CN102216647B - 摩擦传动和啮合传动复合的v带传动系统 - Google Patents

Abstract

一种V带传动系统，包括小带轮（2）和大带轮（1）。大带轮（1）和小带轮（2）上绕接有V带（3），V带（3）与大带轮（1）摩擦传动，V带（3）与小带轮（2）采用摩擦传动和啮合传动复合的方式传动。本发明提供了一种能有效避免打滑现象、提高传动效率、皮带变形小、皮带使用寿命长的V带复合传动系统，解决了现有皮带传动容易打滑、丢转的难题。

Description

摩擦传动和啮合传动复合的V带传动系统

技术领域

本发明涉及一种传动系统，具体是针对大功率、重载荷及大传动比的带传动中消除带与带轮打滑和丢转的一种V带传动系统。

背景技术

机械领域内传动方式有很多种，包括齿轮传动、链传动、带传动等。其中齿轮啮合传动是传动比准确，也可实现大传动比传动，承载功率大，但仅适应于两个传动轴距离较近的情况下；在两个传动轴的距离较远的情况下，人们一般选择链传动或者皮带传动。其中链传动主要是通过链条与链轮的啮合进行传动，但由于链传动先天存在的瞬时冲击载荷的缺陷使其传动速度比较低，仅适用于低速传动和无冲击载荷要求的传动场合。链条与链盘的啮合及接触是两个刚性构件的啮合，而皮带与皮带轮的啮合是一个刚性构件与一个柔性（软性）构件的啮合，二者有着本质的区别。两个刚性构件在啮合时，二者的啮合特性必须特别的吻合，丝毫的误差都会造成间隙啮合和过盈啮合。但当一个刚性构件与一个柔性构件啮合时，由于柔性构件的柔软性，使得柔性构件对刚性构件的过盈啮合也能实现其啮合要求，既刚性构件可将柔性构件压缩成其所希望的啮合尺寸而实现啮合。本发明的带体和带齿在除小带轮啮合区域以外的传动区域内，由于拉伸和屈挠作用，带体和带齿都是变长和变大的，变大的齿形进入啮合区域时在刚性带轮齿的挤压下变成了跟带轮齿形状大小相同的尺寸，使得啮合得以正常进行。目前的带传动主要是摩擦传动（三角带或V带）和啮合传动（同步带），摩擦传动一般适用于大功率、高负载并有过载保护要求的传动，摩擦传动一般为橡塑或弹性体材质，在传动过程中的弹性滑动和弹性变形不可避免，因此，传动过程中滑动和丢转也就不可避免。而依靠啮合传动原理的同步带传动，传动比准确，并且，由于带与轮为啮合关系，其传动不会有打滑及丢转的情况发生。但是，其仅仅适应于轻载荷的传动中。因为同步带为了保持正常的啮合状态，其带体一般都设计的比较薄，这样，其带体的曲挠性能才会有保障，带齿才不会发生变形。这种带体的结构就决定了其不能承载大的载荷。如果承载了大的载荷，同步带就会出现带齿被带轮齿刮掉或带体断裂的情形。并且，如果在高传动比的情况下，大的同步带轮的制造难度非常大，制造工艺非常复杂，成本非常高昂，也就很不经济。本发明就是针对传动领域中各种传动方式的不足而创新的一种V带的复合传动系统。

中国专利公开CN1183338公开了一种“V带系统”，该系统使用的V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，但通过实验证明该发明仅限于小功率、轻载荷的带传动系统状况下。如果用于大功率、重载荷的情况下，传动带就会发生“啃齿”现象。也就是其用于啮合传动的小带轮的轮齿（硬齿）会将带齿（软齿）啃掉,从而使啮合传动失效。对大功率、重载荷、大传动比情况下的打滑、丢转问题没有得以解决，也无实际意义。这也就是该发明至今不能实施的真正原因。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。

中国专利公开CN201187558Y公开了一种“抽油机联组齿形V带传动装置”，用皮带上特设的梯形凸台与皮带轮上的梯形槽来相对应从而起到防滑作用。由于没有消除干涉的设计，在实际用运时，由于皮带的弹性滑动和弹性变形，皮带上梯形凸台与皮带轮上的梯形槽不能真正的对应及啮和，皮带上梯形凸台与皮带轮上的梯形槽就发生了干涉。刚性（硬的）的皮带轮上的“梯形槽”啃掉了柔性（软的）的皮带上“梯形凸台”，也就是说发生了“啃齿”现象。有啃齿现象的发生则啃齿情况会一直进行下去，刚性的皮带轮上的“梯形槽”就会一直对皮带上“梯形凸台”啃咬下去，直到皮带上的“梯形凸台”啃完为止。并且，这种啃齿情况会发生崩溃式的效应，在非常短的时间内皮带齿就会被啃光。皮带上“梯形凸台”的啃光则预示着用该专利用皮带上的“梯形凸台”与皮带轮上的“梯形槽”相对应从而起到防滑作用的目的无法实现。

