CN102072294A - 带有分压轴承的皮带传动方法及所制造的变速箱 - Google Patents

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带有分压轴承的皮带传动方法及所制造的变速箱，属机械技术应用领域；以一种对称布局方法，以一种太阳轴及行星轴配合的方法，将太阳轮与行星轴之间的约束呈对称约束状态，同时采用分压轴承(轮)的方法来最大限度的分散轴压，以满足超大负荷传输下的使用条件；无需强化轴承等指标，结构安全性极大提高，解决单纯齿轮变速箱过于笨重，因为过大的轴压是发生损坏及影响效率的最重要的因素且维修困难；经改变构造后，也能适合于大力矩传输；且结构简化而轻巧，可广泛应用于各种风力发电等场合中。

Description

带有分压轴承的皮带传动方法及所制造的变速箱
本发明属机械-电子技术应用领域；确切的讲是可用于风能发电机及其它变速装置之中的一种变速箱。
单纯齿轮变速箱过于笨重，维修困难；皮带传动经承载轴承减载后，也能适合于大力矩传输；且结构简化而轻巧，可广泛应用于各种风力发电等场合中。
本发明的目的在于解决已有技术的不足之处，以一种对称布局方法(太阳轴0轴压)及分压轴承(轮)等线速减载，并应用成熟机电材料领域成果，以承载轴承及压紧轮的配合的方法，无需强化轴承等指标，结构安全性极大提高。
本发明的特点：努力缓解1000KW以上的风力发电机组的自重问题，巧妙地将数入输出皮带轮放置在太阳轮位置与传输级则放置在行星轴的位置，同时采用多行星轴的分压方法来最大限度的分散轴压，以满足超大负荷传输下的使用条件；因为过大的轴压是发生损坏及影响效率的最重要的因素。
本发明的技术关键：
上述方法及所制造的复合变速箱；基本构成是由一族平行的传动轴组成，主要构造是由：(输入/输出轴)太阳轴、(弱轴压)传输行星轴、皮带张紧轮、分压轴承(轮)及支架(还有皮带轮及齿轮)等组成：
就方法而言；基本工作原理为：分压轴承(轮)属技术的核心部件，传输轴的行星状排布是形成输入/输出轴0轴压的必要条件：
当只有2个传动轴时，分压轮完全承担皮带张力的分担；该分压轴承(分压轮)(30)的使用方式应该是这样的：在2轴连接线之间的某点：K点，距小轮的距离为＝[L+R小-R大]/2；式中L为2皮带传动轴的轴心距，R小及R大分别是2(主从)皮带轮(33)(34)的半径，在K点(以K为轴心)安装一个分压轮(其转轴与上述皮带轮转动轴(36)(38)平行)(即分压轮转动轴的轴心(37))转动；分压轮可以与2个具有与皮带轴的同轴同心的2轮(的柱面；2轮的半径并不需要与R小及R大相等)相切(接触)；为保证(切点)等线速度，则需要(与分压轮相切的2轮的半径满足)分别与2皮带轮同轴且刚性固定在一起的用于与分压轮接触的2各圆轮的半径比(与原轮的半径比相等)：等于R小/R大(或R大/R小)；也就是讲：皮带轮及分压轮的3个转动轴至少2个的轴承既可以做定轴轴承处理，也可以1自由度动轴轴承处理。
为保证绝大部分的皮带张力加载在分压轮(30)上；各转轴轴承的弹性及力学上的匹配应满足1自由度约束原则；也就是说在强大的皮带张力加载下，分压轮(轴承)将作为皮带张力的最终承受部件；这样约束(允许圆心连线1自由度)滑道(31)及约束(允许圆心连线1自由度)滑道(32)是完全必要的。
实际使用中；滑道(31)(32)的1自由度约束可以是自然空间下，也可以是在自由度的活动区域内放置有相对于皮带张力来说相对软性(实际上依然坚硬异常的高弹性垫料)。
对于太阳轴0轴压处理则取决于传输轴的对称状的行星分布：
