Cvt皮帶的制作方法
【專利摘要】一種用于履帶驅(qū)動(dòng)車(chē)輛驅(qū)動(dòng)的、為環(huán)狀皮帶形式的硫化橡膠履帶，所述履帶具有皮帶主體，該皮帶主體包括：頂表面、頂寬度、底表面、總厚度、由嵌入在橡膠組分內(nèi)的被螺旋扭絞的張力繩構(gòu)成的張力繩層、繩上方橡膠層、繩下方橡膠層、在所述頂表面上的頂部齒輪廓以及在所述底表面上的底部齒輪廓；其中所述張力繩包括由用粘結(jié)劑浸漬處理過(guò)的碳纖維構(gòu)成的具有捻度的單束線。
【專利說(shuō)明】CVT皮帶
[0001] 本申請(qǐng)是發(fā)明名稱"CVT皮帶"、申請(qǐng)?zhí)?01080042385. 8、國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT/ US2010/050156、國(guó)際申請(qǐng)日2010年9月24日的發(fā)明申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 本發(fā)明要求享有2009年9月24日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/245, 377的優(yōu) 先權(quán)，其整體內(nèi)容合并于此W作參考。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明總體涉及用于變距驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力傳輸驅(qū)動(dòng)皮帶，更具體地涉及用于無(wú)級(jí)變速 器的皮帶，特別涉及帶有碳纖維張力繩的橡膠CVT皮帶。

【背景技術(shù)】
[0004] 變距驅(qū)動(dòng)（"VPD")包括至少一個(gè)變距帶輪。該些驅(qū)動(dòng)的速比是通過(guò)相對(duì)一個(gè)帶 輪側(cè)壁移動(dòng)另一個(gè)帶輪側(cè)壁從而皮帶W變距帶輪的不同節(jié)徑運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制的。為了獲得更 大范圍的速比，vro可W具有兩個(gè)變距帶輪。該樣的驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)上都稱之為"變速驅(qū)動(dòng)"，但 隨著閉環(huán)控制、無(wú)級(jí)變速器（"CVT")的發(fā)展，術(shù)語(yǔ)"變速驅(qū)動(dòng)"（"VSD")已經(jīng)變得更多地 與較簡(jiǎn)單的開(kāi)路控制驅(qū)動(dòng)相關(guān)聯(lián)，在開(kāi)路控制驅(qū)動(dòng)中速比是選擇性的或撥入式的或可調(diào)節(jié) 的，該里VSD將被用作該樣的意思。由此，VSD是帶有相對(duì)慢的、不頻繁的、或手動(dòng)變速或比 率調(diào)節(jié)的可變皮帶驅(qū)動(dòng)。另一方面，CVT通常具有某種基于系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)自動(dòng)且相對(duì)快 速換擋的閉環(huán)控制或反饋裝置。通常，在CVT中是基于速度測(cè)量或速度變化或?qū)λ俣葴y(cè)量 或速度變化作出反應(yīng)來(lái)控制主動(dòng)帶輪W將動(dòng)力源或發(fā)動(dòng)機(jī)保持在最佳功率或速度范圍內(nèi)， 并且是基于扭矩負(fù)載或?qū)εぞ刎?fù)載作出反應(yīng)來(lái)控制從動(dòng)帶輪的。變距帶輪可由各種機(jī)構(gòu)進(jìn) 行調(diào)節(jié)，包括機(jī)械的、電動(dòng)機(jī)械的、電子的、液壓的等等。皮帶驅(qū)動(dòng)CVT廣泛地使用于小型摩 巧車(chē)、全地形車(chē)輛、雪地機(jī)動(dòng)車(chē)甚至汽車(chē)。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)vro中兩個(gè)半輪沿軸向朝背離方向 或靠塊方向移動(dòng)W強(qiáng)行改變皮帶徑向位置時(shí)，由于皮帶在帶輪內(nèi)改變徑向位置，所W皮帶 會(huì)受到極大的摩擦力。當(dāng)兩個(gè)半輪沿軸向朝靠塊方向移動(dòng)W增加皮帶的節(jié)線時(shí)，皮帶受到 極大的摩擦力和高的軸向或橫向壓力。高的可變扭矩負(fù)載導(dǎo)致高的張力和高的模入力，該 高的張力和高的模入力也會(huì)導(dǎo)致皮帶上的高橫向力。一些vro應(yīng)用也將皮帶用作離合器， 該在皮帶的接觸表面上產(chǎn)生了附加的摩擦力。所有該些力在CVT中會(huì)因?yàn)閯?dòng)態(tài)應(yīng)用（例如， 伴隨高的加速負(fù)載的頻繁、快速的換擋）而非常劇烈。由于CVT皮帶橫跨驅(qū)動(dòng)皮帶輪和從 動(dòng)皮帶輪，其也受到持續(xù)的彎曲或挽曲。橡膠皮帶CVT皮帶通常無(wú)潤(rùn)滑地使用在被稱為"干 式CVT"應(yīng)用中。由此，一般vro皮帶，特別是CVT皮帶必須設(shè)計(jì)成具有良好的縱向柔初性、 高的縱向模量、高的抗磨損性W及高的橫向剛度。皮帶必須在寬的溫度范圍上長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0005] 本領(lǐng)域的代表是美國(guó)專利No. 6, 620, 068,其公開(kāi)了一種粗制邊緣雙面帶齒V型皮 帶，該種皮帶用于可變速驅(qū)動(dòng)，在內(nèi)側(cè)和外側(cè)具有曲線齒，一個(gè)由諸如聚醋、芳族聚醜胺和/ 或玻璃纖維做成的成螺旋形卷繞的繩的層。皮帶包括橡膠壓縮層和橡膠拉伸層，該橡膠壓 縮層和橡膠拉伸層含有橫向排列W進(jìn)行橫向加強(qiáng)的短纖維。皮帶還包括在內(nèi)側(cè)齒表面和/ 或外側(cè)齒表面上的織物加強(qiáng)層。
