯绳1和基材2形成的结构的表面上。表面纳米层4可以设置在基材2的一部分上，也可以完全包覆基材2。具体地，齿形带20可以包括啮合区和非啮合区(这里，非啮合区可以被广泛地定义，使得齿形带20的不参与啮合的两侧(或开放区)也可以被归类为非啮合区)，由于非啮合区处更容易受到上述失效问题的影响，因此，表面纳米层4可以仅设置在非啮合区处，或者设置在非啮合区处的表面纳米层4的厚度可以比设置在啮合区处的表面纳米层4的厚度厚。

此外，如上所述，当使用模塑工艺形成齿形带20时，由于齿形带20的凹入部5处的芯绳1可能被模具夹持而不被基材2覆盖，因此，在这种情况下，表面纳米层4可以与芯绳1直接接触。然而示例性实施例不限于此，也就是说，凹入部5处的芯绳1也可被基材2覆盖(例如，完全覆盖)，本实用新型的示例性实施例不限制凹入部5处的基材2的设置。

根据本实用新型的示例性实施例，表面纳米层4可以具有0.1μm-100μm 的厚度，优选具有2μm-100μm的厚度。通过设置上述厚度的表面纳米层4，使得表面纳米层4能够在齿形带20的外表面产生“荷叶效应”，这种“荷叶效应”能够使齿形带20的表面聚集多尺度结构并同时附着大量的低表面能物质。由于包括表面纳米层4的齿形带20的表面具有纳米微结构，使得外来水在齿形带20的表面上的接触角在100°到160°之间，且滚动角在0.5°到2°之间。因此，液滴在齿形带20的表面上的气液两相的接触角变大，从而水滴等外来组份不容易在齿形带20的表面附着，以使齿形带20表现出良好的防水、防腐和防污功能。以下，将更详细地描述能够实现上述有益效果的根据示例性实施例的表面纳米层4的组成。

根据本实用新型的示例性实施例，表面纳米层4可以包括纳米颗粒。纳米颗粒可以包括二氧化硅、二氧化钛等纳米颗粒，且纳米颗粒可以具有 1nm-10nm的粒度组成(粒径)。根据示例性实施例，可以利用上述纳米颗粒以及本领域已知的分散剂和溶剂来制备纳米溶液，并且可以采用浸渍、涂刷等工艺来形成表面纳米层4。这里对表面纳米层4的形成工艺不做过多介绍。

通过以上方法可以形成具有0.1μm-100μm的厚度的表面纳米层4，且所述表面纳米层4可以形成为具有单层或多层结构。当表面纳米层4形成为具有单层结构时，表面纳米层4可以由同一纳米溶液制成。此外，当表面纳米层4形成为具有多层结构时，表面纳米层4可以由具有不同纳米颗粒浓度和不同的粒度组成的纳米溶液来形成，在这种情况下，表面纳米层4的至少两层可以具有彼此不同的粒度组成和/或不同的单位面积内纳米颗粒的含量。

根据本实用新型的示例性实施例，如上所述，表面纳米层4可以直接设置在基材2上，或者如下面将要描述的，表面纳米层4也可以通过耐磨层3 间接地设置在基材2上。

如图5中所示，根据示例性实施例的齿形带30可以包括顺序设置的芯绳 1、基材2、耐磨层3和表面纳米层4，图5中示出的耐磨层3和表面纳米层 4均完全覆盖由基材2和芯绳1形成的结构的表面，然而，示例性实施例不限于此。也就是说，表面纳米层4可以与耐磨层3设置在同一层。例如，由基材2和芯绳1构成的结构的一部分处设置有表面纳米层4，而由基材2和芯绳1构成的结构的另一部分处设置有耐磨层3。这里，芯绳1、基材2和表面纳米层4可以与参照图4描述的芯绳1、基材2和表面纳米层4相同，因此，在下面对它们不做过多描述。

根据示例性实施例的耐磨层3可以设置在由芯绳1和基材2构成的结构上。具体地，耐磨层3可以完全包覆由芯绳1和基材2构成的结构，或者耐磨层3可以设置在所述结构的一部分上。此外，如上所述，基材2可以形成传动齿，且传动齿之间可以包括凹入部5，在这种情况下，由于凹入部5相比于传动齿处的厚度更薄，当齿形带反复挠曲变形时，容易使齿形带的凹入部5更易产生疲劳应力。因此，根据示例性实施例，可以至少在凹入部5处设置耐磨层3，从而提高凹入部5处的耐磨强度。此外，可以在耐磨层3上设置表面纳米层4，从而避免湿气透过耐磨层3而引起齿形带30的失效。

根据示例性实施例，由于表面纳米层4和耐磨层3均可以设置在由基材 2和芯绳1构成的结构的至少一部分上，因此，所述结构可以包括仅设置有表面纳米层4的部分和仅包括耐磨层3的部分。然而，本实用新型的示例性实施例的表面纳米层4和耐磨层3的设置可以各种变化。

上面结合附图详细描述了包括芯绳1、基材2和表面纳米层4的三层结构的齿形带20以及包括芯绳1、基材2、耐磨层3和表面纳米层4的四层结构的齿形带30的示例。然而，示例性实施例不限于上述结构，也就是说，根据本实用新型的示例性实施例还可以包括具有纳米覆芯层和防腐镀层的结构的齿形带。

