TW201007031A - Variable speed belt - Google Patents

Description

201007031 六、發明說明· 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種變速帶，且更特別地，係關於一種包含 嵌齒齒腹(cog flank)的變速帶’其齒腹具有以第一角度設置 而能夠嚙合一個槽輪的第一平面、及以無法嚙合於槽輪表面 的第二角度設置的合作第二平面。 【先前技術】 在變速傳動系統的操作中，皮帶扮演报重要的角色。作為 一撓性元件，皮帶透過摩擦力而連接兩對槽輪(sheave)，以 便從驅動轴傳送動力到從動軸。每對槽輪包括一個固定式槽 輪及-個移動式槽輪。藉由控制諸移動式槽輪之轴向移動， 便可以改變速度與扭矩比。. 縱向張力及橫向壓縮。為了丨間’皮帶承受相當大的 性，設計皮㈣所㈣的主要^最大的性能、效率與财久 矛盾的要求，即，高縱向撓性，其中之—是要符合彼此 還要能維持適當的侧向接觸/横向堅硬度也要高，同時’ 此種技術的代表例如為美 其揭示—難置及製造枝T第⑽，412號(1"4)， 變式滑輪提供滑輪槽輪内面對連續變化傳動機構之可 心線隨時維持在-㈣質上冑，允許冠狀面鏈條·皮帶中 持所有的驅動比例。給=滑輪軸線的平面上，且維 發展屮一彻似* t 要滑輪槽輪内面輪廓，可以 個對應的切滑輪槽輪内面輪廓，以賴實質上完 098119359 201007031 美的皮帶對齊。滑輪槽輪内面輪摩可以被設計成是相同或疋 一致的。可以根據代數解法而發展出一致的滑輪槽輪内面輪 * 廓，允許在製造槽輪内面時的數值控制設計與製造技術。 - 因此，需要一種變速帶，包含嵌齒齒腹，其具有以第一角 度設置而能夠嚙合一個槽輪的第一平面、及以無法嚙合於槽 輪表面的第二角度設置的合作第二平面。本發明符合此項需 求。 參 【發明内容】 本發明的主要型態係提供一種變速帶，包含一被齒齒腹， 其具有以第一角度設置而能夠嚙合一護套的第一平面、及以 " 無法嚙合於護套表面的第二角度設置的合作第二平面。 從以下伴隨附圖所作的詳細說明中，可以清楚了解本發明 的其他型態。 本發明包含一種變速帶，包含：彈性體；張力繩，設置於 ® 彈性體内，且在無端環形方向上延伸；延伸自彈性體的嵌 齒’此後齒包含對置的齒腹，而每個齒腹包3具有夾角（α) 的第一平面，該第一平面能夠與一個槽輪相嚙合，每個齒腹 包含一個朝向嵌齒尖端設置而具有夾角（奶的第二平面；而 . 且，夾角（α)不等於夾角〇5)。 【實施方式】 隨附圖式係併入說明書内且形成說明書的一部分，例示本 發明的較佳實施例，且配合說明書的描述，一起解釋本發明 098119359 5 201007031 的原理。 本發明包含一種具有嵌齒的變速帶。為了滿足這些特殊的 設計要求，在變速驅動裝置中，採用具有嵌齒的v型皮帶 設計。圖1A是先前技術V型皮帶嵌齒之側視圖。圖1B是 圖1A中之先前技術V型皮帶嵌齒之立體圖。 為了進一步增加橫向堅硬度，同時仍舊維持高撓性及適當 的接觸面積，習知地使用一種雙重嵌齒皮帶設計，其中，在 皮帶頂面添加額外的嵌齒。圖2A是先前技術V型皮帶嵌齒 之侧視圖。圖2B是圖2A中之先前技術V型皮帶嵌齒之立 體圖。然而，此種雙重嵌齒設計具有如下的缺點：製造過程 較為複雜，且成本更高。在每一種先前技術皮帶中，嵌齒對 置齒腹(F)在操作期間各自接觸到一個槽輪，以傳送扭矩。 每個齒腹(F)實質上是一個平的表面。 圖3是本發明嵌齒之正視圖。本發明的皮帶包含本體1。 多個張力構件5被埋入本體1内。這些張力構件5承受皮帶 在操作期間所受到的張力負荷。張力構件5以無端環形、縱 向的方向延伸通過皮帶。 多個嵌齒30從皮帶本體延伸出來。這些嵌齒係沿著皮帶 全長而設置。每個嵌齒30包含一個實質上呈平面的齒腹表 面10、及一個實質上呈平面的齒腹表面20。參閱圖9，每 個齒腹表面10在操作期間卡合一個槽輪。 每對對置的齒腹表面10形成夾角α。參閱圖9,此夾角α 098119359 6 201007031 實質上等於槽輪角度α1的兩倍。 每個嵌齒另外包含對置的一對第二齒腹表面2〇,其係朝 •向嵌齒尖端50設置，且與第-齒腹表面10合作。每對第二 ' 齒腹表面20形成夾角ρ。 炎角α係在大約15度到50度之範圍内（每個滑輪槽輪角 又々大約為7度到25度）。夾角β係在大約25度到65度 之範圍内。也就是說，卜〇^(2χ離隙角）。。此「離隙角」 等於或大於約5度。相信’第—齒腹表面與第二齒腹表面之 二作特f生％夠在操作期間顯著降低皮帶所產生的噪音。本 說明書中用以描述本發明的所有數值僅為範例而已旅#用 以限制本發明的範圍或應用性。 φ 藉由範例方式，第二齒腹表面20可以包含大約5度的離 隙角其月b防止第二齒腹表面20接觸於槽輪。假設夾角α 為2〇度，如此一來，角度β為30度。此種構形可以運用在 74mm直徑的槽輪上。相較於先前技術皮帶，此種構形能夠 減少皮▼齒腹與槽輪的接觸超過5〇%。如此產生總厚度約 12mm的下繩部40(undercord，圖3)，其接觸長度縮減至大 約 5.5mm。 圖4是圖3之嵌齒之侧視圖。皮帶本體1可以包含：氯丁 二烯、EPDM或HNBR。張力繩5可以包含：聚酯、耐隆、 凱夫拉(Kevlar)、芳族聚醯胺(aramid)、或任何此技術中所熟 知的適用材質。本體内所使用的纖維強化物可以包含：棉 098119359 7 201007031 花、聚酯、芳族聚醯胺（包含PBO的所古微 有變形）、碳、及其 各種組合或混合。纖維長度可以在〇 5 到10mm之範圍 内。 皮帶也可以包含層壓織物’其中’分離_物層鋪設於嵌 窗之外表面。織物層可增進每織齒之橫向堅硬度。織物可 以包含：聚S旨、棉花、雜、芳族聚酿胺、或任何上述兩種 或以上材質之組合。 當運用於大量動力是傳送在較小直彳㈣輪上的變速驅動 裝置時’本發明的嵌齒齒腹構形便很有效。在這些情形中， 與高張力耦接的大量彎曲，可以在嵌齒侧邊上產生很大的接 觸力，且比起所希望的結果來說，能夠從繩線以更大的距離 (40)傳送大量負荷。 藉由利用接替的第二齒腹表面20，可維持住對平行於皮 帶長度而作用的彎曲力矩之抵抗性。同時，動力傳送獲得广 制’致使它發生在一個更加穩定的區域41(圖3)内，而此區 域係更接近於皮帶的節線(pitch line)。為此目的，節線即為 張力構件5之中心線。 現有的先前技術皮帶也具有在滑輪上的扭矩變化，這一點 是與嵌齒間隔有關，且與嵌齒進出槽輪有關聯。在被齒的進 出期間，接觸以及傳送力量的面積之變化，會產生與嵌齒之 嚙合頻率有關的刺激與噪音。藉由延長齒腹第二表面2〇直 到後齒之根部，可以減少刺激之量值，直到在槽輪與皮帶之 098119359 8 201007031 間建立起均勻接觸表面為止，而此係與嵌齒間隔及尺寸無 關。如此一來，在皮帶與槽輪之間產生平順的運轉過渡，且 ’預期可以減）4合」噪音及其他噪音，諸如，摩擦所引起 '的不穩定噪音’其可能會增加與施加到節線的力量中心點之 間的距離。

