CN85101671A - 扁平传动皮带 - Google Patents

Abstract

扁平传动皮带是分层构成的，至少有一层抗拉层1，弹性模量为20,000至250,000牛顿/毫米²，完全镶嵌在两层弹性模量为40至600牛顿/毫米²的热塑热熔薄层3之间。弹性体材料摩擦层或摩擦结构层4，弹性模量为2至40牛顿/毫米²，叠加在热熔薄层3上。传动皮带的各层可制成复合层状结构，其单位面积的厚度重量是规则的。原材料是成米成米生产的，用户可按需从滚筒上切上，用热压连接成环形传动皮带以满足快速运转的需要。

Description

该发明涉及扁平传动皮带。

大批扁平传动皮带是用自然材料制成的，诸如皮革、棉纱、橡胶等，这一类皮带的制作已在现有技术中作了披露。这些传动皮带的缺点，就是必须将皮带进行联接或缝合，构成连续的传动皮带。这会引起皮带以及驱动机械其它物件的过早损坏。此外，这儿使用的原材料所允许的撕裂或断裂负载比较低，因此在大多数情况下必须使用截面更宽大的皮带及直径相应更大的皮带轮。由于离心力损耗，这种皮带无法用在圆周速度较高的传动轮上。

若干年前，改用了塑料扁平传动皮带。它包括规定宽度和厚度的分子定向抗拉层，该层由聚酰胺、聚酯或类似物组成，还有一层或二层摩擦层，例如由皮革或橡胶、聚氨酯等弹性物组成的摩擦层。这些扁平传动皮带可以不通过皮带接缝而通过胶结或融合的方式来联接皮带。如果皮带的接端重叠，在这种情况下同样也会使运行不稳定。另一方面，这些扁平传动皮带由于使用塑料的弹性模量较高而显示出较好的性能。

生产连续环形传动皮带、在加摩擦层以前、抗拉承载层是作为环形制成的。这些技术也已经被公开过。因为必须依照每一传动皮带的长度来生产特别尺寸的抗拉层，因此该生产工艺较为复杂而不经济。因为必须为每一种不同长度的皮带专门做特殊的尺寸的抗拉层，由于在生产过程中产生各种不同的加工工艺故障，这种传动皮带运动不够平稳。特别是以实际设计相对较高的圆周速度运转的时候。

最后，为了克服这些毛病，发明了用均匀材料以铸造工艺或注塑工艺方法制成的扁平传动皮带。除了模具成本较高之外，这些扁平传动皮带还不能进行功率传递，尤其是由于拉伸强度或是摩擦系数过低的缘故。

因此本项发明的目的就是要提供没有上述这些缺陷的扁平传动皮带。本文就是要介绍一种具有高拉伸强度和高摩擦系数的扁平传动皮带，其层结构之间不可分离地联结在一起，形成一个紧凑结实的整体。

根据本发明，在此扁平传动皮带的结构设计中，完全可以获得一些出人意外的成果。利用这些成果，可以超越目前传动技术尖端领域，并可以开拓传动的全新规划和设计的可能性，本发明的皮带结构中，具有由阿拉米德（aramide）纤维、碳素纤维、玻璃纤维、钢丝、聚乙烯醇纤维或者是这些纤维的复合材料组成的抗拉层，其弹性模量为20，000至250，000牛顿/毫米²，并且有可以达到230℃以上熔点或分解点的中间层。那些固定在抗拉层两面的由一种热塑或混合塑胶组成的热塑热熔薄层被证实完全合适，它们具有从40至600牛顿/毫米²的弹性模量，具有介于从140℃至180℃之间的软化点。至少在一层这样的热熔薄层上加有晴橡胶摩擦层，它具有从2至40牛顿/毫米²的弹性模量，分解点在200℃以上。当这些成分组成的层结构被输入压力机中时，在压力和热的作用下，热塑或混合塑胶热熔薄层的软化点在140℃至180℃之间，也就是说，比起抗拉载体或摩擦层的熔点或分解点要低得多，从而一起融合，构成联锁层状结构。由于加工工艺的缘故，我们发现用纬织材料将拉伸层的细长纤维材料夹持在一起加工是非常合适的。在加工时，热熔薄层和纬织材料可以融合在一起而产生优质复合材料。

在该生产规程中，这种皮带材料可以大尺寸地成米成米地生产，因此可以切割成任何所需长度和宽度的扁平传动皮带。生产的高精度和材料的均匀度对于高速传动皮带操作时的良好运转状况是很需要的，而这在层状皮带材料的整个长和宽度内就可以很容易地达到了。正如下文要描述的试验所示，要想用以前已知的传动皮带来获得同样平稳的运转状态是不可能。在实际中也同样显示出，由于抗拉层的高弹性模量，本发明的扁平传动皮带可以比以前已知实例中的皮带更薄更轻。根据所要求的操作的特点和动力传动能力，把抗拉层分成几个纤维材料层是有好处的，它们都具有较高的弹性模量，且被镶嵌在热塑热熔薄层之间。例如，通过混进碳黑的方法，可以使热塑热熔薄层具有抗静电性能。如果皮带的两面外层都不是弹性体摩擦层的话，热熔薄层“不受约束”，如果需要，也可通过成型的方法使热熔薄层本身构成摩擦层。

