CN101649883B - V形传动带和带轮的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种V形传动带和带轮的设计方法。它需要解决的技术问题是，V形传动带和带轮平时以V面的摩擦传动为主，啮合传动为辅。其设计步骤如下：1)在带有V形轮槽的带轮(1)槽底上设计出凹凸齿；2)在V形传动带(2)内径面上，设计出与带轮(1)有啮合关系的凹凸齿；3)将传动带(2)按作业状态与带轮(1)在图上啮合，则在传动带包角部分到平直部分的转折部位上，会出现传动带的凹凸齿与带轮的凹凸齿相干涉部分；4)以缩窄齿，径向缩小齿，或取消的方法来解决凸齿干涉问题。

Description

V形传动带和带轮的设计方法
技术领域
本发明涉及一种用于传动的带和轮，具体是一种V型传动带和带轮的设计方法。
背景技术
现有技术中，V形传动带和带轮之间全靠V面摩擦传动。当小带轮为主动轮，大带轮为从动轮时，为了减速，大小两个带轮直径比相当大，大带轮的包角远远大于小带轮的包角，从而造成小带轮打滑现象很普遍，雨雪天气尤为严重。例如油田抽油机，打滑不但造成皮带磨损加剧，也造成生产作业断续和长时间空转，生产效率大大降低甚至停产。
中国专利公开CN2469244公开了一种“联组圆弧齿形V带”，它的带体由伸张胶层、线绳缠绕连接层、缓冲胶层、线绳缠绕强力层、定向短纤维压缩胶层组成，带体的横截断面下部的形状为2～8个并联的V型截面形状，在V型截面形状的顶部沿带体的纵轴线方向有连续的圆弧齿形，带体的上表面为平整表面。但该V带的圆弧齿形仅是改善皮带的曲挠性能，本身并不传递力和力矩，于解决打滑问题无补。
中国专利公开CN1183338公开了一种“V形带系统”，该系统使用的V形带面上有与同步带轮啮合的齿形，所使用的大带轮是V形凹槽带轮，小带轮则是纯啮合传动的同步带轮。该系统在启动时，V形带会在V形凹槽带轮中略微打滑，能降低对于系统的初始启动冲击。由于V形带与小带轮是同步带啮合关系，它们之间的滑动问题是克服了，但“啃齿”问题依然存在。特别是该专利在皮带设计时违背了皮带设计的基本前提，也就是说皮带的扭力承载体应该是皮带的线绳或其它强力层而不不应该是皮带的橡胶层，因此，该专利的啃齿问题是设计原理有误，从而根本无法解决“啃齿”问题，“啃齿”情况非常严重，皮带寿命非常短，根本无法正常生产。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，克服了现有技术中存在的不足之处，V形传动带和带轮平时以V面的摩擦传动为主，啮合传动为辅，既保证了扭力的传递仍由摩擦传动来有效地传导到线绳或其强力层，又在皮带与带轮发生相对运动也就是“打滑”时靠带齿与轮齿的啮合来防止“打滑”，并且，在齿形设计时已经有效解决了带齿与轮齿的干涉问题，所以有效地解决了“啃齿”问题。
本发明的V形传动带和带轮的一种设计方法，简称为“以带适轮”，其特征在于按如下步骤设计：
1)在带有V形槽的带轮的槽底上，按啮合传动原理设计出凹凸齿；
2)在V形传动带内径面上，按啮合传动原理设计出与带轮有啮合关系的传动带；