[0006] 同樣為本領(lǐng)域代表的是美國(guó)專利No. 4, 708, 703,其公開(kāi)了一種帶有對(duì)齊的上部齒 和槽及下部齒和槽的CVT皮帶，且?guī)в锌v向繩。齒優(yōu)選為在其頂部覆蓋有帶有橫向強(qiáng)化元 件W處理屈曲的問(wèn)題并增加扭矩性能。
[0007] 授予Knutson的美國(guó)專利No. 6, 695, 733和6, 945, 891公開(kāi)了一種帶有碳纖維張 力繩的有齒橡膠皮帶。Knutson的張力構(gòu)件是經(jīng)R化處理過(guò)的繩，該些繩W隔開(kāi)間隔并排排 列的方式跨皮帶的寬度螺旋狀卷繞。給出的繩例子全部是服-2構(gòu)造，雖然也提到了 12K-1、 服-3 W及其它構(gòu)造。繩可占到從約75%到約95%的皮帶寬度。Knutson僅僅建議該繩能 應(yīng)用于其它皮帶類型中的V型皮帶，但沒(méi)有提到CVT皮帶。
[0008] 美國(guó)專利公報(bào)No. 2001/041636A1公開(kāi)了一種塊式CVT皮帶，其包括環(huán)形負(fù)載載 體，該環(huán)形負(fù)載載體具有其上安裝有多個(gè)剛性塊的張力構(gòu)件。碳纖維被提及作為許多可能 的張力構(gòu)件中的一種。該設(shè)計(jì)沒(méi)有在張力構(gòu)件上設(shè)置橫向負(fù)載，而僅在塊體上設(shè)置了橫向 負(fù)載。
[0009] 授予Knutson等人的美國(guó)專利No. 5, 807, 194描述了碳纖維，包括服-3構(gòu)造，用于 鑄造聚氨醋有齒皮帶。如根據(jù)ASTM D4018確定的那樣，碳纖維通常具有范圍從約50G化到 約350GPa的彈性模量。單根碳纖維的橫截面直徑是從約4ym到約7ym的范圍。碳繩沒(méi) 有被粘結(jié)劑處理W便在皮帶鑄造期間不用限制聚氨醋材料的滲入。有齒的皮帶不在橫向負(fù) 載下運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0010] 同樣參考于2009年4月30日提交的共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào) No. 12/432, 985和于2008年7月1日提交的共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)No. 12/217,026， 兩者內(nèi)容整體合并于此W作參考。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明涉及該樣的系統(tǒng)和方法，即；提供改進(jìn)的CVT皮帶，所述皮帶提供改進(jìn)的 CVT驅(qū)動(dòng)性能，并且也提供改進(jìn)的皮帶構(gòu)建特性。
[0012] 本發(fā)明涉及一種硫化橡膠皮帶，其W環(huán)狀V型皮帶的形式用于變距驅(qū)動(dòng)，其具有 皮帶主體，該皮帶主體帶有；頂寬度、總厚度、傾斜的側(cè)面、由嵌入到皮帶主體中的螺旋扭絞 的張力繩構(gòu)成的張力繩層、位于繩上方的繩上方橡膠層W及位于繩下方的繩下方橡膠層。 該張力繩包括由碳纖維構(gòu)成的具有搶度的且用粘結(jié)劑浸潰處理過(guò)的單束線，粘結(jié)劑優(yōu)選與 該繩所嵌入的橡膠相容。
[0013] 在本發(fā)明的各種實(shí)施方式中，碳繩束可W是18K單束，且/或碳纖維可具有從約 6. 0微米到約6. 4微米的長(zhǎng)絲直徑，和/或從約200GI^a到約300GPa的彈性模量，和/或從 約1. 9%到約2. 3%的斷裂伸長(zhǎng)率。
[0014] 在各種實(shí)施方式中，皮帶可具有范圍從約2.0到約3.0的頂寬度與厚度的比率。皮 帶也可在頂部和/或底部具有齒輪廓，其可W是雙面齒輪廓，雙面齒輪廓可具有對(duì)齊的齒 根和相等的齒節(jié)距。皮帶也可具有在傾斜的側(cè)面上且靠近底部的后角。另外該皮帶可在室 溫下具有大于55N/mm/mm或從55N/mm/mm至75N/mm/mm范圍內(nèi)的橫向剛度。
[0015] 在各種實(shí)施方式中，張力繩層、繩上方層W及繩下方層中的至少一個(gè)可包括氯下 橡膠組分和己帰-a-帰姪橡膠組分。當(dāng)在垂直存在于所述橡膠組分中的任何取向纖維的 交叉紋理方向測(cè)量時(shí)，張力繩層的橡膠組分的彈性模量高于繩下方層的橡膠組分的彈性模 量。頂表面和/或底表面可w是橡膠，而不帶有任何覆蓋織物。
