專利名稱：齒形皮帶傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種在齒形皮帶傳動裝置中的改進(jìn)，該皮帶傳動裝置具有環(huán)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(shù)：
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，并且鏈輪的齒邊緣和齒底由各個圓弧形成。對于這種結(jié)構(gòu)，使齒形皮帶的齒底和鏈輪的齒邊緣彼此進(jìn)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(yù)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(shè)置在齒槽的中心線的相對兩側(cè)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于與齒槽中心線相交的直線上。設(shè)定在該直線和槽底面之間的距離(在齒槽的中心線上)，從而使曲率中心位于皮帶輪的節(jié)線之外，以便每個齒槽的周邊尺寸變得比傳統(tǒng)齒槽的周邊尺寸小，在傳統(tǒng)齒槽中該曲率中心位于皮帶輪的節(jié)線上，由此導(dǎo)致皮帶輪的接觸面部分的周邊長度大于傳統(tǒng)皮帶輪接觸面部分的周邊長度。作為其結(jié)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，從而防止由于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于這樣的技術(shù)，其中通過改進(jìn)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(dāng)將齒形皮帶傳動裝置應(yīng)用于較小外部尺寸的發(fā)動機(jī)時，齒形皮帶環(huán)繞小直徑的齒形皮帶輪(或者鏈輪)被拖動，并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，對于該齒形皮帶而言，為了防止伸長，沿著該齒形皮帶的周邊長度嵌入環(huán)形的芯線，從而引起芯線局部彎曲較大的程度。由此導(dǎo)致齒形皮帶的齒部或者芯線的耐久性的降低。

發(fā)明內(nèi)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(jù)本實用新型，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，并且具有嵌入其內(nèi)的多條芯線，其中每個齒形皮帶輪的鄰近的齒部被標(biāo)記為第一齒部和第二齒部，并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(dāng)將公共切線畫成接觸第一齒部和第二齒部的圓弧部分，并且第一切線經(jīng)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°范圍內(nèi)的一個值。
通過將在該公共切線和第一切線之間的角度設(shè)定為從6到14.4°范圍內(nèi)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(jìn)而使得齒形皮帶輪的外徑減小以提供尺寸減小的發(fā)動機(jī)成為可能。
當(dāng)該角度變得小于6°時，由于齒形皮帶輪齒部的影響，齒根的耐久性降低。當(dāng)角度變得大于14.4°時，芯線的彎曲應(yīng)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(xì)描述本實用新型的優(yōu)選實施例，其中
圖1示出了采用本實用新型的齒形皮帶傳動裝置的發(fā)動機(jī)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，說明了在本實用新型的齒形皮帶上進(jìn)行的疲勞磨損試驗的結(jié)果。
具體實施方式
參考圖1，發(fā)動機(jī)10包括一小型四沖程的頂置凸輪軸發(fā)動機(jī)(OHCengine)，其中，通過軸承13、14將曲軸15可旋轉(zhuǎn)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將連桿17可擺動地安裝到曲軸15上，并且通過活塞銷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(shè)在上殼體11中的汽缸部23內(nèi)。
與打開和關(guān)閉進(jìn)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(qū)域。齒形皮帶也稱作同步皮帶(timing belt)，環(huán)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(biāo)號33、34、35、36、37、38、41、42和43分別表示火花塞、塞帽、高壓線、反沖式起動器、反沖式起動器的手柄、燃料箱、上蓋、作為齒形被動皮帶輪28的可旋轉(zhuǎn)軸的樞轉(zhuǎn)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(jié)合在一起，形成齒形皮帶傳動裝置50。
由于齒形主動皮帶輪26和齒形被動皮帶輪28具有按照給定比率設(shè)置的齒數(shù)，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(xiàn)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(fā)動機(jī)10設(shè)置成更小的尺寸。
如圖3中所示，齒形皮帶27包括由橡膠制造的皮帶本體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(nèi)的由玻璃纖維制造的多條芯線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于齒形皮帶的彎曲特性的度數(shù)。在將要描述的實施例中，將齒形皮帶的彎曲特性的度數(shù)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(shè)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，位于齒底且與圓弧部分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(盡管第二齒部66采用與第一齒部61相同的形狀，但是為了清楚起見，將這些齒部彼此區(qū)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，并且形成圓弧部分65的一部分。
假設(shè)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(jīng)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，位于公共切線75的圓弧部分63上的接觸點是第一接觸點77，位于公共切線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之間的范圍內(nèi)以α的彎曲角度彎曲。點81是經(jīng)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(jīng)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(guān)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(shù)。例如，假設(shè)齒部61、66的外部形狀是不變的，那么齒形主動皮帶輪26的外徑的增加會引起齒數(shù)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，并且相似地，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(shù)的減少，結(jié)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(dǎo)致增加的應(yīng)力施加到芯線54上，結(jié)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，并且作用在芯線54上的應(yīng)力變小，從而提高耐久性。
然而，在圖4中，如果彎曲角度α小，那么當(dāng)齒形皮帶27環(huán)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(yīng)力集中在齒形皮帶27內(nèi)表面的一點上，這一點在彎曲點和位于公共切線75的圓弧部分63上的第一接觸點77之間。即，由于隨著彎曲角度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于增加，因此齒形皮帶27的齒根具有減小的強(qiáng)度，結(jié)果耐久性降低。
即使當(dāng)齒形主動皮帶輪26的外徑減小時，考慮前面得到的經(jīng)驗，在齒形皮帶27上進(jìn)行有關(guān)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(yīng)力增加的彎曲角度α的上限，并且獲得確保齒根的疲勞和磨損強(qiáng)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(jié)果值，下面參考表1來描述芯線的疲勞和磨損強(qiáng)度的結(jié)果。
表1