3)将传动带按作业状态与带轮在图上啮合，则在传动带包角部分到平直部分的转折部位上，会出现传动带的凸齿与带轮的凹凸齿相干涉部分(由于凹凸齿的分界不十分严格，相干涉部分可能在带轮的凸齿部、凹齿部或它们的过渡部)。由于传动带与带轮结合时的曲率是在不断发生变化的，大致表现在三个地方，一种是与大带轮结合部分，一种是与小带轮结合部分，还有就是两轮之间的平直部分。由于传动带采用非刚性的材质制造，所以其上的齿形在带轮凹凸齿的约束状态下和在平直位置的非约束状态下的形状是有变化的，正是这种变化使传动带上的凹凸齿会在两状态转变点上发生干涉(据研究发现，某些规格的带的干涉部分可以厚到2~5mm，例如￠250MM规格)。相干涉问题的解决方案有三，也是本发明重要的创新点。
一是将传动带的凸齿在齿形中心线两边对称地缩窄到不与带轮之凹凸齿相干涉，并用于全带的凸齿设计，其余部分不变，使得传动带为凹凸齿间隔相连且均匀分布的传动带，即为-凹齿-窄凸齿-凹齿-窄凸齿-首尾连接，均匀分布。其中凸齿缩窄，不是简单的齿身缩窄，还要按照传动带设计要求，考虑该凸齿与两邻凹齿的过渡。
或者将传动带的凸齿径向缩小到不与带轮之凹凸齿相干涉，并用于全带的凸齿设计，其余部分不变，使得传动带为凹凸齿间隔相连且均匀分布的传动带，即为-凹齿-缩凸齿-凹齿-缩凸齿-首尾连接，均匀分布。其中凸齿径向缩小，不是简单的齿高降低，还要按照传动带设计要求，考虑该凸齿与两邻凹齿的过渡。
三是将传动带会发生干涉的凸齿取消，将其两邻的凹齿的齿底平滑相连，设计成长凹齿，使得传动带为长凹齿凸齿间隔相连且均匀分布的传动带，即为-长凹齿-凸齿-长凹齿-凸齿-首尾连接，均匀分布。其中两邻凹齿的齿底平滑相连，不是简单的几何拉平，还要按照传动带设计要求，考虑该长凹齿底部的形状和该长凹齿与两邻凸齿的过渡。
所述的凹凸齿可以是渐开线齿、椭圆线齿、双曲线齿、抛物线齿、摆线齿中的一种。优选为圆弧齿，它制造方便，使用效果比较理想。
带轮和传动带可以是单槽单带的，优选为多排联组的，以适应更大的使用范围。
所述的设计可以以机械制图方式完成，作为优选，所述的设计在计算机上完成，例如使用CAD、PRO-E等制图软件。
本发明的V形传动带和带轮的另一种设计方法，简称为“以轮适带”，也可以达到同样的设计效果。按如下步骤设计：
1)在V形传动带内径面上，按啮合传动原理设计出凹凸齿。
2)在带有V形槽的带轮的槽底上，按啮合传动原理设计出与传动带有啮合关系的的凹凸齿；
3)将传动带按作业状态与带轮在图上啮合，则在传动带包角部分到平直部分的转折部位上，会出现传动带的凹凸齿与带轮之凹凸齿相干涉部分；
4)将带轮的凸齿在齿形中心线两边对称地缩窄到不与传动带的凹凸齿相干涉，并用于全带轮的凸齿设计，其余部分不变，使得带轮为凹凸齿间隔相连且均匀分布的带轮；
或者将带轮的凸齿径向缩小到不与传动带的凹凸齿相干涉，并用于全带轮的凸齿设计，其余部分不变，使得带轮为凹凸齿间隔相连且均匀分布的带轮。
或者将将带轮会发生干涉的凸齿取消，将其两邻的凹齿的齿底平滑相连，设计成长凹齿，使得带轮为长凹齿凸齿间隔相连且均匀分布的传动带。
本方法的有关原理解释，三种解决方案的说明均与上面的方法相仿。
所述的凹凸齿可以是渐开线齿、椭圆线齿、双曲线齿、抛物线齿、摆线齿中的一种。优选为圆弧齿，它制造方便，使用效果比较理想。
带轮和传动带可以是单槽单带的，优选为多排联组的，以适应更大的使用范围。
所述的设计可以以机械制图方式完成，作为优选，所述的设计在计算机上完成，例如使用CAD、PRO-E等制图软件。
