CN101660590B - 皮带轮传动系统 - Google Patents

Abstract

一种皮带轮传动系统，其例如用于电动马达驱动器(3)，所述皮带轮传动系统包括缠绕主动小齿轮(1)和从动皮带轮(4、104)的环形皮带(5)。张紧机构设置用于对主动小齿轮(1)和从动皮带轮(4、104)之间的皮带(5)的绷紧起作用以增大皮带(5)的张力。从动皮带轮被设置为和与其接触齿带(5)的段没有完全啮合接合，从而可以在传动系统启动时主动小齿轮(1)和从动皮带轮(4、104)达到同步转速之前、在皮带(5)和从动皮带轮(4、104)之间发生滑动。

Description

皮带轮传动系统

技术领域

本发明涉及皮带轮传动系统，更特别地，涉及用于例如为电驱动剪草机的电动草坪维护装置的皮带轮传动系统。

背景技术

皮带轮传动系统是公知的。在剪草机领域，已知提供缠绕主动小齿轮和从动皮带轮的皮带。已知在主动小齿轮和从动轮之间具有固定距离的皮带轮传动系统。如果需要高减速比并且在小齿轮和皮带轮之间只有短的中心距离的话，由于只有一些主动小齿轮的齿与皮带接合，所以不可能使用这种系统。还已知主动和从动轮的中心之间的距离可调整的系统。这种系统具有附加的装配费用，并且要求额外的装配空间以允许组件运动用于张紧皮带。在需要大功率或系统中具有大惯性的情况下，在启动时会发出刺耳的碰撞声，甚至导致皮带和小齿轮的损害。这特别适用于通过通用电动马达提供动力的产品，所述通用电动马达在最初启动阶段传递最大传动转矩。还已知如在FR2902282中公开的使用V形皮带的皮带轮传动系统。

本发明目的是减小或消除现有技术系统的缺点，特别那些要求小齿轮和皮带轮之间具有精确的固定中心距离的系统的缺点。

发明内容

结合前述，根据本发明提供了例如用于电动马达驱动器的皮带轮传动系统，其包括缠绕主动小齿轮和从动皮带轮的环形齿带，以及对主动小齿轮和从动皮带轮之间的皮带的绷紧起作用以增大皮带张力的张紧机构，其特征在于，从动皮带轮被设置为和与其接触的齿带的段没有完全啮合接合，从而可以在传动系统启动时主动小齿轮和从动皮带轮达到同步转速之前，在齿带和从动皮带轮之间发生滑动。

如下描述，从动皮带轮可以是与皮带没有任何啮合接合的平滑皮带轮，或可以具有用于与皮带部分啮合接合的部分齿。

有利地，提供了皮带处于张力状态下的不可脱离的皮带传动。

张紧机构将一定水平的张力应用到齿带中，以使得在皮带和从动皮带轮之间可以发生滑动。发生滑动时的转矩取决于皮带和皮带轮之间的相互作用以及因此对此发生影响的因素。系统中的张力越高，系统滑动时的转矩越大。

张紧机构张紧齿带，以使得在预定范围内的传动转矩水平下在皮带和从动皮带轮之间发生滑动。滑动对系统可以是有利的，预定地在马达的启动阶段发生一些滑动以减小嘈杂的噪音并防止对皮带的损害，在其它情况下施加在皮带上的未消耗的力会引起所述噪音和损害。这种滑动是瞬时的、可控制的滑动，而不会是连续的或延长的。这种滑动对运行装有所述传动系统的机器的用户来说是难以察觉的。

皮带滑动时的转矩可以低于马达失速转矩。马达失速转矩是当马达处于失速状态但仍通电时将会应用的转矩。滑动并不预定在常规运行条件下发生，而是假如转子锁定并且传动转矩突然增大时将发生。如果转子锁定并且皮带轮系统中的转矩超过滑动值，那么皮带会在皮带轮上滑动并且马达将不会承受足够高以引起失速的转矩。可以提供一种装置以检测这种情形并在这种情况下切断马达的动力。皮带将继续滑动直到马达被过载切断装置断电后才停止。

皮带滑动时的传动转矩可备选地设定为大于马达失速转矩的值。在马达启动阶段，由于惯性作用，在皮带轮系统中承受的转矩可以大于马达失速转矩值，所以在马达启动阶段仍可以发生滑动。如果转子锁定并且传动转矩突然增大，那么马达会在皮带滑动之前失速。如果马达设有过载切断装置，并且系统在刚刚大于马达失速转矩的传动转矩下滑动，那么皮带可以在马达刚刚失速后滑动，同时系统承受的转矩处于最大值。