下面参考附图，通过实例对本发明加以解释，图1中用图解法示明了三组传动功率为55KW的扁平传动皮带轮的相应尺寸，其中较小的皮带轮的转速为1500转/分钟，传动比为1∶25即使用：

a）德国工业标准DIN111-2的背革皮带，刃形胶结成连续的环形带，b）带有橡胶摩擦层的现代塑料扁平传动皮带，刃形并胶结成连续环形带，以及c）根据本发明制作的皮带，皮带的两端通过热塑融合联成连续的环形带。图2a和2b以图解法示明了本发明的扁平传动皮带的两种典型的层状结构的剖面图，图3所示为齿合紧密联结的平面图，以及图4以图解示明确定扁平传动皮带的转动偏差幅度（大小）的试验台。

图1的图示中所选用的皮带轮型号近似比例尺寸为：

传动功率    55千瓦

较小型皮带轮旋转速    1500转/分

传动比    1∶2.5

以表格形式提供下列尺寸：

表1

传动皮带型号    皮带轮直径    皮带宽度    最小轴距

D₁÷D₃d₁÷d₃b₁÷b₃A₁÷A₃

毫米    毫米    毫米

a）德国工业标准

（DIN111-    1，000    400    180    970

2的背革传动皮带

b）通用型扁平塑胶    630    250    165    600

传动皮带

c）本发明的扁平传    400    160    105    380

动带

以上提供的本发明扁平传动皮带（c）如果所用的层材料以特定的方式制作的话，可以保持更小的尺寸，特别是如果使用多层抗拉层的话，对于传递同样的功率两个皮带轮D₃和d₃以及皮带的宽度b₃还可以减少。

在图2a中，1表示具有20，000至250，000牛顿/毫米²数量级弹性模量材料的抗拉层，例如阿拉米德（aramide）纤维、碳素纤维、玻璃纤维、钢丝、聚乙烯醇纤维或这些材料的复合纤维。在使用阿拉米德（aramide）纤维的情况下，弹性模量经证实从70至140，000牛顿/毫米²较为合适。在抗拉层的部位，中间层具有的熔点或分解点可以达到230℃以上。为了能得到传动皮带整个宽度的均匀分布，拉伸层1的纤维可以通过纬织材料2，例如聚酯纤维或聚酰胺纤维来固定。3表示贴合在抗拉层1两面上的热塑热熔薄层，它是用一种塑胶或混合塑胶构成的，具有140℃至180℃的软化点。塑胶原料最好使用具有200至400牛顿/毫米²弹性模量的聚酰胺共聚物。在图2a所示的对称结构中，每层热熔薄层3都涂有包含有弹性体-最好是具有2至40牛顿/毫米²弹性模量的晴橡胶的摩擦层4。在不对称的传动皮带结构中，可以省去一层摩擦涂层。如果需要，也可以将一层或两层摩擦涂层4以增强摩擦结构的形式压入热熔涂层3的表面。在这种情况下，对于热熔薄层3最好选择本身具有弹性体性能的混合塑胶材料，通过省去实际的摩擦涂层并将摩擦增强结构压入热熔涂层3的表面的方法，而使传动皮带的厚度显著减薄，从而增加皮带的柔性是完全可以理解的。由于实际的摩擦涂层的弹性模量必然较低，实际上不能对传动皮带上的允许拉伸负载有任何帮助。

图2b所示为带有两层拉伸层1的扁平传动皮带。每层拉伸层都通过纬织材料2而固定。请参考图2a所示。两层拉伸层1，1是通过中间热塑热熔薄层3′而互相给隔开的。关于摩擦层4，原则上与上述说明一样，同样参考图2a。

热塑热熔薄层3与纬织材料2及可能存在的弹性体摩擦层4的材料一起，在热压的作用下形成不分离层结构。为了能形成整体层状结构，拉伸层1的材料包括纬织纤维2，摩擦涂层4的材料及热擦熔薄层3的材料，它们的熔点或分解点依此顺序由高至低递减。

每一层的厚度可以根据所需传动皮带的特点而进行选择。但是，为了使各处的厚度、柔性和强度值相同，整根皮带全长的每一层的厚度在容许的小偏差之内都保持定值。如果需要还可以通过实行结构廓型的方法使摩擦层或摩擦结构的性值，诸如摩擦系数和抗摩力可以很容易地适应不同的要求。