本发明方法设计出的传动带和带轮(特别是小带轮)，平常依靠摩擦传动，传动带的凹凸齿虽接触但基本不传递力和力矩的；只有在打滑时才叠加有齿啮合传动，使工作机能正常生产。即使发生爬齿现象，也能平稳、顺畅地度过，有效提高了传动带的使用寿命。经实际试用，效果十分理想。
附图说明
图1是本发明实施例1的作业示意图；
图2是图1的A部结构放大示意图；
图3-1、3-2是实施例1带轮的结构示意图。
图4是本发明实施例3的作业示意图；
图5是图4的D部结构放大示意图；
图6-1、6-2是实施例3带轮的结构示意图。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例并结合附图对本发明进行详细说明，但这些实施例不得理解为任何意义上对本发明的限制。
实施例1枛￠250cm规格的传动带及带轮的设计方法，在计算机上使用CAD软件进行。
1)按250cm规格要求的参数，按啮合传动原理先设计出内径面有凹凸齿为圆弧齿的五联排V形传动带2，见图3。其V形角为38度，其圆弧齿齿形曲线以细实线2-1表示；
2)按啮合传动原理，在带有V形轮槽的五联排带轮1的槽底设计出与传动带2凹凸齿2-1啮合的圆弧齿，其圆弧齿齿形曲线以虚线1-1表示；即虚线1-1′和细实线2-1重合；
3)见图1，将传动带2按作业状态与带轮1在图上啮合，见图2，则在传动带包角部分到平直部分的转折部位上，会出现传动带2的圆弧凸齿与带轮1之圆弧凹凸齿相干涉部分，即圆弧齿齿形曲线1-1和圆弧齿齿形曲线2-1的重叠部B；
4)将带轮1的圆弧凸齿在齿形中心线两边对称地缩窄到不与传动带2的圆弧齿相干涉的窄圆弧凸齿(其齿形曲线以细实线1-2，或点划线1-3表示)，并用于全带轮的圆弧凸齿设计，其余部分不变，使得带轮的凹凸齿为-圆弧凹齿-窄圆弧凸齿-圆弧凹齿-窄圆弧凸齿-首尾连接，均匀分布。此即得到￠250cm规格的传动带及带轮的设计产品。
实施例2枛￠250cm规格的传动带及带轮的设计方法，在计算机上使用CAD软件进行。
步骤1)、2)、3)同上例，见图1、图3。
4)将带轮1的圆弧凸齿径向缩小到不与传动带的凹凸齿相干涉的低圆弧凸齿(其齿形曲线以细实线1-4表示，见图2)，并用于全带轮的圆弧凸齿设计，其余部分不变，使得带轮的凹凸齿为-圆弧凹齿-矮圆弧凸齿-圆弧凹齿-矮圆弧凸齿-首尾连接，均匀分布。此即得到￠250cm规格的另一传动带及带轮的设计产品。
实施例3枛￠280mm规格的长凹齿传动带及带轮的设计方法，在计算机上使用CAD软件进行。
1)按280cm规格要求的参数，按啮合传动原理先设计出内径面有凹凸齿为圆弧齿的五联排V形传动带2，凹凸齿连续均布，见图4；其V形角为38度；
2)按啮合传动原理，在带有V形轮槽的五联排带轮1的槽底设计出与传动带2凹凸齿2-1啮合的圆弧凹凸齿，凹凸齿连续均布，见图4。
3)见图4，将传动带2按作业状态与带轮1在图上啮合，则在传动带包角部分到平直部分的转折部位上，会出现传动带2的圆弧凸齿与带轮1之圆弧凹凸齿相干涉部分，即带轮圆弧齿齿形曲线1-1和传动带圆弧齿齿形曲线2-1的重叠部D(见图5)；
4)将带轮1会发生干涉的两凸齿取消，将其两邻凹齿的齿底平滑相连，设计成长凹齿1-5，使得带轮1成为长凹齿-凸齿间隔相连且均匀分布的带轮1，即为-长凹齿-凸齿-长凹齿-凸齿-首尾连接，环形均布。此即得到￠250cm规格的传动带及带轮的设计产品。见图6-1和图6-2。