发明内容

本发明提供了一种能有效避免打滑现象，提高传动效率，皮带变形小，皮带使用寿命长的V带复合传动系统；解决了现有技术中存在的传统皮带传动容易打滑、丢转的难题。

本发明的上述技术问题是通过下述技术方案解决的：一种V带传动系统，包括作为主动轮的小带轮和作为从动轮的大带轮，小带轮通过V带带动大带轮旋转，大带轮为工作轮。所述的大带轮上设有与V带配合的带槽，带槽的两侧面与V带的两侧面配合形成摩擦传动；所述的小带轮上设有与V带配合的带槽，带槽的两侧面与V带的两侧面配合形成摩擦传动；在所述的小带轮的带槽底面设有连续分布的凹凸齿；所述的小带轮的带槽底面的凹齿包括位于最底端的啮合段。在啮合段的两侧对称设计的带齿滚动进入段和带齿滚动退出段，所述的带齿滚动进入段和带齿滚动退出段与小带轮的带槽底面的凸齿相连；在所述的V带的内底面设有连续分布的凹凸齿，所述的V带的内底面上的凸齿与所述的小带轮的带槽底面的啮合段通过啮合传动，V带的内底面上的凹齿与V带内底面的凸齿形状及尺寸完全相同，小带轮的凸齿相对于凹齿缩小设计是为了与所述的V带的凹齿的齿底间留有间隙，从而保证带及带轮的散热和减小对皮带屈挠束缚。

本发明是将作为从动轮的大带轮采用滑动摩擦传动，而作为主动轮的小带轮上采用滑动摩擦传动、啮合传动以及在过载时的滚动摩擦传动的复合传动方式。在带传动方式下，大带轮与小带轮的线速度相同，但是因为直径不同，大带轮与小带轮的角速度不同，包角也不同，大带轮包角大于180°，小带轮包角小于180°。由于大带轮的包角大和直径大，V带与大带轮接触的长度远远长过V带与小带轮接触的长度，V带与大带轮接触的面积远远大于V带与小带轮接触的面积，因此，打滑都集中在小带轮上，从而丢转表现在大带轮上。大带轮为从动轮也就是工作轮，大带轮的丢转就表明了效率的下降和功的浪费。要提高效率就必须解决大带轮的丢转，要解决大带轮的丢转就必须解决小带轮打滑。为了解决打滑现象，在小带轮的带槽底部设置了啮合段，通过啮合段与V带凸齿的啮合传动来克服打滑现象。而V带与带轮也仅仅是在啮合段为啮合传动，带轮上的凹凸齿中只有啮合段是按照啮合原理进行设计的。由于V带为弹性体，因此会有弹性滑动和弹性变形。带体和带齿在除小带轮啮合区域以外的传动区域内都是变长和变大的，但是绕接到啮合段上后，柔性带体与刚性带轮接触，小带轮的轮齿将带齿挤压进近入小带轮的啮合段，使带齿变为与小带轮啮合段形状和尺寸完全相同。由于带轮上仅仅底部的一段是按照啮合原理进行设计的，啮合段的两侧为带齿滚动进入段和带齿滚动退出段，降低了小带轮轮齿抱死带齿的可能性，防止了啃齿现象的发生，降低了V带的磨损，提高了V带的使用寿命。小带轮的齿形设计与同步带的啮合传动是完全不同的，而且本发明设计的V带复合传动系统是要应用在大功率、高负载及大传动比的设备上，采用同步带的啮合原理完全实现不了。同时，啮合段可以调整。由于小带轮刚性齿的存在，使得V带的弹性变形带来的传动带变长可以在啮合段进行修复。在正常运转中V带的凸齿与小带轮的啮合段啮合运动，这种啮合不是带齿与轮齿的全啮和，二者的啮合深度设计在带齿半径以下，但当载荷突变或载荷过载时，允许带齿在带齿滚动进入段和带齿滚动退出段方便的退出啮合而进入滚动摩擦传动，并且这种滚动摩擦传动是在小带轮的啮合段和V带的凸齿之间设计的曲线约束下进行的。所以，该设计既保证了啮合传动的准确性，又能实现在过载或载荷突变时对皮带的保护。这也就是该发明最大的创新所在。在本发明的运行中，皮带的两侧面与带轮的两侧面是滑动摩擦传动，V带凸齿与带轮在啮合段为啮合传动，而当传动过载或载荷突变时V带与小带轮又进入了滚动摩擦传动，甚至于带齿可以最大限度的爬过轮齿的凸齿而通过滚动进入段再次进入啮合段啮合传动。这种既有滑动摩擦传动又有啮合传动还有滚动摩擦传动的复合传动系统有机巧妙地解决了小带轮的打滑问题，同时还有机巧妙地解决了啮合传动不能进行过载保护的难题。由于带齿与轮齿滚动运行，由传统的滑动摩擦变为了滚动摩擦，大大降低了摩擦系数，极大的提高了皮带的运行寿命，降低了摩擦能耗，使皮带具备了节能效果。带轮的凸齿的设计小于V带上的凹齿，使得带轮上的凸齿和V带的凹齿齿底间留有空隙，从而提高散热性能和皮带在运行时的屈挠束缚，进一步提高了皮带的使用寿命。V带的凸齿是按照与带轮上的带槽底部的啮合段相互啮合原理进行设计，V带的凹齿与凸齿形状相同，方便V带的成型和制造。