为了获得最佳的运行性能，尤其是在较高速度范围内的运行性能，实际上皮带终端无中断的联结是必不可少的。为了保持皮带高度的弹性，甚至在联结处亦同样如此，本发明的扁平传动皮带在进行联结时不使用粘胶添加剂或熔接添加剂。例如，图3所示为皮带终端5.1和5.2之间的齿合终端接头6，尖形6.1插入对接端，通过锻压机挤压啮合，在140℃至180℃的热压下此处热熔薄层3.3熔成液流，完全保留了材料的等质性。这种终端接头可以用简单的方法制成而不会明显损害皮带的强度。这个工作甚至不用专业人员来完成。用者只需持着皮带滚卷的始端，就可以在任何时候切割成所需的长度以制作传动皮带。

为了与本发明的扁平传动皮带进行比较，我们曾对三对皮带的试样在结构尺寸的比较方面进行类似的检查：

试样1：德国工业标准DIN111-2的背革传动皮带，成刃形并胶结制成的连续环形传动皮带。

试样2：按已知设计制成的有橡胶摩擦层的扁平传动皮带，切成刃形并胶结制成的连续环形传动皮带。

试样3：本发明的扁平传动皮带，热熔接合制成。（熔接头见图3）

在首次试验系列中，与准备时间及传动皮带接头的强度有关的数值根据表2确定，即：A）用最佳成形装置和一台热压机，联接皮带终端所花费的时间（以分计），以及

B）皮带终端的联结处疲劳负荷寿命是根据修正的德国工业标准DIN53，442试验程序，通过完全逆向弯曲应力下的疲劳强度试验来确定。（以工作小时表达）。

表2

试样

联结类型    1号    2号    3号

A）准备时间（分钟）    90    30    10

B）疲劳寿命（工作小时）    50    120    480

表2非常清楚地表示出了本发明扁平传动皮带在经济上的优越性。

根据表3，本发明的扁平传动皮带（试样3号）与传统型式的扁平传动皮带（试样1号和2号）作了进一步的比较，涉及弯曲及打滑而引起的功率损耗、产生的噪音及皮带的伸长。在最后提及的试验中，如前所说，传动功率为55千瓦，小皮带轮的旋转速度为1500转/分。

表3

试样

试验的性能    1号    2号    3号

特定功率损耗（千瓦）

以皮革传动带的功率损耗为1    1    0.5    0.4

产生的噪音，（调整分贝）    90    88    84

皮带的伸长，（百分比）    3.2    2.6    0.3-0.8

表3测量出的这些数值取决于皮带轮，皮带轮的直径与表1中试样1号至3号的皮带轮分解式直径的比率大致一致。试样3号使用与试样1号至2号同样直径的皮带轮其效果要佳得多。总之，由此可以清楚地得出结论，本发明的扁平传动皮带也适用于极小直径的各种皮带轮。皮带的伸长极小，使得机器制造者能够制出轴距非常短的皮带轮，从而设计出非常小巧紧凑的传动装置。

在皮带的每一结构层以至整条皮带结构的生产中可以很容易地保持的高精度，贯穿在整条传动皮带中一一互相联结的可以精确地确定的材料的物理性能，以及皮带接口实际上的均匀连接，都对旋转偏差和运转均匀度的特征产生有利的影响，其结果是皮带可以实际上均匀地传递动力。后者对于高质的传动皮带机构及设备来说是极其重要的。

图4以图解式表示出确定旋转偏差度的设备。通个这个方法，用试验皮带21能够比较容易地检查出动力传递的均匀程度。通过辅助皮带23，0至3000转/分的无级变速马达22，驱动飞轮体24，飞轮体的轴25旋转地装在精确的轴承26上。辅助皮带23及飞轮体24缓冲由驱动马达、转承26或试验皮带21反作用而可能产生任何旋转震动。这样的方式至少会导致飞轮24的旋转运动近乎均匀。轴25在飞轮体24的远端固定着皮带轮27（在输入端），皮带轮27的旋转运动可称作实际上无偏差的旋转。皮带轮27旋转运动均匀度的递增受旋转震动转感器28监测，它的输出信号被导入电子测量系统29。

输入端上皮带输27的旋转运动通过试验皮带21传递到输出端上的皮带轮30上，该皮带轮被牢牢地固定在第二根轴31上。该轴旋转地安装在平行导向精密的第二根轴承32中的。第二根传动轴载有第二个旋转震动传感器33，它的输出信号同样被导入电子测量系统29。精密轴承26和32之间的距离可根据试验皮带的长度，沿箭头所示的方向调整张紧设备34来进行调节。皮带的拉力或递增值是通过测力器35监测的。测力器35发出的信号也输进电子测量系统29。不定负载36，可以连接在输出端的轴32上，负载测量装置36′产生的有关负载信号也引入电子测量系统29。