Claims (9)

1.一种V形传动带和带轮的设计方法，其特征在于按如下步骤设计：
1）在带有V形槽的带轮（1）的槽底上，按啮合传动原理设计出凹凸齿；　
2）在V形传动带（2）内径面上，按啮合传动原理设计出与带轮（1）有啮合关系的传动带；
3）将传动带（2）按作业状态与带轮（1）在图上啮合，则在传动带包角部分到平直部分的转折部位上，会出现传动带（2）的凹凸齿与带轮（1）的凹凸齿相干涉部分； 
4）将传动带（2）的凸齿在齿形中心线两边对称地缩窄到不与带轮（1）之凹凸齿相干涉，并用于全带的凸齿设计，其余部分不变，使得传动带（2）为凹凸齿间隔相连且均匀分布的传动带；或者将传动带（2）的凸齿径向缩小到不与带轮（1）之凹凸齿相干涉，并用于全带的凸齿设计，其余部分不变，使得传动带（2）为凹凸齿间隔相连且均匀分布的传动带；或者将传动带（2）会发生干涉的凸齿取消，将其两邻的凹齿的齿底平滑相连，设计成长凹齿，使得传动带（2）为长凹齿凸齿间隔相连且均匀分布的传动带。
2.根据权利要求1所述的V型传动带和带轮的设计方法，其特征在于：所述的凹凸齿是圆弧齿，或渐开线齿、椭圆线齿、双曲线齿、抛物线齿、摆线齿中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的V型传动带和带轮的设计方法，其特征在于所述的带轮（1）和传动带（2）为多排联组的。
4.根据权利要求1或2所述的V型传动带和带轮的设计方法，其特征在于所述的设计在计算机上完成。
5.根据权利要求3所述的V型传动带和带轮的设计方法，其特征在于所述的设计在计算机上完成。
6.一种V形传动带和带轮的设计方法，其特征在于按如下步骤设计：
1）在V形传动带（2）内径面上，按啮合传动原理设计出凹凸齿；
2）在带有V形槽的带轮（1）的槽底上，按啮合传动原理设计出与传动带（2）有啮合关系的凹凸齿；
3）将传动带（2）按作业状态与带轮（1）在图上啮合，则在传动带包角部分到平直部分的转折部位上，会出现传动带（2）的凹凸齿与带轮（1）之凹凸齿相干涉部分；
4）将带轮（1）的凸齿在齿形中心线两边对称地缩窄到不与传动带（2）的凹凸齿相干涉，并用于全带轮的凸齿设计，其余部分不变，使得带轮（1）为凹凸齿间隔相连且均匀分布的带轮；或者将带轮（1）的凸齿径向缩小到不与传动带（2）的凹凸齿相干涉，并用于全带轮的凸齿设计，其余部分不变，使得带轮（1）为凹凸齿间隔相连且均匀分布的带轮；或者将带轮（1）会发生干涉的凸齿取消，将其两邻的凹齿的齿底平滑相连，设计成长凹齿（1-5），使得带轮（1）为长凹齿凸齿间隔相连且均匀分布的带轮。
7.根据权利要求6所述的V型传动带和带轮的设计方法，其特征在于：所述的凹凸齿是圆弧齿，或渐开线齿、椭圆线齿、双曲线齿、抛物线齿、摆线齿中的一种。
8.根据权利要求6或7所述的V型传动带和带轮的设计方法，其特征在于所述的带轮（1）和传动带（2）为多排联组的。
9.根据权利要求6或7所述的V型传动带和带轮的设计方法，其特征在于所述的设计在计算机上完成。
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