[0016] 前面提到的內(nèi)容已經(jīng)相當(dāng)寬地概述了本發(fā)明的特征及技術(shù)益處W求更好地理解 接下來(lái)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明。形成本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)主題的本發(fā)明的附加特征及益處將在下 文描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)到公開(kāi)的思想和【具體實(shí)施方式】可W容易地當(dāng)作為了實(shí)現(xiàn) 與本發(fā)明相同的目的而進(jìn)行修改或設(shè)計(jì)其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)來(lái)使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員同樣也應(yīng) 當(dāng)意識(shí)到該樣的等同結(jié)構(gòu)不脫離如在隨附的權(quán)利要求書(shū)中闡述的本發(fā)明的精神和范圍。被 認(rèn)為是本發(fā)明特征的新的特征，關(guān)于其結(jié)構(gòu)和使用方法，連同另外的目的和益處，將會(huì)從下 面結(jié)合附圖考慮的說(shuō)明書(shū)中很好地理解。然而，顯然可W理解，每一幅圖都是僅僅為了解釋 和說(shuō)明而提供的而無(wú)意作為限制本發(fā)明的定義。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 附圖包含于說(shuō)明書(shū)并形成說(shuō)明書(shū)的一部分，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的零 件，附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，且與說(shuō)明書(shū)一起，用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖 中：
[0018] 圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的局部分段的側(cè)視圖；
[0019] 圖2是圖1的實(shí)施方式沿著2-2線的剖視圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的局部分段的立體圖；
[002。 圖4是拉伸率打滑試驗(yàn)的皮帶特性的比較曲線圖擬及
[0022] 圖5是示出軸向剛度試驗(yàn)的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 圖3示出了為CVT皮帶或VPD皮帶形式的本發(fā)明典型實(shí)施方式。皮帶100具有大 體上等腰梯形的橫截面，背部的、上側(cè)的、外面的或頂側(cè)的面30平行于底部的、下側(cè)的或內(nèi) 側(cè)的面40。其余兩側(cè)的橫向側(cè)面42是限定出帶有夾角a的V型的皮帶輪接觸表面。皮 帶主體包括嵌入可選的粘結(jié)膠層116的張力繩16、繩上方層14 W及繩下方層12。粘結(jié)膠 層116、繩上方層14 W及繩下方層12通常為硫化橡膠組分。至少繩下方層可包括橫向取向 的、分散的短纖維，W增加皮帶主體的橫向剛度同時(shí)保持縱向柔初性。張力繩16是縱向負(fù) 載承載構(gòu)件。張力繩在常規(guī)上是由用粘結(jié)劑處理過(guò)的聚醋纖維或纖維束、芳族聚醜胺纖維 或纖維束或玻璃纖維或纖維束構(gòu)成的高模量、抗疲勞的且具有搶度的或成纜的束。在本發(fā) 明中，張力繩是具有由碳纖維長(zhǎng)絲構(gòu)成的具有搶度的單束。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，張力繩是 由18, 000根碳纖維構(gòu)成的具有搶度的單絲線，優(yōu)選具有約6. 2微米的長(zhǎng)絲直徑。皮帶的下 偵喊底部通常是"帶槽口的"或"帶有突起的"，即，被賦予波浪輪廓，W便加強(qiáng)皮帶主體所要 求的柔初性和剛性的平衡。可W給皮帶的底部提供繩下方織物覆蓋物（或有槽口的織物） (未圖示）W減少繩下方裂縫的產(chǎn)生和蔓延且增加皮帶主體的橫向剛性。同樣地，因?yàn)轭愃?原因，可W給皮帶背部提供繩上方織物覆蓋物（未圖示）。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，不使用織 物。
[0024] 圖2 W剖面形式示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，其具有用于皮帶主體的單橡膠 組分及嵌入其中的張力繩16。皮帶的總寬度稱為頂寬度且在圖2中標(biāo)識(shí)為"TW"。皮帶 的總體厚度標(biāo)識(shí)為"T。"。對(duì)于寬范圍的可變速驅(qū)動(dòng)，如上述CVT應(yīng)用，與單一速度的V型 皮帶相比，要求相對(duì)寬且薄的特殊的皮帶剖面。而典型且常規(guī)的V型皮帶通常具有約與 厚度一樣尺寸的頂寬度，或TW/T。之比率為約1到約1.7,根據(jù)本發(fā)明的VPD或CVT皮帶 通常寬度是其厚度的至少約兩倍，或具有TW/T。之比率為約2到約2. 5或甚至到約3. 0。 如在本領(lǐng)域中已知的那樣，寬度、厚度W及V型角確定了可能的速度變化范圍。例如參見(jiàn) Wallace D. Erickson, ed. , "Belt Selection and Application for Engineers,'，Marcel Dekker，Inc.，New化rk，（1987)，該里在此引入其內(nèi)容W作參考，尤其是由David E. Roos編 寫(xiě)的第六章"Vari油le-Speed Drive Desi即 Using V-Belts"。