夾角β必須足以防止齒腹第二表面2〇由於其接觸槽輪而 產生起初很大的接觸力。如此意味著，可選擇夾角ρ，以配 合嵌齒橫向堅硬度上的差異。 例4倘若使用較柔軟的彈性體化合物而導致較柔軟的橫 向堅硬度的4 ’則使用相較之下較大的角度ρ，以防止表面 2〇與槽輪表面之間產生不想要的接觸。 表面10與表面2G之間的角度頂點Α，應該與節線或張力 構件5相隔—段距離，以防止表面20與槽輪之間產生接觸。 藉由根據_的摩擦範__與計算出來的勤，而決定 上述距離。如此能允許透過摩擦力卿㈣送想要的負荷。 而且不希望太小的接觸區域。 最後，選擇從節線或張力構件(假如此兩者並未一致的話） 所測量到的皮帶輪戟何軸、嵌#雜、麵位置、及兩 =夾角以便使橫向軸(橫跨皮帶寬度)周圍的響曲挽性達到 取大、維持住皮帶長度所界定的⑽的料堅硬度、且 在皮帶與槽輪之間提供足夠的接觸區域，以便將負載傳送至 槽輪上’或者將負载從槽輪傳送出去。 098119359 9 201007031 也要注意的是：張力構件的位置應該使皮帶的張力強度夠 大才行’且要夠接近嵌齒根部（參考圖4，R)，以平衡想要 的程兩個彎曲堅硬度。因此，可以根據驅動裝^的 參數(皮Φ寬度TW與槽輪角度α1)、配合槽輪而選擇的第一 角度、為提供足夠的接輕域且使f曲撓性相最大而選擇 的與嵌齒根部之間的距離，以及，與嵌齒堅硬度、接觸區域、 和噪音控制有關的第二角度。 圖5是用於不同範例皮帶之尺寸之圖表。其中顯示皮帶 A、B、C與D。變數係描述於圖3、4與6中。「繩有效 徑」是每條張力繩5之直徑。 圖6是嵌狀侧視圖。嵌齒高度為「h」^齒寬度為、 尖端半徑為「r2」。根部半徑為「rl」。嵌齒側邊角度為、」° 嵌齒尖端寬度為「w2」。 」° 圖7是用於不同皮帶的不同範例性嵌齒之範例尺寸之 表。其中顯示皮帶A、B、C與D。嵌齒係顯示於圖6中圖