在失速情况下的滑动可以是连续的且是操作者可察觉的。滑动应当一次持续不超过几秒钟，例如为10秒左右，否则可能引起对系统组件的损害。

马达将滑动时的传动转矩利用包括组件大小和位置的系统相关参数而确定。关于这些因素的可能发生的变化被考虑在内，并且传动转矩始终基于在产生较低滑动转矩的容差范围内的值而被计算。于是例如为皮带长度变化的系统组件的任何变化都会导致在马达将滑动时的传动转矩上的稍微增大，这与处于这个值的减小相反。这确保系统在具有绝不会太小的下限值的预定范围内滑动。

齿带理想地与主动小齿轮的齿完全啮合。相比无齿带来说，提供齿带意味着当齿带已安装时可以在皮带上应用更低的张力。主动小齿轮与皮带啮合并确保主动小齿轮和皮带之间的强制(positive)传动接合。滑动将发生在皮带和从动皮带轮之间而不是皮带和主动小齿轮之间。

从动皮带轮可以是平滑皮带轮。平滑皮带轮是没有用于与齿带啮合的齿的皮带轮。如果系统中转矩变得太大，那么平滑皮带轮可以有助于皮带在皮带轮上的瞬时可控的滑动。正如所述的那样，系统中的张力越大，滑动将发生的值越大。转矩滑动值可以被选择以使得在马达启动阶段和马达的动态失速中发生滑动。

备选地，从动皮带轮可以设有多个部分齿(partial teeth)，该部分齿即只与齿带部分地啮合且因此相比于皮带与主动小齿轮啮合来说所述部分齿与皮带更不强制地啮合。部分齿允许皮带在皮带和小齿轮之间的力大于某一值时滑动。在常规运行情况下，部分齿将与皮带接合并且当皮带运动时皮带施加力到部分齿上，该力又驱动皮带轮。在施加高的力到部分齿上的运行情况下，皮带会在齿上滑动并相对于皮带轮运动。与平滑皮带轮相比，对于系统中给定的张力，皮带会在更高的转矩值下相对具有部分齿的皮带轮滑动。因此，如果期望系统中的张力相对低，那么通过使用不同于平滑皮带轮的具有部分齿的皮带轮，滑动发生的转矩值可以被保持。

与齿带啮合的部分齿的数量可以比接触皮带轮的皮带的齿的数量少。更特别地，部分齿可以按齿带的凹槽之间的距离的几倍距离围绕从动皮带轮间隔开。选择从动皮带轮上的部分齿的数量提供了确定皮带和从动皮带轮之间滑动将发生的实际转矩值的一种方法。增加齿的数量将增大转矩滑动值。部分齿可以在皮带轮上等距地间隔开。依据从动皮带轮上可以容纳的齿的最大数量和系统所需转矩滑动值，例如可以为五个皮带齿提供一个部分齿，也可以考虑其它组合。

部分齿具有形成为平滑曲线的齿形轮廓。备选地或附带地，其可以至少在部分齿的驱动侧具有倾斜的侧面。这些特征使得皮带能够在高转矩情况下滑动而不受损害。当高转矩被施加到系统上时，皮带将滑上倾斜侧面并且或备选地在顶部轮廓上滑动。调节齿形轮廓会影响滑动转矩值。例如具有陡直的侧面会增大滑动转矩，而具有更平缓的侧面会使得皮带在较低的转矩值滑动。

部分齿可以具有皮带上齿的高度的30％到90％的高度。部分齿的高度优选为皮带齿的高度的60％到80％。这种高度限定使部分齿能够实现其功能。如果部分齿太高，那么在足够低的转矩值下皮带将不能滑动。如果部分齿太小，那么皮带将不能通过齿被有效地接合，并且皮带轮将更类似于平滑皮带轮。