[00巧]轉(zhuǎn)向張力繩的更詳細(xì)描述，碳纖維通常通過(guò)碳化母體纖維如聚丙帰膳纖維制 得，在碳化過(guò)程中形成的碳纖維直徑明顯減小。雖然在先的參考文獻(xiàn)大體公開(kāi)從100到 100, 000根纖維的任何線支數(shù)都可使用于張力繩，但包括長(zhǎng)絲支數(shù)（即，每支紗中單根碳纖 維的數(shù)量）為化、3K、服、12K、24K W及48K在內(nèi)的、商業(yè)上可用的線是頗受限制的，其中，最 經(jīng)濟(jì)的等級(jí)為6K或12K。因此，為了形成所期望的中等線繩的細(xì)度，需要將較小長(zhǎng)絲支數(shù)的 多支紗集束在一起，例如，五支3K線來(lái)獲得15K線繩，或者3支6K線來(lái)獲得18K線繩。如 本領(lǐng)域中所熟知的，碳纖維和由其形成的線繩的特征可由包含于其中的纖維數(shù)量而非W旦 尼爾或分特克斯來(lái)描述。數(shù)字和字母"K"的命名用于指示一支紗中碳纖維的數(shù)量。因此， 在"3K"碳纖維線中，"K"是"1000根纖維"的縮寫(xiě)標(biāo)記，而"3"指示倍數(shù)。因此"18K"碳纖 維標(biāo)識(shí)著18, 000根纖維或絲的線。此外，關(guān)于繩的命名，例如，在"18K-3"的碳纖維繩中， "3"指示H支18K線被加搶和/或W其它方法被集束在一起W形成具有54, 000長(zhǎng)絲支數(shù) 的繩。同樣地，市場(chǎng)上可得到的線的長(zhǎng)絲直徑已經(jīng)頗受限制，大多數(shù)供應(yīng)商提供約5微米的 細(xì)級(jí)別和/或約7微米的級(jí)別。此外，由于幾乎沒(méi)有柔初強(qiáng)化應(yīng)用獲得商業(yè)上的成功，所W 供應(yīng)商一般都瞄準(zhǔn)各種結(jié)構(gòu)性復(fù)合材料市場(chǎng)。雖然在諸如皮帶和輪胎的橡膠應(yīng)用中使用碳 纖維在許多年前就被提出，但是制造和使用該種產(chǎn)品的實(shí)際困難令人望而卻步。例如，為了 獲得粘結(jié)劑滲透到束內(nèi)的合適的滲透深度而進(jìn)行的碳纖維浸潰處理一直是困難的。因此， 許多參考文獻(xiàn)曾經(jīng)嘗試給碳纖維提供合適的粘結(jié)劑系統(tǒng)，并且還需要特殊的處理工藝，比 如美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)公報(bào)No. 2004/0043213 A1公開(kāi)的內(nèi)容。作為另一個(gè)例子，碳纖維線容 易在處理期間落屑，而且眾人皆知的是其在浸潰處理和加搶設(shè)備上的絨毛聚集。此外，即使 表面上看起來(lái)合適的張力繩被生產(chǎn)出來(lái)了，但獲得具有合適的性能特性，諸如疲勞壽命長(zhǎng)、 長(zhǎng)度穩(wěn)定性、粘結(jié)性好之類的碳纖維加強(qiáng)的橡膠皮帶一直是極其困難的。例如，美國(guó)專利 No. 6, 695, 733公開(kāi)了基于微調(diào)用來(lái)處理張力繩中碳纖維紗WL的模數(shù)來(lái)獲得合適的低伸 長(zhǎng)同步皮帶的許多詳細(xì)的方法，該里特此引入其內(nèi)容作為參考。因此，直到本發(fā)明為止，用 于商業(yè)上可實(shí)施的CVT皮帶的合適的碳纖維張力繩尚不為公眾所知。
[0026] 包含本發(fā)明構(gòu)件的張力構(gòu)件的繩包括由合適類型的碳纖維線構(gòu)成的加搶單束線。 在本文中且貫穿本公開(kāi)文件，術(shù)語(yǔ)"纖維"和"絲"可互換地使用來(lái)指示該樣的材料，即；具 有小的截面直徑，例如，4-7 y m，而且長(zhǎng)度至少約是其直徑的一百倍，不過(guò)通常具有極大的 甚至不確定的長(zhǎng)度；并且形成了線的基本元素。術(shù)語(yǔ)"線"使用于此且貫穿本公開(kāi)文件來(lái) 指示至少兩根、不過(guò)通常為碳纖維線，一千根或更多的纖維，該些纖維被掙在一起和/或被 搶繞在一起和/或被W連續(xù)的股的形式W其它方式集束在一起來(lái)形成繩的組成部分。術(shù)語(yǔ) "繩"貫穿本公開(kāi)文件使用來(lái)指示可被如本領(lǐng)域公知的那樣搶繞的一種或更多線的產(chǎn)品，并 且在采用兩種或更多種線的場(chǎng)合，可被進(jìn)一步掙在一起和/或被集束在一起和/或被搶繞 在一起且用粘結(jié)物或粘結(jié)劑處理來(lái)用在強(qiáng)化橡膠產(chǎn)品，比如皮帶中。術(shù)語(yǔ)"束"廣泛用來(lái)表 示碳化過(guò)程中產(chǎn)生的零搶度線。術(shù)語(yǔ)"單束"被用來(lái)描述僅由所產(chǎn)生的原始數(shù)量的絲組成 的零搶度線，至少在最終碳化步驟期間如此。因此單束的長(zhǎng)絲支數(shù)將W數(shù)字和帶有詞尾術(shù) 語(yǔ)"-1"的字母"K"來(lái)表示W(wǎng)強(qiáng)調(diào)其不是超過(guò)一種W上較小線的組合。