圖8是一個變速系統。皮帶卡合在驅動滑輪槽輪與^ 輪槽輪之間。 A 圖9是變速滑輪槽輪之剖面圖。其中顯示皮帶⑽處柃 輪201與202之間的操作狀態。槽輪2〇1與2〇2以此領、槽 習知方式彼此相對在軸向上移動。槽輪角度…等於圖^斤 描述的夾角α之一半。0D是槽輪外徑。 所 圖10A是有限單元分析(FEA)模組所模擬的驅動/挪錢條 098119359 10 201007031 件之圖表。考量三個FEA模組，以模擬三個驅動/測試條件： 磨損測試、過度驅動、及不足驅動。對於每個驅動條件來說， - 滑輪尺寸、所施加的負載(輪轂力量與扭矩）、及對應的速度 - 比、皮帶端緊侧張力、皮帶鬆弛侧張力、及張力比例等係條 列於此圖表中。 圖10B是針對本發明皮帶的FEA模組測試結果之圖表。 皮帶A、B、C是先前技術皮帶。皮帶D是本發明的皮帶。 • 可以看出，就基本的設計特徵來說，本發明的皮帶比先前技 術皮帶更好。 圖11是本發明皮帶與先前技術在閒置期間可聽到的噪音 之比較圖表。在閒置期間觀測皮帶噪音。針對此測試，除了 使用「A」加權濾波器（weighting filter)的聲壓測量法之外， 還使用了主觀上的聲音判斷（人類的感覺：是否聽到噪音）。 一般來說，主觀的資訊會比聲壓測量法提供更大的權重 鲁（weight)’這是因為，從㈣者的立場來看，人類的耳朵判 斷此噪音特徵更為可靠。 1號皮帶到4號皮帶使用先前技術的幾何形狀(類似於圖 卜1A、2、2A所示的概齒、扁平齒腹）。所顯示的另一皮帶 -是「薄皮帶」，其亦採聽前技術幾何形狀。本發明的皮帶 被認定為「雙重角度」。 y軸代表從1(無噪音）到4(清楚噪音）的噪音等級。「χ」軸 則代表每條皮帶。對於每條皮帶來說，以行進i哩、1〇〇哩、 098119359 11 201007031 及200哩之使用而執行測試，以提供測試資訊。圖表顯示， 行進1哩、100哩、及200哩而執行測試之後，在所有的三 種距離中，完全不會產生任何主觀噪音的皮帶，就是本發明 1 的雙重角度」皮帶。因此，本發明的皮帶比起先前技術皮 - 帶更為安靜，且很耐用。 圖12顯示在關掉引擎、以手旋轉時的噪音比較之圖表。 測試車輛引擎並未運轉，而是以手工旋轉。測試車輛為運用 Rotax® 800 HO EFI雙活門引擎(v_twin engine)的市面上可❿ 買到的適合所有地形的車輛(all terrain vehide，ATV)。 兩個先前技術皮帶(Α)、（Β)與本發明的皮帶(c)作比較。 當被驅動的總哩數超過励哩時，本發明皮帶(c)所產生的 本曰明顯地小於先前技術皮帶與測試標準為主觀 的’且疋根據以人類觀察者所偵測到每條皮帶的相對蜂音程 ’ 度。 在通Μ中所使用的本發明皮帶之夾角⑼大約是26度。在 ❹ 測試中所使㈣本發明皮帶之夾角（酬大約是％度。 圖13疋顯不打開引擎時的噪音比較之圖表。本發明的皮 帶(C)明顯地比兩個先前技術皮帶為安靜(86佩），皮帶(Α) 為89dbA’皮帶⑼為96佩。測試車輛引擎在操作溫度且 於空檔狀態下運作。每條皮帶各使用議公里(kms)。使帛— 噪音計來測量聲音(dBA)。 - 疋.4示時間對車輛速度的比較之圖表。在測試車輛 098119359 12 201007031 皮帶 最大速度 到此速度 的時間 A 74.86 mph 8.27 sec B 75.82 mph 10.35 sec C 76.51 mph 10.37 sec 攀 ,、 〜"丨庋生的結 果。其係以一慣性動力計(inertia dynam〇meter)執行此則試 雖然已經描述了本發明的一些形式，但，對於熟習此項 術者來說，顯然可在不違背本發明的精神與範圍之前提下技 就結構與部件關係上產生一些修改。 【圖式簡單說明】 圖1A是先前技術v型皮帶嵌齒之側視圖。 圖1B是圖1A中之先前技術V型皮帶嵌齒之立體圖。 圖2A是先前技術v型皮帶欲齒之側視圖。 圖2B是圖2A中之先前技術V型皮帶嵌齒之立體圖。 圖3是本發明嵌齒之正視圖。 圖4是圖3之嵌齒之側視圖。 圖5是用於不同範例皮帶之範例尺寸之圖表。 圖6是嵌齒之侧視圖。 圖7是用於不同範例皮帶的不同範例嵌齒之範例尺寸之 圖表。 098119359 13 201007031 圖8是變速系統之示意圖。 圖9是變速滑輪槽輪之剖面圖。 圖10A是有限單元分析(FEA)模組所模擬的驅動/測試條 件之圖表。 圖10B是針對本發明皮帶的FEA模組測試結果之圖表。 圖11是本發明皮帶與先前技術在閒置期間可聽到的噪音 之比較圖表。 圖12是顯示關掉引擎、以手旋轉時的噪音比較之圖表。 圖13是顯示打開引擎時的噪音比較之圖表。 圖14是顯示時間對車輛速度的比較之圖表。 【主要元件符號說明】 1 本體 5 張力構件；張力繩 10 (第一）(齒腹)表面 20 (第二)(齒腹)表面 30 嵌齒 40 下繩部；距離 41 區域 50 (嵌齒）尖端 100 皮帶 201 槽輪 202 槽輪 098119359 14 201007031 A (角度)頂點 F 齒腹 ' h (嵌齒）南度 * ht (嵌齒）尖端切口高度 OD (槽輪)外徑 Q (從動輪)扭矩 R (嵌齒）根部 _ rl (根部）半徑 r2 (尖端）半徑 s 開口（長度） T1 繃緊張力 T2 鬆弛張力 Γ Tr 張力比 TH 皮帶厚度 ❹ TW 皮帶寬度 tc 張力繩距離 wl 嵌齒寬度 w2 (嵌齒尖端）寬度 a (第一齒腹表面）夾角 al (槽輪）角度 β (第二齒腹表面）夾角 Θ (嵌齒侧邊）角度；斜率 098119359 15