當(dāng)齒形皮帶的彎曲角度α結(jié)合在優(yōu)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(qiáng)度的評價值。
當(dāng)進(jìn)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(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從而由于各自的彎曲，使得齒形皮帶，更具體地說，使得芯線和齒根上被施加一應(yīng)力振幅，并且相對于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(jīng)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將在后面描述。
在試驗中使用的齒形皮帶的芯線具有下面的規(guī)格。
芯線規(guī)格材料玻璃纖維線直徑0.5mm現(xiàn)在，將各個測試?yán)脑囼灲Y(jié)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，它大于1.00，并且得到一個“好”的判定。
優(yōu)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，它大于1.00，并且得到一個“好”的判定。
優(yōu)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，它大于1.00，并且得到一個“好”的判定。
優(yōu)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，它大于1.00，并且得到一個“好”的判定。
優(yōu)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，它大于1.00，并且得到一個“好”的判定。
優(yōu)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，它大于1.00，并且得到一個“好”的判定。
優(yōu)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，它大于1.00，并且得到一個“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，它小于1.00，并且得到一個“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(qiáng)度的試驗結(jié)果。
表2


表2列出了對齒根的疲勞和磨損強(qiáng)度的評價值，齒形皮帶的彎曲角度α結(jié)合在優(yōu)選實施例11-16以及對比例11中使用的試驗例而改變。用于測試齒形皮帶的齒根的具體要求這樣選擇，即相對于優(yōu)選實施例1到6和對比例1和2，芯線的疲勞和磨損強(qiáng)度提高，從而防止在測試中由于芯線的損壞而可能發(fā)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(guī)格)。
用于測試的齒形皮帶的芯線具有下面的規(guī)格。
芯線規(guī)格材料玻璃纖維線直徑0.4mm線數(shù)11條現(xiàn)在，將各個測試?yán)脑囼灲Y(jié)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，它小于1.00，并且得到一個“不好”的判定。
優(yōu)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，它大于1.00，并且得到一個“好”的判定。
優(yōu)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，它大于1.00，并且得到一個“好”的判定。
優(yōu)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，它大于1.00，并且得到一個“好”的判定。
優(yōu)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，它大于1.00，并且得到一個“好”的判定。
優(yōu)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，它大于1.00，并且得到一個“好”的判定。
優(yōu)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，它大于1.00，并且得到一個“好”的判定。
現(xiàn)在參考圖5，在圖5中，用圖解的形式畫出了關(guān)于齒形皮帶的上述測試結(jié)果。在該圖形中，縱坐標(biāo)表示壽命比，而橫坐標(biāo)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(dāng)該彎曲角度α超過14.4這一值之后，該壽命比變得小于1。
隨著彎曲角度α的增加，齒根的壽命比增加。當(dāng)該彎曲角度α超過6.0這一值之后，該壽命比變得大于1。
顯然，從上面能夠得到，當(dāng)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(shù)為10，并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(jié)果，由于齒形皮帶輪的直徑減小和齒形皮帶的長度變短，能夠?qū)l(fā)動機(jī)的尺寸變成最小。
如上面結(jié)合圖2、4和5所描述的那樣，本實用新型致力于齒形皮帶傳動裝置50，在該裝置中，具有嵌入其內(nèi)的芯線54的齒形皮帶27繞著用來傳遞驅(qū)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征在于，各個齒形皮帶輪26、28的鄰近的齒部被標(biāo)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(dāng)將公共切線75畫成經(jīng)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°范圍內(nèi)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°范圍內(nèi)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(fā)動機(jī)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(chǎn)生不利的影響，導(dǎo)致齒根93的耐久性降低。在上述角度變得大于14.4°的情況下，芯線54的彎曲應(yīng)力增加，造成對芯線54的耐久性的破壞。
權(quán)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，并且具有嵌入其內(nèi)的多條芯線(54)，其特征在于，每個齒形皮帶輪的鄰近的齒部被標(biāo)記為第一齒部(61)和第二齒部(66)，并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(dāng)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，并且第一切線(74)畫成經(jīng)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°范圍內(nèi)的一個值。
專利摘要本實用新型提供了一種齒形皮帶傳動裝置(50)，其中齒形皮帶(27)環(huán)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(biāo)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(biāo)記為公共切線(75)。經(jīng)過第一齒部的齒邊緣的圓弧部分的起始點的切線被標(biāo)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°的范圍內(nèi)。
文檔編號F16H55/36GK2619092SQ0323641
公開日2004年6月2日 申請日期2003年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月21日
發(fā)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(yè)株式會社, 蓋茨優(yōu)霓塔亞州有限公司