作为优选，所述的带齿滚动进入段和带齿滚动退出段为圆弧状、抛物线状、渐开线状、椭圆线状、摆齿状的其中一种，带齿滚动进入段和带齿滚动退出段的曲率半径大于所述的啮合段的曲率半径，所述的小带轮上的凸齿的曲率半径小于啮合段的曲率半径。带齿滚动进入段和带齿滚动退出段的形状只要保证在此段与V带为滚动摩擦，小带轮的凸齿、啮合段、带齿滚动进入段和带齿滚动退出段的曲率半径是依次增大的。啮合段是按照啮合原理设计，小带轮的凸齿的曲率半径小于啮合段，从而使得小带轮的凸齿与V带上的凹齿间可以流出空隙散热并减小皮带的屈挠束缚，带齿滚动进入段和带齿滚动退出段的曲率半径最大，可以保证在小带轮与V带接触时，有弹性变形的V带凸齿能够在不撕裂带齿的情况下进入小带轮的凹齿内，产生啮合传动。

作为优选，所述的啮合段两侧的带齿滚动进入段和带齿滚动退出段对称分布，带齿滚动进入段和带齿滚动退出段与所述的V带的凸齿通过滚动摩擦运动。带齿滚动进入段和带齿滚动退出段的曲率半径和V带凸齿的曲率半径不同，从而保证两者之间为点接触，两者之间的运动为滚动摩擦，滚动摩擦的摩擦力最小，对皮带和小带轮的磨损最小。

作为优选，所述的啮合段与所述的带齿滚动进入段和带齿滚动退出段为圆弧过渡连接，所述的带齿滚动进入段和带齿滚动退出段与所述的小带轮的凸齿为圆弧过渡连接。各段均采用圆弧过渡，连接平稳性好，提高传动效率。

作为优选，所述的小带轮的带槽沿着带轮的轴向分为1~100个平行子带槽，所述的V带的内底面沿轴向划分出与子带槽数量相等的子V带，子带槽的槽侧面与子V带的侧面通过滑动摩擦传动，子带槽的槽底面与子V带的内底面通过啮合传动和滚动摩擦运动配合的方式传动。通过多组同时进行传动，提高传动效率和传递的扭矩。

作为优选，所述的V带的带层结构包括线绳层，线绳层的上部依次由缓冲胶层、帘子布层、缓冲胶层、广角布层、缓冲胶层和广角布层相互粘合而成，所述的线绳层的下部依次由缓冲胶层、纤维胶层、缓冲胶层、帘子布层、缓冲胶层、纤维胶层和缓冲胶层相互粘合而成，所述的V带的凹凸齿的表面设有弹性布层。这样的设计能增加传动带的刚性，同时防止传动带开裂。

作为优选，所述的小带轮的凸齿顶端与所述的V带的凹齿的齿底间留有间隙h，所述的V带的凸齿半径为R，0.2mm≤h＜R，间隙的大小是根据带轮的大小进行改进的，主要保证留有足够的散热间隙，提高散热性能。