[0027] 碳纖維的例子在例如上述內(nèi)容作為參考被引入的美國(guó)專利No. 5, 807, 194中進(jìn)行 了描述。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知了解的那樣，根據(jù)皮帶的尺寸、想要達(dá)到的扭矩性能、最 小彎曲半徑等等，可W使用的束可W例如具有約66特克斯到約3, 600特克斯的單位長(zhǎng)度 質(zhì)量，W及約1000到約60, 000的長(zhǎng)絲支數(shù)（即，每支線中單根碳纖維的數(shù)量）。如根據(jù) ASTMD4018確定的那樣，符合本發(fā)明使用的碳纖維具有從約50GPa到約350GPa范圍的彈性 模量；優(yōu)選從約200GI^a到約300GPa ;最佳為從235GI^a到約275GPa。符合本發(fā)明使用的碳 纖維具有從約1.9%到約2. 3%的拉伸伸長(zhǎng)率，優(yōu)選從約2.0%到約2. 2%，最佳為約2. 1%。 在單根碳纖維的橫截面直徑在從約4 y m到7 y m范圍內(nèi)的本發(fā)明的實(shí)施方式中，使用于動(dòng) 力傳動(dòng)帶的繩的長(zhǎng)絲支數(shù)可為從約6000到約60, 000。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，繩的長(zhǎng) 絲支數(shù)可為約18, 000。在優(yōu)選實(shí)施方式中，繩的長(zhǎng)絲直徑可為從約6微米到6. 4微米，更優(yōu) 選地為約6. 2微米。
[0028] 碳纖維紗的束可被加搶W(xué)改進(jìn)操作性、柔初性等等。加搶可W使用已知的方法和 機(jī)器進(jìn)行。搶級(jí)不應(yīng)該高到引起過(guò)度的纖維斷裂或使得通過(guò)粘結(jié)劑處理進(jìn)行的滲透不可 能。依據(jù)束尺寸，搶級(jí)可從每英寸約0. 5搶回?cái)?shù)到每英寸約10搶回?cái)?shù)（"tpi")。優(yōu)選地， 搶級(jí)，包括對(duì)于18K-1線，優(yōu)選每英寸約0. 75到約2搶回?cái)?shù)的搶繞。
[0029] 適合使用于實(shí)踐本主題發(fā)明的碳纖維束的非限定性例子是由H菱人造纖維有 限公司（Mitsubishi Rayon Co.，Ltd.)將其商業(yè)化的，其商標(biāo)為PYR0FIL，優(yōu)選PYR0FIL TRH 5018k，據(jù)報(bào)道其長(zhǎng)絲直徑為約6微米或6. 2微米，密度為1. 82g/cc，拉伸模量為約 250GPa，伸長(zhǎng)率為約2. 1%，每單位長(zhǎng)度的重量為lOOOmg/m，抗拉強(qiáng)度為5. 30GPa，長(zhǎng)絲支數(shù) 為 18K-1。
[0030] 纖維制造商一般都為纖維涂上膠料，該膠料通常用于防止纖維在被加工成線并被 卷繞在線軸上時(shí)發(fā)生斷裂，并且/或者使由其形成的纖維和線在繩處理時(shí)易于變濕。在一 些實(shí)例中，膠料可因此而具有一種化學(xué)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與對(duì)線和/或長(zhǎng)絲實(shí)施的W將處理后 的繩結(jié)合到動(dòng)力傳輸皮帶為目的的繩處理相容，并且可W例如由此成為水基或溶劑基的環(huán) 氧溶液。貫穿本公開(kāi)文件，術(shù)語(yǔ)"膠料"用于指示W(wǎng)約0. 2%到2%干重的水平施加于線或 線長(zhǎng)絲W使其發(fā)揮上述功能的通常較薄的薄膜，其中，"干重"是指基于干燥的處理的線或 長(zhǎng)絲，將被施W膠料的干燥的線或長(zhǎng)絲的重量。束和線都可具有膠料，并且即使未提及也通 常推定為具有膠料。
[0031] 除了由碳纖維制造商提供的膠料W外，可對(duì)碳纖維束施W粘結(jié)劑處理?？蓪⑻祭w 維束浸潰于潮濕的粘結(jié)劑組分中，然后進(jìn)行干燥或固化?？墒褂玫恼辰Y(jié)劑的非限定性例子 包括；間苯二酷甲酵樹(shù)脂/乳膠溶液（"RFL")、環(huán)氧樹(shù)脂、異氯酸脂、聚氨醋、及其組合。 Rf^L是優(yōu)選的粘結(jié)劑處理。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，通過(guò)控制一個(gè)或多個(gè)變量選擇RFL 繩處理的彈性模量是有益的，該些變量的控制包括；調(diào)整繩加工條件，包括繩所暴露的溫度 和/或在處理加工期間被進(jìn)行繩處理浸潰線的暴露時(shí)間（此后稱為"加工條件"）；控制繩 的最終含水量；添加相對(duì)小量的填料諸如炭黑至用于浸入碳纖維的Rf^L繩處理溶液；控制 WL中甲酵與間苯二酷的重量比；控制WL中間苯二酷甲酵與膠乳的重量比，添加較少量常 規(guī)抗氧化劑的水成色散體至繩處理溶液，選擇用于WL溶液的乳膠類型，并且添加成塊的 異氯酸至RFL溶液，所有該些控制內(nèi)容在授予Knuson的美國(guó)專利No. 6, 945, 891中被更詳 細(xì)地公開(kāi)，該專利的內(nèi)容合并于此W作參考。各種類型的膠乳均可適當(dāng)?shù)厥褂?，包括例?VPSBR、CSM、HNBR、SBR、CR 等等。
[0032] 繩可進(jìn)一步被涂上附加的粘結(jié)劑層，主要意圖為涂抹在繩的外面W增強(qiáng)對(duì)皮帶主 體橡膠的附著力。該樣的通常在外面的繩涂層在此稱為"外涂層"或外涂層粘結(jié)劑。基于 該樣處理的繩的最終重量，外涂層通常W從約1%到約10%干重范圍的水平下實(shí)施。在 本領(lǐng)域找到了可使用的粘結(jié)劑例子，包括由Lord Co巧oration銷(xiāo)售的商標(biāo)為C肥ML0K或 CHEM0SIL 的各種組分和由 Chemical Innovations Limited(CIL)銷(xiāo)售的商標(biāo)為 CILB0ND 的 各種組分?？蛇x擇特定的外涂層W與下層粘結(jié)劑處理和橡膠皮帶主體相容的且具有其它期 望的諸如耐熱性、環(huán)境耐性或類似的特性。