根据示例性实施例，可以在芯绳1的表面设置纳米覆芯层和防腐镀层(未示出)。纳米覆芯层可以与表面纳米层4由相同的纳米溶液形成，并且可以具有相同的组成和厚度。例如，根据示例性实施例的纳米覆芯层可以具有 0.1μm-100μm(优选为2μm-100μm)的厚度，并且可以包括粒度为1nm-10nm 的纳米颗粒。例如，根据示例性实施例的防腐层可以由具有防腐性能的材料 (例如，防锈漆)形成。纳米覆芯层和防腐层可以择一地设置在芯绳1的表面的任意位置处，或者也可以层叠地设置在芯绳1的表面的任意位置处。本实用新型的示例性实施例不限于此。

以上结合图4和图5详细地描述了根据本实用新型的示例性实施例的齿形带。下面将通过描述对比示例和示例性实施例来突出本实用新型的优点。这里，对比示例是不包括表面纳米层4的具有芯绳1、基材2和耐磨层3的三层结构的常规齿形带10，示例性实施例是包括表面纳米层4的齿形带30。

对根据对比示例和示例性实施例的齿形带进行滴墨试验。根据示例性实施例的齿形带不论是在初始状态还是在最终状态下都不会使滴落在其上的墨水发生扩散，相反，根据对比示例的不包括表面纳米层的齿形带则表现出对于墨水的明显扩散。

另外，对根据示例性实施例的齿形带进行滴水试验，可以看出滴到根据示例性实施例的具有表面纳米结构的齿形带上的水滴不被扩散而是在齿形带的表面形成水滴状态，且水滴相对于齿形带的表面的接触角在165°。

在下面，将通过中性盐雾试验和疲劳试验来评估对比示例和示例性实施例的齿形带的防腐性能和疲劳性能。

试样准备

设置2组试验，每组3个样本，第一组样本为示例性实施例的齿形带，其编号为N-1、N-2、N-3，第二组样本为对比示例的齿形带，其编号为K-1、 K-2、K-3。

试验条件

将6个样本分别放置在同一试验箱中且要求6个样本交叉放置，并且进行720h中性盐雾试验。接着在140KN±130KN的同等疲劳试验条件下进行疲劳试验。

试验结果

下表示出了对比示例和示例性实施例的齿形带的上述试验结果

试样编号	平均载荷(KN)	载荷幅值(KN)	剩余疲劳寿命(次)
				K-1	140	130	9010
K-2	140	130	10128
				K-3	140	130	9678
平均值	140	130	9605
				N-1	140	130	40457
N-2	140	130	42608
				N-3	140	130	41641
平均值	140	130	41568

通过上面表格中示出的试验结果可以看出，在140KN±130KN的疲劳条件下，示例性实施例的齿形带的疲劳寿命是对比示例的齿形带的疲劳寿命的 4倍。

在此已经公开了示例实施例，虽然采用了特定的术语，但是仅以一般的和描述性的含义来使用和解释它们，而不是出于限制的目的。在一些情况下，对于到提交本申请时为止的本领域的普通技术人员而言将明显的是，结合具体实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独使用，或者可以与结合其它实施例描述的特征、特性和/或元件组合使用，除非另有明确说明。因此，本领域技术人员将理解的是，在不脱离如权利要求书中阐述的本实用新型的精神和范围的情况下，可以做出形式上和细节上的各种改变。

Claims

1.一种齿形带，其特征在于，所述齿形带包括：

芯绳(1)，沿所述齿形带(20、30)的长度方向延伸；

基材(2)，设置在所述芯绳(1)上，所述基材(2)在所述芯绳(1)的一侧形成彼此间隔开的多个传动齿；

表面纳米层(4)，共形地形成在所述基材(2)与所述芯绳(1)组成的结构的至少一部分上，并且包括纳米颗粒。

2.如权利要求1所述的齿形带，其特征在于，所述齿形带(20、30)还包括：

耐磨层(3)，与所述表面纳米层(4)设置在同一层，或者设置在所述基材(2)与所述表面纳米层(4)之间。

3.如权利要求1或2所述的齿形带，其特征在于，所述表面纳米层(4)具有0.1μm-100μm的厚度。

4.如权利要求3所述的齿形带，其特征在于，所述表面纳米层(4)具有2μm-100μm的厚度。

5.如权利要求1或2所述的齿形带，其特征在于，所述纳米颗粒的粒度为1nm-10nm。

6.如权利要求1或2所述的齿形带，其特征在于，所述表面纳米层(4)包括单层结构或多层结构。

7.如权利要求6所述的齿形带，其特征在于，所述多层结构中的至少两层包括具有彼此不同的粒度组成的纳米颗粒。

8.如权利要求1或2所述的齿形带，其特征在于，所述齿形带(20、30)还包括：

纳米覆芯层，设置在所述芯绳(1)与所述基材(2)之间，并且包覆所述芯绳(1)的至少一部分。

9.如权利要求1或2所述的齿形带，其特征在于，所述齿形带(20、30)还包括：

防腐层，设置在所述芯绳(1)与所述基材(2)之间，并且包覆所述芯绳(1)的至少一部分。

10.如权利要求1或2所述的齿形带，其特征在于，所述齿形带(20、30)包括啮合区和非啮合区，其中，在所述非啮合区处的所述表面纳米层(4)的厚度比所述啮合区处的所述表面纳米层(4)的厚度大，或者在所述非啮合区处的所述表面纳米层(4)的厚度与所述啮合区处的所述表面纳米层(4)的厚度相同。