结构部件主要是由：主动轴(1)及被动轴(2)都可作为输入或输出轴；2套传输轴(14)对称安装在轴(1)(2)的周围(太阳轴与2行星轴的位置关系)；当主动轴(1)输入力矩时，主动轴皮带轮(18)将牵引1级传输皮带(3)驱动传输轴1级皮带轮(5)转动而使传输轴(14)转动也就使传输轴2级皮带轮(10)转动，通过2级传输皮带(4)将使被动轴皮带轮(17)转动，动力由被动轴(2)输出。
由于分压轴承(15)及分压轴承(16)的同一表面工作于主动轴分压柱面(6)(7)被动轴分压柱面(12)及传输轴1/2级分压柱面(9)(13)上；轴承(15)(16)所受载荷是来自于分压柱面(6)(7)上；是一对力偶，主要分量是压力；而传输皮带(3)(10)都将从2个切向驱动皮带轮(18)(17)，将也是一对力偶的作用，不会产生合力；因而分压轴承(15)(16)所受的合力为0，不会出现轴的侧向压力。
在传输轴(14)的轴端可以使用方外形轴承座部件(19)，该部件允许自身沿径向(指向或背离轴心(1)的方向)位移；作用是使轴承(11)不再受到指向轴心(1)(2)方向的压力；只有当皮带出现较大张力差值时，轴承(11)才会受到侧向压力，该压力是产生于张力的分力；这样皮带的张力才能绝大部分加载在分压轴承上；(8)为结构壳体部分。
张紧轮(图中为画出)可以用于皮带大张力一侧；改变该侧的皮带张力角度后，将减少轴承(11)所受的侧向压力，而张紧轮自身轴承也将承受限度之内的压力。
其根本特征就在于：在结构中使用了分压轴承；使用位置为：轴承的内柱面及外柱面至少1个柱面与传输轴(行星轴)相切(接触)，另一柱面则与固定结构的内/外柱面紧密结合；皮带轮及分压轮的转动轴至少1个的轴承既可以做定轴轴承处理，也可以1自由度动轴轴承处理；传输(行星轴)轴可以是2个或2个以上，相对于主/被动(太阳)轴来说，是中心对称分布，或者近似中心对称分布。
下面结合一个较佳实施例对本发明作进一步所说明(结构上所公知的诸如轴销，轴承等未画处)。
[图1]分压轴承(轮)的简单工作原理示意图。
[图2]2个行星传输轴的2级皮带变速箱示意图
[图3]4个行星传输轴的3级皮带/齿轮混合变速箱示意图
图示说明：
(1)主动轴(也可以是输出轴)(太阳轴)
(2)被动轴(也可以是输入轴)(太阳轴)
(3)1级传输皮带
(4)2级传输皮带
(5)传输轴1级皮带轮
(6)主动轴分压柱面
(7)主动轴分压柱面
(8)壳体
(9)传输轴2级分压柱面
(10)传输轴2级皮带轮
(11)轴承
(12)输出轴分压柱面
(13)传输轴1级分压柱面
(14)传输轴(行星轴)
(15)分压轴承
(16)分压轴承
(17)被动轴皮带轮
(18)主动轴皮带轮
(19)方外形轴承座部件
(20)(3级齿轮皮带混合轴)分压轴承
(21)2级皮带轮/3级齿轮共同轴
(22)输出轴(带有齿轮)(太阳轴)
(23)(24)传输齿轮
(25)3级齿轮皮带混合轴减荷轴承内孔配合柱面
(26)(27)2级传送皮带
(30)分压(轴承)轮
(31)约束(允许圆心连线1自由度)滑道
(32)约束(允许圆心连线1自由度)滑道
(33)(34)主从皮带轮
(35)张紧轮
(36)皮带轮转动轴
(37)分压轮转动轴的轴心
(38)皮带轮转动轴
(39)支持弹簧
如[图1]所示：
当只有2个传动轴时，该分压轴承(分压轮)(30)的使用方式应该是这样的：在2轴连接线之间的某点(该点在接近相对较小带轮的位置K，距小轮的距离：[L+R小-R大]/2；式中L为2皮带传动轴的轴心距，R小及R大分别是2(主从)皮带轮(33)(34)的半径)，安装一个分压轮(其转轴与上述皮带轮转动轴(36)(38)平行)；分压轮(也可称呼为分压轴承)绕K点(即分压轮转动轴的轴心(37))转动；分压轮可以与2个具有与皮带轴的同轴同心的2轮(的柱面)相切(接触)；为保证(切点)等线速度，则需要分别与2皮带轮同轴且刚性固定在一起的用于与分压轮接触的2各圆轮的半径比(与原轮的半径相等)：等于R小/R大(或R大/R小)。