[0033] 皮帶主體可W由任何期望的組分構(gòu)成，不過(guò)示范性的材料是基于彈性體的硫化橡 膠組分，諸如天然橡膠、聚氯下二帰、聚異戊二帰、下苯橡膠、己帰-a-帰姪彈性體、下膳橡 膠、聚氨醋彈性體等等。該些彈性體可如本領(lǐng)域公知的那樣與各種填料、短纖維填料、增塑 齊U、油類、加工輔料、抗氧化劑、抗莫氧劑、藥品、輔助劑等等混合。示范性的用于皮帶主體的 橡膠組分是W己帰-a-帰姪彈性體，諸如EPDM、EPM、E0M等等為基礎(chǔ)的，帶有在例如其內(nèi)容 合并于此W作參考的美國(guó)專利No. 5, 610, 217中公開(kāi)的過(guò)氧固化物和二駿酸金屬鹽。示范 性的用于皮帶主體W及包圍在張力繩周?chē)恼辰Y(jié)膠層的橡膠組分在例如其內(nèi)容合并于此 W作參考的美國(guó)專利No. 6, 616, 558中公開(kāi)。另一個(gè)優(yōu)選的橡膠組分是W具有優(yōu)秀的抗磨 損性的氯下橡膠為基礎(chǔ)的。當(dāng)在垂直于出現(xiàn)在組分中任何取向纖維的交叉紋理方向上測(cè)量 時(shí)，張力繩層中粘合橡膠組分的彈性模量可比繩下層的橡膠組分的彈性模量更高。在優(yōu)選 的實(shí)施方式中，繩下層和繩上層被裝載了橫向取向的芳族聚醜胺、聚醜胺、棉等的短纖維， 且粘合橡膠組分可W是不帶纖維填料的純膠料。
[0034] 除了張力繩層W外，其它加強(qiáng)層，例如其它織物層也可被結(jié)合到皮帶中，該些其它 織物層可W是如本領(lǐng)域公知的取向的或無(wú)取向的，編織的、非編織的、編結(jié)的或不連續(xù)的纖 維層。例如，織物層可使用于皮帶的任何表面從而例如改變表面特性，增強(qiáng)對(duì)龜裂形成和/ 或傳播的抵抗性等等。然而，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在皮帶的外表面不使用織物覆蓋物。 [00巧]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，皮帶的內(nèi)側(cè)（即底部）表面、外側(cè)（即頂部）表面或 該兩個(gè)表面都可包括齒，該些齒是按照預(yù)定的一個(gè)齒輪廓或多個(gè)齒輪廓形成的。齒的益處 可包括，在不明顯增加齒根裂紋敏感度的情況下改進(jìn)其柔初性，改進(jìn)抗龜裂性尤其是下部 齒齒根的抗龜裂性，W及改進(jìn)皮帶性能的一致性。2009年4月30日提交的美國(guó)專利申請(qǐng) 12/432, 985描述了優(yōu)選的雙面齒輪廓，其內(nèi)容合并于此W作參考。
[0036] 參照?qǐng)D1，雙面齒CVT皮帶10包括夾在形成皮帶主體的繩上方層14和繩下方層 12之間的張力繩層16。圖1示出的雙面齒V型皮帶也具有從皮帶主體突出的下部齒18和 上部齒20。上部齒20包括齒頂17、齒側(cè)面26 W及齒谷或齒根22。同樣地，下部齒18包括 齒頂19、齒側(cè)面36 W及齒根32。圖1的雙面齒V型皮帶是W齒條的形式畫(huà)出的，即，平的 且沒(méi)有張力繩的彎曲。
[0037] 因此，本發(fā)明的vro或CVT皮帶的一個(gè)實(shí)施方式可W是帶有上部齒輪廓和下部齒 輪廓的雙面帶齒V型皮帶，該上部齒輪廓和下部齒輪廓是對(duì)稱的，并且具有從一個(gè)齒根的 中也開(kāi)始延伸至相鄰齒的中也的按順序相連的直線（"L")和弧線（"A")，對(duì)于上部輪廓 而目該順序?yàn)長(zhǎng)1-A1-L2-A2-L3,而對(duì)于下部輪廓而目該順序?yàn)長(zhǎng)4-A3-L5-A4-L6,并且L1的 長(zhǎng)度加上半徑A1之和小于等于L4的長(zhǎng)度加上半徑A3之和的20 %，至少一個(gè)上齒根與一個(gè) 下齒根大體上彼此對(duì)齊。參照?qǐng)D1，L1相當(dāng)于齒根22寬度的一半，A1相當(dāng)于齒根半徑24， L2相當(dāng)于齒側(cè)面26, A2相當(dāng)于齒頂半徑28, L3對(duì)應(yīng)于齒頂17寬度的一半。同樣地，L4相 當(dāng)于齒根32寬度的一半，A3相對(duì)于齒根半徑34, L5相當(dāng)于齒側(cè)面36, A4相當(dāng)于齒頂半徑 38，L6相當(dāng)于齒頂19寬度的一半。在一個(gè)實(shí)施方式中，上部和下部的齒距可W是相等的且 所有齒根大體上對(duì)齊。在另一個(gè)實(shí)施方式中，上部齒可W比下部齒多。上部齒與下部齒的 數(shù)量比可W到1. 3或從1. 1到1. 3。又在另一個(gè)實(shí)施方式中，L4為零長(zhǎng)度，該樣下部輪廓具 有ALAL的順序。在本實(shí)施方式的變型例中，上部和下部的齒距可W是相等的且所有齒根大 體上對(duì)齊，或者上部齒比下部齒更多。在各種實(shí)施方式中，一些或所有的弧線和直線可W沿 切線方向相連。例如，直線L1和直線L2可沿切線方向與弧線A1相連，并且所述直線L4和 直線L5可沿切線方向與弧線A3相連。優(yōu)選L1、L3、L4 W及L6沿切線方向與它們位于齒根 中也和齒頂中也的鏡像相連，從而使齒根和齒頂是平坦且光滑的。在各種實(shí)施方式中，齒的 齒側(cè)面可W是傾斜的，從而使相反齒的齒側(cè)面之間的夾角在從約10度到約30度的范圍內(nèi)。
[0038] 圖2顯示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的在圖1的平面2-2處剖開(kāi)的橫截面，示出了本 發(fā)明的皮帶的備選的后角特征。V型皮帶的皮帶輪接觸面或側(cè)表面42 W相對(duì)于皮帶的豎直 軸線成a/2的角度地被切割，該豎直軸線通常應(yīng)當(dāng)與皮帶輪或傳動(dòng)系統(tǒng)的豎直軸線重合。 由此，一對(duì)相反的皮帶側(cè)表面42形成夾角a。在工作期間每一側(cè)表面42都與帶輪曬合，帶 輪角度也大體上等于a/2。雖然作為得到圖2的視圖的圖1是雙面齒CVT皮帶，但是應(yīng)當(dāng) 理解為圖2的截面給出了等同于單面齒CVT皮帶或不帶齒的CVT皮帶。