张紧机构可以包括安装到相对于马达固定的框架上的张力装置，所述马达驱动传动系统。这种框架可以构成例如为剪草机的机器的结构的一部分。备选地，所述框架可以方便地是马达的整体部件。所述装置通过可释放的连接件被安装到马达架上，所述连接件例如为卡口式可转动联结器且在此也被称作卡口联结器，由此有助于传动系统的装配。张力装置包括惰轮臂，该惰轮臂在一端可转动地安装到马达架上，且具有自由端，所述自由端设有方便地构成轴承且用于接合齿带的构件。所述臂可以围绕装置安装到马达架上的点转动。所述臂通过优选为扭转弹簧的弹簧起作用，用于将张力应用到皮带上。马达架提供方便的安装位置用于将张力装置设置在主动小齿轮附近，然而也可以设想将所述张力装置定位在皮带周围的其它位置。

在优选构造中，张力装置是可以按一个整体的形式装配到马达架上的单元。接触皮带的轴承被卡扣配合(snap-fitted)到张力装置的臂的自由端上，并且弹簧被添加到装置的安装位置末端的这个组件。然后所述单元通过可释放的连接件被装配到马达架上。在该装配过程中，张紧器的自由端能够围绕其安装点转动以压迫弹簧。因为弹簧会始终倾向于返回其无负载状态，所以弹簧相反于张紧器自由端转动的方向施加力，并且张紧机构被定位在使得自由端的轴承施加力到传动皮带上的位置。从而张紧力被应用到主动小齿轮和从动皮带轮之间。

张紧机构可以设置为使得张力装置可以在存储位置及运行位置被安装到马达架上。存储位置指的是系统安装不完全及张力没有被应用到皮带上的位置。张紧机构可以例如通过卡口联结器被暂时锁定在存储位置。在运行位置，扭转弹簧作用于惰轮臂并且张力可以被应用到皮带上。

系统的传动可以具有高减速比。

所描述的皮带轮传动系统可以有利地应用于电动的草坪维护装置，特别是应用于电驱动剪草机。

附图说明

参考附图，从一些实施方式的以下详细描述中将获得本发明的更完整理解、其目的和特征：

图1是示出根据本发明的包含平滑从动皮带轮的皮带轮传动系统的侧视图；

图2是示出根据本发明的包含带有部分齿的从动皮带轮的皮带轮传动系统的侧视图；

图3是图2所示的在圆圈A中的一部分传动系统的放大比例图；

图4是图2的皮带轮传动系统的透视图；

图5是图2的皮带轮传动系统的透视图，包括张紧机构的分解图；

图6是小齿轮和张紧机构在运行位置的二维图；

图7是图6沿线VII-VII的截面图；

图8是小齿轮和张紧机构在存储位置的二维图；和

图9是图8沿线VIII-VIII的截面图。

具体实施方式

在附图中示出了根据本发明的皮带轮传动系统的两个实施方式，在所有图中用相同的附图标记标示相应的组件和特征。特别地，但是并不排他地，皮带轮传动系统被设计用于草坪维护装置中。

图1示出了具有环带5的皮带轮传动系统，其中环带5缠绕主动小齿轮1和从动皮带轮4。张紧机构9被设置为对主动小齿轮1和从动皮带轮4之间的皮带的绷紧起作用，以增大皮带5的张力。张紧机构9位于主动小齿轮的区域的马达架2上。皮带5是带有齿13的齿带。小齿轮带有齿1(未示出)，皮带5上的齿13与所述齿1完全啮合接合。从动皮带轮4是平滑皮带轮并且没有齿。

小齿轮1和皮带轮4之间的相对大小差异表示出具有约4.5到1的高减速比的实施方式。所述系统也可同等地应用于具有例如为6到1的比例的更高减速比的系统。没有阻止所述系统应用于具有仍然更高的减速比的系统的预想的限制。

主动小齿轮1通过电动马达3提供动力。当小齿轮1转动时，由于皮带5的齿13和主动小齿轮1的齿之间的强制接合，因此随着小齿轮1旋转，皮带被驱动环绕(运转)。运动的皮带又使皮带轮4转动，除非皮带5和皮带轮4之间的转矩太大以至于皮带在平滑皮带轮4上滑动。滑动发生的转矩值取决于系统中的张力。张力越大，转矩滑动值越高。张紧机构9设定张力以使得系统在期望的预定转矩水平滑动。转动方向使得张紧机构位于皮带的松弛侧。

张紧机构9在后面参考图4至9详细描述。

图2、4和5示出了一种皮带轮传动系统，该皮带轮传动系统除了从动皮带轮具有用于与齿带协同工作的部分齿12之外，其与图1的皮带轮传动系统相同。部分齿12围绕皮带轮104的圆周形成，并且围绕皮带轮104以相等距离间隔开以使得在与皮带轮104接触的整段皮带上五个皮带齿13中只有一个与部分齿12接合。因此在这个实施方式中，皮带轮104的齿的总数是5的倍数。