为保证绝大部分的皮带张力加载在分压轮(30)上；各转轴轴承的弹性及力学上的匹配应满足1自由度约束原则；也就是说在强大的皮带张力加载下，分压轮(轴承)将作为皮带张力的最终承受部件；这样约束(允许圆心连线1自由度)滑道(31)及约束(允许圆心连线1自由度)滑道(32)是完全必要的。
实际使用中；滑道(31)(32)的1自由度约束不是自然空间下，而是在自由度的活动区域内放置有相对于皮带张力来说相对软性(实际上依然坚硬异常的高弹性垫料)；支持弹簧(39)的作用是使运行稳定。
其作用的物理机理是将皮带的巨大张力转化为分压轴承及分压轮的可绝大部分抵消的内力，并以最有利的大径圆表面滚动方式来响应表面的相对移动，成数量级的减少相对较小轴承的负荷，提高可靠性的级别及较大幅度的降低使用成本。
如[图2]所示：
图中B为变速箱部分，A和C分别是B的在M及N附近处的剖面图。
主动轴(1)及被动轴(2)都可作为输入或输出轴；2套传输轴(14)对称安装在轴(1)(2)的周围(太阳轴与2行星轴的位置关系)；当主动轴(1)输入力矩时，主动轴皮带轮(18)将牵引1级传输皮带(3)驱动传输轴1级皮带轮(5)转动而使传输轴(14)转动也就使传输轴2级皮带轮(10)转动，通过2级传输皮带(4)将使被动轴皮带轮(17)转动，动力由被动轴(2)输出。
由于分压轴承(15)及分压轴承(16)的同一表面工作于主动轴分压柱面(6)(7)被动轴分压柱面(12)及传输轴1/2级分压柱面(9)(13)上；轴承(15)(16)所受载荷是来自于分压柱面(6)(7)上；是一对力偶，主要分量是压力；而传输皮带(3)(10)都将从2个切向驱动皮带轮(18)(17)，将也是一对力偶的作用，不会产生合力；因而分压轴承(15)(16)所受的合力为0，不会出现轴的侧向压力。
在传输轴(14)的轴端可以使用方外形轴承座部件(19)，该部件允许自身沿径向(指向或背离轴心(1)的方向)位移；作用是使轴承(11)不再受到指向轴心(1)(2)方向的压力；只有当皮带出现较大张力差值时，轴承(11)才会受到侧向压力，该压力是产生于张力的分力；这样皮带的张力才能绝大部分加载在分压轴承上；(8)为结构壳体部分。
张紧轮(图中为画出)可以用于皮带大张力一侧；改变该侧的皮带张力角度后，将减少轴承(11)所受的侧向压力，而张紧轮自身轴承也将承受限度之内的压力。
如[图3]所示：
E是皮带齿轮混合变速箱；D是M位置处的剖面图。
基本工作原理：
前级部分与[图2]基本相同，只是在2级皮带输出后，增加一级齿轮输出级及1个分压轴承(20)。
由(行星轴)上的皮带轮经由2级传送皮带(26)(27)将动力传送到(2个)2级皮带轮/3级齿轮共同轴(21)上；再经传输齿轮(23)及(24)；最终传输到输出轴(太阳轴)(22)上；(25)为3级齿轮皮带混合轴减荷轴承内孔配合柱面，分压轴承(16)的作用与图1相同，工作于柱面(9)及(26)之间；正常工作中只存在力偶，只有纯力矩而无平动方向的合力。
分压轴承(20)工作于壳体轴孔与对称的2个转轴(21)三者之间；由于2个转轴(21)相对于轴承(20)来说是(行星状)对称安装的；其最作用力也是力偶，也只有纯力矩而无平动方向的合力。
当皮带驱动时，皮带的张力将产生张力的差值；轴(21)将拥有轴向压力产生。

Claims (3)