[0039] 在本發(fā)明的實(shí)施方式中，對(duì)于皮帶的傾斜的側(cè)面或在存在齒的情況下每一個(gè)齒而 言，進(jìn)一步包括一對(duì)方向相反的第二側(cè)表面44是有益的，該第二側(cè)表面44被朝向皮帶的內(nèi) 側(cè)表面或下部齒頂40布置且與第一側(cè)表面10相配合。每一對(duì)第二側(cè)表面44形成夾角Y。 角a可W在約15°到50° (因此每個(gè)皮帶輪槽角約7°到約25° )的范圍。角Y可W 在約25。到65。的范圍。目P，Y = a+(2X后角）。"后角"可約等于或大于5°且可被限 定為（y/2-a/2)。第一側(cè)表面和第二側(cè)表面的配合性質(zhì)被認(rèn)為使得在運(yùn)轉(zhuǎn)期間由皮帶產(chǎn) 生的噪聲大大降低。除非另有聲明，在本說(shuō)明書(shū)中用于描述本發(fā)明的所有數(shù)值僅作為例子 且無(wú)限定本發(fā)明的范圍和/或適用性之意。作為例子，第二側(cè)表面44可包括由阻止第二側(cè) 表面44與帶輪接觸的約5°的后角。假定角a是20°，該樣給出30°的角Y。圖2中的 齒頂切割高度（"ht")可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，例如，其可為1mm到5mm。更多關(guān)于本發(fā)明的CVT 皮帶的備選特征的細(xì)節(jié)可在于2008年7月1日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)12/217,026中找到， 兩者的內(nèi)容也都被整體合并于此作為參考。
[0040] 本發(fā)明可W根據(jù)已知的皮帶制造方法制造出來(lái)，已知的皮帶制造方法包括例如， 在圓柱形鑄模或用于移至鑄模的也軸上構(gòu)建各種豎直的或倒置的織物層、彈性體層W及張 力構(gòu)件層。張力繩可預(yù)定的繩間距或單位寬度的端部數(shù)量螺旋形地卷繞在也軸上。鑄 模可具有形成在其中的齒輪廓并且/或者所謂的"矩陣"可被使用來(lái)生成齒輪廓。在固化 或硫化W形成厚片后，可從其上切出和/或磨出帶有合適的一個(gè)或多個(gè)接觸表面V型角的 皮帶單體，且如果需要的話被反轉(zhuǎn)。
[0041] 在皮帶構(gòu)建過(guò)程中，注意到了 18K單束碳纖維繩保持了非常圓的繩形狀。該與之 前的用諸如6K-3線或6K-2線的多束線進(jìn)行的試驗(yàn)形成了對(duì)比，當(dāng)將那些6K-3線或6K-2 線繩螺旋形地卷繞到皮帶構(gòu)架上，即卷繞到也軸的橡膠層上時(shí)，該些線會(huì)顯示出截然不同 的凸起和/或平部分導(dǎo)致難W保持均勻的間隔。因此，本發(fā)明的單束碳纖維繩W更為均勻 的間隔的繩的形式提供皮帶制造過(guò)程中的改進(jìn)方案和成品皮帶的質(zhì)量改進(jìn)方案。改進(jìn)的環(huán) 形也可W有助于軸向剛度的增加和皮帶支撐。
[0042] 許多的CVT皮帶實(shí)施例被做出W說(shuō)明本發(fā)明的各方面和各實(shí)施方式。每一個(gè)比較 例（稱為"Comp. Ex")和每一個(gè)實(shí)施例（稱為"Ex.")都是基于相同的普通的CVT皮帶結(jié) 構(gòu)的。皮帶結(jié)構(gòu)使用載有EPDM纖維的繩下方材料，高模量EPDM粘合膠，W及載有EPDM纖 維的繩上方材料。EPDM組分與美國(guó)專利No. 5, 610, 217和6, 616, 558中公開(kāi)的組分相似。 不存在織物或其它加強(qiáng)層。所有的皮帶都被構(gòu)建并固化為在也軸上的厚片，然后被角切， 并且最終側(cè)面被磨成26度的V型夾角，頂寬度33. 6mm，整體設(shè)計(jì)厚度約16mm，形成頂寬度 與總厚度的比率為2. 1。皮帶結(jié)合有具有如上所述的齒根對(duì)齊且LALAL型輪廓的雙面齒輪 廓。下部齒的側(cè)面具有與距齒頂約4mm到5mm(即，如上所述的ht)的側(cè)面相交的約5度的 后角。所有的繩具有相似的約1. 2mm的直徑W及在約每英寸23至24個(gè)端部的相似的張力 繩層中。比較用的繩包括KEVLAR和TECHN0RA的芳族聚醜胺繩和玻璃纖維繩，均被認(rèn)為在 功能上具有相似的R化和外涂層粘結(jié)劑處理。本發(fā)明的實(shí)施例使用了 PYR0FIL的TR冊(cè)018K 單束碳纖維繩，其W 1. 5tpi為目標(biāo)加搶（實(shí)際上1.化pi)并用X-HNBR WL和CILB0ND進(jìn) 行了外涂層處理。縱向模量是通過(guò)如下方法來(lái)測(cè)量的，即；在兩個(gè)光滑的、直徑4. 25英寸的 平皮帶輪上安裝倒置的皮帶并用可選的謝形伸長(zhǎng)計(jì)W 50mm/min在常規(guī)的張力試驗(yàn)儀上拉 伸。為了評(píng)估作為CVT皮帶的改進(jìn)后的性能，執(zhí)行了許多其它?？诘脑囼?yàn)。