Claims (1)

1. 201007031 七、申請專利範圍： 1. 一種變速帶，包含： 彈性體； 張力繩，設置於彈性體内，且在無端環形方向上延伸； 延伸自彈性體的嵌齒； 該嵌齒包含對置的齒腹； 每個齒腹包含具有夾角（α)的第一平面，該第一平面能夠 與一個槽輪相嚙合； 每個齒腹包含一個朝向嵌齒尖端設置而具有夾角（β)的第 二平面；而且 夾角（α)不等於夾角（β)。 2. 如申請專利範圍第1項之變速帶，其中，該夾角（α)是在 大約15度到大約50度之範圍内。 3. 如申請專利範圍第1項之變速帶，其中，該夾角（β)是在 大約25度到65度之範圍内。 4. 如申請專利範圍第2項之變速帶，其中，該夾角（β)是利 用以下公式計算而得：β°=α°+(2χ離隙角）°，其中，該離隙 角等於或大於約5度。 5. 如申請專利範圍第1項之變速帶，其中，第二平面並未 接觸到槽輪表面。 6. 如申請專利範圍第1項之變速帶，其中，該夾角（β)大約 是36度。 098119359 16 201007031 7.如申請專利範圍第1項之變速帶，其中，該夾角（〇0大約 是26度。

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