如图3所示，部分齿的距皮带轮104最远的顶部具有弯曲的轮廓。齿形轮廓是平滑的，并且在齿的顶部处的区域中具有曲率R1的凸半径，在齿的各齿侧面的底部区域中具有曲率R2的凹半径。所述曲率平滑地结合以使得在齿形轮廓中没有突然的变化。齿的侧面14、15是倾斜的。部分齿可以备选地只在每个部分齿的驱动侧(未示出)具有倾斜的齿侧面。对于图3所示的轮廓来说，倾斜的齿侧面还可以具有更陡直的或平缓的轮廓。

部分齿的高度H1小于皮带齿的高度H2，并且因此小于皮带齿之间的凹槽的深度。每个部分齿12具有在皮带的齿13的高度的30％到90％、优选60％到80％的范围内的高度。

部分齿12的形状会影响转矩滑动值。与具有更高、更陡直的部分齿的系统相比，具有更小高度和具有更不陡直的齿侧面或更平缓的弯曲的顶部轮廓的部分齿12会导致系统在更低转矩值下滑动。实际转矩滑动值还可以通过改变皮带轮104上的部分齿12的数量而调整。减小部分齿12的数量会减小转矩滑动值，而增加部分齿12的数量会增大转矩滑动值。

部分齿12的形状、数量和分布会影响皮带5和皮带轮104之间的相互作用，并因此影响转矩滑动值。对于一个给定的系统，张紧机构能将张力应用到皮带上，以使得皮带在最佳转矩值下滑动。这允许系统在大多数运行条件下运行，并且允许在张力超过一个值时发生滑动，在其它情况下超过所述值会引起对系统部件例如皮带齿13的可能的损害。当系统承受大转矩时，系统在滑动时发出的噪音小于没有设计滑动的系统发出的噪音。在没有设计滑动的系统中，噪音可能由皮带轮上的皮带跳齿发生。系统部件可备选地被选择和配置以使得需要应用于系统的张力不会太大以至于减小所述系统其它方面的功能。

图5示出了分解图中的张紧机构。张紧机构包括张力装置6，其中张力装置6是可以通过可脱开的连接件安装到马达架2上的单元。马达架2设有卡口联结器16的一个部件，所述一个部件在此也被称作卡口插座，张力装置具有带安装部件17和凸起18的卡口联结器的补充部件，所述凸起18从安装部件17上延伸，用于与卡口配合件的第一部件锁定接合。张力装置6包括惰轮臂11，所述惰轮臂11在一端与卡口安装部件连接，在另一个自由端支承被卡扣配合到所述惰轮臂自由端的轴承7。扭转弹簧8设置在张力装置6的安装部件17上，并且在设置于惰轮臂上的止动件和马达架之间工作，以偏压惰轮臂使其沿附图所示的顺时针方向转动。

当惰轮臂11通过卡口联结器安装到马达架上时，惰轮臂11的自由端围绕安装点逆时针转动，这张紧扭转弹簧8。因此弹簧8沿顺时针方向施加推动所述臂11的力，该力通过轴承7施加到皮带5上，从而消除皮带5上的任何松弛并将张紧力应用到皮带的背面。惰轮的位置被设置为使得张紧负载应用到皮带离开使用中的小齿轮处附近的位置以便保持或增大环绕小齿轮的皮带包绕程度。

图6示出了关于主动小齿轮1的张紧机构9的位置，出于清楚的目的，省略了皮带5。这是运行位置。

图7示出了沿图6中所示的线VII-VII的截面图，并且示出了在马达架2上卡口插座的向内指向的台肩19后面接合的凸起18。当安装张力装置时，安装部件17上的凸起18与卡口插座的凹槽对准，这允许安装部件17插入马达架2中的插座中。一旦完全插入，张力装置6即沿逆时针方向转动，这样张力装置6通过在台肩19下面接合的凸起18关于马达架轴向保持。张力装置6的转动还张紧扭转弹簧8。在使用中通过张力装置的皮带允许的转动运动被扭转弹簧8限制在一个方向上，且被皮带5限制在另一方向上。在使用中通过皮带允许的转动运动的程度使得凸起18不会转动到卡口联结器脱离的位置。在大多数运行条件下，凸起18会保持在台肩19下面，而张力装置6会保持固定在马达架2上。