[0043] 皮帶軸向剛度（即橫向剛度）對(duì)于包括支撐繩張力的CVT皮帶性能至關(guān)重要。圖 5中示出了軸向剛度試驗(yàn)。軸向剛度是通過(guò)壓縮被背靠背地保持在兩個(gè)壓縮固定器50、50' 之間的兩段CVT皮帶54、54'來(lái)測(cè)量的，其中，每一個(gè)壓縮固定器都具有能夠與皮帶側(cè)面的 角相匹配的V型部分52。圖5中的箭頭表示施加壓縮力的方向，該壓縮力由常規(guī)的液壓或 螺桿驅(qū)動(dòng)張力試驗(yàn)機(jī)提供。剛度被定義為：作用力除W皮帶段長(zhǎng)度的二分之一，再除W變 形，并且是W N/長(zhǎng)度mm/變形mm為單位報(bào)告的。壓盤(pán)W 0. 3mm/s的壓縮率移動(dòng)了 3mm的總 位移，然后回到零，接著又重復(fù)了兩次。軸向剛度取為通過(guò)最終點(diǎn)的H次重復(fù)的斜率的平均 值。雖然軸向剛度僅僅是在松弛的皮帶段中測(cè)量的，不過(guò)可W預(yù)料其為CVT驅(qū)動(dòng)中被張緊 的皮帶的軸向剛度提供了合理的近似值。眾所熟知的纖維和繩是用來(lái)加強(qiáng)橡膠的，但對(duì)于 高度取向的纖維或繩而言，加強(qiáng)效果主要在平行于纖維取向的方向而在橫向方向最小。由 于張力繩是在軸向取向的，所W并不期待它會(huì)對(duì)皮帶的橫向剛度產(chǎn)生很大影響。因此，許多 在先的皮帶設(shè)計(jì)使用了另外的手段增加橫向剛度，諸如橫向取向的短纖維填充物、橫桿或 橫梁、橫向的輪胎繩、織物等等。出人意料的是，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的碳 繩在CVT皮帶的軸向剛度上具有比預(yù)料的大得多的效果。下表示出了軸向剛度效果。
[0044] 表1顯示了許多類型張力繩所測(cè)量的軸向剛度的比較，其中碳纖維與玻璃繩或芳 族聚醜胺繩相比都具有較高的軸向剛度。表1顯示了根據(jù)不同繩材料類型的期望值的皮帶 在縱向模量上變化。表1顯示對(duì)于Comp. Ex. 1-4的玻璃繩和芳族聚醜胺繩而言，在Comp. Ex. 1-4的不同的繩材料類型之間的軸向剛度基本上沒(méi)有表現(xiàn)出顯著的區(qū)別。然而，Ex. 5， 本發(fā)明的碳繩皮帶，展現(xiàn)了與比較皮帶相比大得多（約大20%)的軸向剛度。表2顯示在 從室溫至l〇(TC的寬溫度范圍內(nèi)始終觀察到了該一效果。平均說(shuō)來(lái)，碳繩給予本發(fā)明的CVT 皮帶在軸向剛度上比相當(dāng)?shù)姆甲寰坩h胺皮帶有約24%的增加。由此，在本發(fā)明的實(shí)施方式 中，根據(jù)此處描述的試驗(yàn)，軸向剛度可有利地大于約55N/mm/mm，或從55N/mm/mm到75N/mm/ mm，或從 60N/mm/mm 至Ij 70N/mm/mmD
[0045] 表 1
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于履帶驅(qū)動(dòng)車(chē)輛驅(qū)動(dòng)的、為環(huán)狀皮帶形式的硫化橡膠履帶，所述履帶具有皮 帶主體，該皮帶主體包括：頂表面、頂寬度、底表面、總厚度、由嵌入在橡膠組分內(nèi)的被螺旋 扭絞的張力繩構(gòu)成的張力繩層、繩上方橡膠層、繩下方橡膠層、在所述頂表面上的頂部齒輪 廓以及在所述底表面上的底部齒輪廓； 其中所述張力繩包括由用粘結(jié)劑浸漬處理過(guò)的碳纖維構(gòu)成的具有捻度的單束線。
2. 如權(quán)利要求1所述的硫化橡膠履帶，其中所述單束線是18K單束。
3. 如權(quán)利要求1所述的硫化橡膠履帶，其中所述單束線是12K單束。
4. 如權(quán)利要求1所述的硫化橡膠履帶，其中所述碳纖維具有從約6. 0微米到約6. 4微 米的長(zhǎng)絲直徑、從約2006?&到約3006?&的彈性模量以及從約1.9%到約2.3%的斷裂伸長(zhǎng) 率。
5. 如權(quán)利要求4所述的硫化橡膠履帶，其中所述長(zhǎng)絲直徑是約6. 2微米，所述彈性模量 是從約235GPa到約275GPa，并且所述斷裂伸長(zhǎng)率是約2. 1 %。
6. 如權(quán)利要求1所述的硫化橡膠履帶，其中所述碳纖維具有從約6. 0微米到約6. 4微 米的長(zhǎng)絲直徑、從約200GPa到約300GPa的彈性模量、和從約1. 9%到約2. 3%的斷裂伸長(zhǎng) 率。
7. 如權(quán)利要求1所述的硫化橡膠履帶，其中所述張力繩包括與嵌入的橡膠相容的外涂 層粘結(jié)劑。
8. 如權(quán)利要求1所述的硫化橡膠履帶，其中所述捻度在每英寸0. 75捻回?cái)?shù)至每英寸 2.0捻回?cái)?shù)的范圍內(nèi)。
9. 如權(quán)利要求1所述的硫化橡膠履帶，其中所述張力繩層、所述繩上方橡膠層以及所 述繩下方橡膠層中的至少一個(gè)包括氯丁橡膠組分。
10. 如權(quán)利要求1所述的硫化橡膠履帶，其中所述張力繩層、所述繩上方橡膠層以及所 述繩下方橡膠層中的至少一個(gè)包括乙烯-a-烯烴橡膠組分。
11. 如權(quán)利要求1所述的硫化橡膠履帶，其中當(dāng)在與存在于所述橡膠組分中的任何取 向纖維垂直的交叉紋理方向上測(cè)量時(shí)，所述張力繩層的所述橡膠組分的所述彈性模量高于 所述繩下方橡膠層的所述橡膠組分的所述彈性模量。
【文檔編號(hào)】F16G5/20GK104389948SQ201410482389
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2010年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2009年9月24日
【發(fā)明者】R·M·杜克, J·G·諾克斯 申請(qǐng)人:蓋茨公司