电子测量系统29连接在一记录器37上。旋转震动传感器28和33、测力器35以及负载测量装置36′所产生的信号，以模拟轨迹的形式的记录器上显示出来。模拟轨迹信号也可以通过数字显示器37′，以数值的形式显示出来。

图4所示的测量装置运行时，试验皮带21将皮带轮27输入的实际上均匀的旋转运动传递到的输出端上的皮带输30上。旋转震动传感器28的信号实际上在记录器27上显示为直线38。运动传递的均匀度取决于皮带的几何图形结构，它的内部粘弹性能及它的摩擦逻辑性能数据。这可以从记录器37的模拟显示39直接看到。由旋转震动传感器33发出的信号在记录器37上是记录为以角度的分来计算的旋转偏差。如果n为转速，运动以w＝2πn＝恒定值的恒定角速度进行旋转运动，则该旋转运动被视作没有旋转偏差，也就是说是完全均匀的。

表4所列为传动皮带试样1号至3号在旋转偏差试验中的数据，该数据清楚地表明了本发明传动皮带结构所实现的改进胜过市场上所供应的传动皮带。在整个试验运转中，皮带轮27、30的直径为112毫米，试验是在无载条件下进行的。这就是说，传动皮带所传递的负载只与在测量设备的被驱动端上的无载损耗相应。

表4

试    传动皮带的尺寸    每分钟    每分钟

样    全厚或    宽度    环形带    1000转    3000转

号    层结构    （以毫    的长度    时的旋    时的旋

厚度    米计）    （以毫    转偏差    转偏差

（以毫    米计）    度（以    角度（

米计）    角度分    以角度

计）    分计）

1号    德国工业标准    5.0    40    1.500    8.1    6.7

D    IN111-2

的背革传动皮带

2号    现有技术所述的    2.8    40    1.500    5.7    3.9

扁平塑胶传动皮带

3号    本发明的扁    2.1    40    1.500    2.5    1.2

平传动皮带

Claims (14)

1、层状结构的扁平传动皮带，最少有一层在纵向起作用的抗拉层，该抗拉层以三明治的方式被压力镶嵌在两层热熔薄层之间。此外，最少在其中的一层热熔薄层上加有摩擦结构层。抗拉层可以由阿拉米德(aramide)纤维、碳素纤维、玻璃纤维、钢丝、聚乙烯醇纤维组成，或者是由这些纤维材料复合而成。该抗拉层的弹性模量为20，000至250，000牛顿/毫米²。而在抗拉层两面的热熔薄层(3，3′)则是由热塑材料构成的，具有40至600牛顿/毫米²的弹性模量。单层或多层摩擦结构层是由具有2至40牛顿/毫米²弹性模量的柔性增摩材料制成的。

2、权利要求1所提出的扁平传动皮带，其抗拉层（1）的纤维材料是利用纬织材料（2）来纵向固定的。

3、权利要求1所提出的扁平传动皮带，其热熔薄层（3、3′）是由一种塑料组成或是由混合塑料组成的。

4、权利要求1所提出的扁平传动皮带，为了能形成整体的层状结构，各层材料的熔点或分解点是依下述顺序递减的：抗拉层（1），摩擦结构层（4）和热熔薄层（3）。

5、权利要求1或2所提出的扁平传动皮带，其纬织材料（2）可与热熔薄层（3）的材料熔合一体。

6、权利要求1所提出的扁平传动皮带具有两层或更多的抗拉层（1）。毗邻的抗接层（1）由热薄层（3）隔开，并完全夹在热熔薄层中。

7、权利要求1至6中任一权利要求所提出的扁平传动皮带，其热熔薄层（3）具有抗静电性能。

8、权利要求1至7中任一权利要求所提出的扁平传动皮带，其层结构外部的热熔薄层（3）表面由于表面结构处理具有增强摩擦性能。

9、权利要求1所提出的扁平传动皮带，其摩擦层（4）中至少有一摩擦层具有增强静摩擦的性能。

10、权利要求1所提出的扁平传动皮带，其摩擦结构层（4）中至少有一层带有弹性物。

11、权利要求1、2和5所提出的扁平传动皮带，其含有阿拉米德（armide）纤维的抗拉层（1）具有70至140，000牛顿/毫米²的弹性模量。

12、权利要求1所提出的扁平传动皮带，其摩擦结构层的材料为晴橡胶，具有2至40牛顿/毫米²的弹性模量。

13、权利要求1或3所出的扁平传动皮带，其热熔薄层（3、3′）的软化点介于140℃至180℃之间。

14、权利要求1所提出的扁平传动皮带，其热熔薄层含有聚酰胺共聚物，具有200至400牛顿/毫米²的弹性模量。

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