1.带有承载轴承皮带传动方法；由主动/被动2个皮带轮、分压轮(或称分压轴承)、方外形轴承座部件、轴承及支架等组成且上述轴都呈平行关系；基本工作原理为：分压轮与2个以皮带轮同心的2轮的外柱面相切，轴承安装于所有转轴处，支架是用来固定各个转轴及约束滑道；2个1自由度滑动轴的作用是使皮带的张力能使皮带轮及分压轮3者紧靠；其特征就在于：在结构中使用了分压轮(轴承)，该分压轮与2个(与皮带轮同轴心的)轮的外柱面相切(分压轮轴心位于K点即：距小轮的距离为＝[L+R小-R大]/2；式中L为2皮带传动轴的轴心距，R小及R大分别是2(主从)皮带轮(33)(34)的半径)；(与分压轮相切的2轮的半径满足)分别与2皮带轮同轴且刚性固定在一起的用于与分压轮接触的2各圆轮的半径比(与原轮的半径比相等)：等于R小/R大(或R大/R小)；2皮带轮及分压轮的3个转动轴至少2个的轴承既可以做定轴轴承处理，也可以1自由度动轴轴承处理。
2.一种带有承载轴承的复合变速箱；结构部件主要是由：主动轴(也可以是输出轴)(太阳轴)(1)、被动轴(也可以是输入轴)(太阳轴)(2)、1级传输皮带(3)、2级传输皮带(5)传输轴1级皮带轮(4)、主动轴分压柱面(6)、主动轴分压柱面(7)、壳体(8)、传输轴2级分压柱面(9)、传输轴2级皮带轮(10)、轴承(11)、输出轴分压柱面(12)、传输轴1级分压柱面(13)、传输轴(行星轴)(14)、分压轴承(15)、分压轴承(16)、被动轴皮带轮(17)、主动轴皮带轮(18)、方外形轴承座部件(19)、(3级齿轮皮带混合轴)分压轴承(20)、2级皮带轮/3级齿轮共同轴(21)、输出轴(带有齿轮)(太阳轴)(22)、传输齿轮(23)(24)、3级齿轮皮带混合轴减荷轴承内孔配合柱面(25)，2级传送皮带(26)(27)；基本工作过程为：主动轴(1)及被动轴(2)都可作为输入或输出轴；2套传输轴(14)对称安装在轴(1)(2)的周围(太阳轴与2行星轴的位置关系)；当主动轴(1)输入力矩时，主动轴皮带轮(18)将牵引1级传输皮带(3)驱动传输轴1级皮带轮(5)转动而使传输轴(14)转动也就使传输轴2级皮带轮(10)转动，通过2级传输皮带(4)将使被动轴皮带轮(17)转动，动力由被动轴(2)输出；由于分压轴承(15)及分压轴承(16)的同一表面工作于主动轴分压柱面(6)(7)被动轴分压柱面(12)及传输轴1/2级分压柱面(9)(13)上；轴承(15)(16)所受载荷是来自于分压柱面(6)(7)上；是一对力偶，主要分量是压力；而传输皮带(3)(10)都将从2个切向驱动皮带轮(18)(17)，将也是一对力偶的作用，不会产生合力；因而分压轴承(15)(16)所受的合力为0，不会出现轴的侧向压力；在传输轴(14)的轴端可以使用方外形轴承座部件(19)，该部件允许自身沿径向(指向或背离轴心(1)的方向)位移；作用是使轴承(11)不再受到指向轴心(1)(2)方向的压力；只有当皮带出现较大张力差值时，轴承(11)才会受到侧向压力，该压力是产生于张力的分力；这样皮带的张力才能绝大部分加载在分压轴承上；张紧轮(图中为画出)可以用于皮带大张力一侧；改变该侧的皮带张力角度后，将减少轴承(11)所受的侧向压力，而张紧轮自身轴承也将承受限度之内的压力；其特征就在于：在结构中使用了分压轴承；使用位置为：轴承的内柱面及外柱面至少1个柱面与传输轴(行星轴)相切(接触)，另一柱面则与固定结构的内/外柱面紧密结合；皮带轮及分压轮的转动轴至少1个的轴承既可以做定轴轴承处理，也可以1自由度动轴轴承处理；传输(行星轴)轴可以是2个或2个以上，相对于主/被动(太阳)轴来说，是中心对称分布，或者近似中心对称分布。
3.如权利要求1及2所述方法及变速箱，其特征就在于所述的皮带轮及分压轮的转动轴至少1个的1自由度动轴轴承处理是指：滑道对方外形轴承座部件的1自由度约束可以是自然空间下，也可以是在自由度的活动区域内放置有相对于皮带张力来说相对软性(实际上依然坚硬异常的高弹性垫料)。
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