图8示出了在存储位置的安装到马达架2上的张力装置6。如图9所示，凸起18位于马达架2上的卡口插座的部件20的下方。

张力装置6能够从运行位置逆时针方向转动到存储位置。如在这种卡口联结器中常见的那样，马达架上的卡口联结器16包括锁定槽，该锁定槽沿与张力装置6插入马达架的插座的方向相反的方向延伸出一小段距离。部件20构成锁定槽的顶部。在存储位置，凸起18与锁定槽对准，并且装配器能将张力装置拉到存储位置以使得凸起抵靠锁定槽的顶端而惰轮臂被锁定以无法转动。比较图7和图9，可以看出张力装置6在图7的运行位置插入马达架2比在图9的存储位置达到更大的深度。

在将张力装置6从常规运行位置转动到存储位置时，扭转弹簧8进一步被压缩，并且当张力装置在存储条件下锁定时，它保持在这种压紧状态。当随后通过将张力装置向下推动进入安装插座而使卡口锁定解锁时，弹簧被释放以使得在惰轮臂末端的轴承7被压紧抵靠皮带。

虽然已经示出和描述了本发明的特定实施方式，但是对本领域技术人员来说，显然在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以作出各种其它变化和修改。因此预期的是在所附权利要求中包括所有属于本发明范围内的这些变化和修改。

Claims (14)

1.一种皮带轮传动系统，所述皮带轮传动系统包括缠绕主动小齿轮(1)和从动皮带轮(4、104)的环形齿带(5)，以及对主动小齿轮(1)和从动皮带轮(4、104)之间的齿带(5)的绷紧起作用以增大齿带(5)张力的张紧机构(9)，从动皮带轮(4、104)被设置为和与其接触齿带的段没有完全啮合接合，其特征在于，所述张紧机构(9)被设定为张紧齿带(5)，从而可以在传动系统启动时主动小齿轮(1)和从动皮带轮(4、104)达到同步转速之前、在齿带(5)和从动皮带轮(4、104)之间发生滑动，并且从动皮带轮(4)具有与齿带啮合的部分齿(12)，每个部分齿(12)具有形成为平滑曲线的顶部轮廓。

2.根据权利要求1的皮带轮传动系统，其特征在于，所述部分齿(12)以齿带相邻凹槽之间的距离的几倍距离围绕从动皮带轮间隔开。

3.根据权利要求1或2的皮带轮传动系统，其特征在于，每个部分齿(12)至少在所述部分齿的驱动侧具有倾斜侧面。

4.根据权利要求1或2的皮带轮传动系统，其特征在于，每个部分齿(12)具有在所述齿带(12)的齿之间的凹槽深度的30％到90％的高度。

5.根据权利要求1或2的皮带轮传动系统，其特征在于，马达被提供以驱动皮带轮传动系统，所述张紧机构张紧齿带，以使得在齿带(5)和从动皮带轮(4、104)之间在低于马达的马达失速转矩的传动转矩水平下发生滑动。

6.根据权利要求1或2的皮带轮传动系统，其特征在于，所述张紧机构(9)包括安装到相对于马达(3)固定的框架(2)上的张力装置(6)，所述马达(3)驱动所述传动系统。

7.根据权利要求6的皮带轮传动系统，其特征在于，所述张力装置(6)通过可释放的连接件安装到所述框架(2)上。

8.根据权利要求6的皮带轮传动系统，其特征在于，所述张力装置(6)包括臂(11)，所述臂(11)在一端可转动地安装到框架上且具有自由端，所述自由端设有用于与齿带(5)接合的构件。

9.根据权利要求8的皮带轮传动系统，其特征在于，所述臂(11)通过弹簧(8)起作用，用于将张力应用到齿带(5)上。

10.根据权利要求1的皮带轮传动系统，其特征在于，所述皮带轮传动系统用于电动马达驱动器。

11.根据权利要求4的皮带轮传动系统，其特征在于，每个部分齿(12)具有在所述齿带(12)的齿之间的凹槽深度的60％到80％的高度。

12.根据权利要求8的皮带轮传动系统，其特征在于，所述构件为轴承(7)。

13.根据权利要求9的皮带轮传动系统，其特征在于，所述弹簧(8)为扭转弹簧。

14.一种电动草坪维护装置，其包括根据前述权利要求中任一项的皮带轮传动系统。