作为优选，所述的大带轮与小带轮的直径比为1：1.5~1：50，所述的大带轮与小带轮的转轴中心距离大于大带轮半径与小带轮半径之和，所述的大带轮的包角为α，所述的小带轮的包角为β，α：β=1.1～3。两个带轮之间的距离较大，所需传递的扭矩和负载较大，因此采用同步带传动是完成不了的。

因此，本发明的V带传动系统具备下述优点：大带轮上的包角大，大小带轮的直径比值比较大，打滑对大带轮的影响并不大，因此在大带轮上采用V带的滑动摩擦传动，提高牵引力；而小带轮作为主动轮，其上包角小于180°，在小带轮上设计凹凸齿，作为配合，在V带上同样设计有凹凸齿，其中小带轮的凹齿的底部为啮合段，V形段上的凹凸齿根据与啮合段的啮合关系进行设计，通过啮合传动防止打滑，同时啮合段的两侧采用带齿滚动进入段和带齿滚动退出段，防止啃齿，利用滚动摩擦使得V带的凸齿更易滚入啮合段实现啮合传动。在小带轮上利用V带的侧面滑动摩擦传动、带齿滚动进入段和带齿滚动退出段的滚动摩擦传动和啮合段的啮合传动复合在一起，在提高了传动扭矩和功率的情况下，又保证了不会发生啃齿现象，提高了V带的使用寿命。 

附图说明

图1为本发明V带传动系统的一种角度的立体图。

图2为本发明V带传动系统的另一种角度的立体图。

图3是本发明的V带绕接在小带轮上的放大的主视图。

图4为图3内的D处的主视放大图。

图5为图3内的小带轮D处主视放大图。

图6为图1内V带的剖视示意图。

图7为图3内的小带轮的剖视示意图。

具体实施方式

 下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。

 实施例：如图1和2和3所示， 一种V带传动系统，包括直径为990mm的大带轮1和直径为280mm的小带轮2，大带轮1和小带轮2的转轴中心距为1807.57mm，大带轮1的包角为α为202.65°，小带轮2的包角β为157.35°。小带轮2为主动轮，大带轮1为从动轮，在小带轮1和大带轮2上绕接有V带3，小带轮2通过V带3带动大带轮1旋转而工作。在大带轮1上开设有带槽23，V带3的两侧面31与大带轮带槽112的两侧面111相接触，V带3利用滑动摩擦带动大带轮1旋转。在小带轮2的外圆周表面同样开设有带槽23，小带轮带槽23的两侧面211与V带3的两侧面31相接触，两者为滑动摩擦传动。为了防止打滑，在小带轮2的带槽的底面上设计有凹凸齿，同样在V带3的内底面上也设计有凹凸齿。如图4所示，小带轮的凹齿4包括位于最底端的啮合段20，在啮合段20的两侧通过圆弧过渡连接有带齿滚动进入段221和带齿滚动退出段21，带齿滚动进入段221和带齿滚动退出段21形状和尺寸相同，带齿滚动进入段221和带齿滚动退出段21与小带轮2的带槽底面的凸齿41相连，其中小带轮2上的啮合段20与带齿滚动进入段221和带齿滚动退出段21的高度比为1:2.5；V带3的内底面上的凸齿32与小带轮2的凹齿底端的啮合段20通过啮合传动，V带3的内底面上的凹齿22与V带3内底面的凸齿32形状相同，小带轮2的凸齿41顶端与V带的凹齿22的齿底间留有间隙，间隙的距离h为0.72mm，小带轮上的啮合段20的高度为1.4mm，V带的凸齿半径为R，R为2.95mm。如图5所示，图5中虚线圆E是啮合段的虚拟圆，虚线圈F是小带轮凸齿41上的虚拟圆，带齿滚动进入段221和带齿滚动退出段21为渐开线，啮合段20两侧的带齿滚动进入段221和带齿滚动退出段21对称布置，小带轮的凸齿41的曲率半径为1.69mm，小带轮上啮合段20的曲率半径为2.95mm，带齿滚动进入段221和带齿滚动退出段21的曲率半径大于啮合段20的曲率半径，小带轮上的凸齿41的曲率半径小于啮合段20的曲率半径，由于带齿滚动进入段221和带齿滚动退出段21与啮合段的曲率半径不同，也就是带齿滚动进入段221和带齿滚动退出段21的曲率半径与V带3的凸齿32的曲率半径也不同，带齿滚动进入段221和带齿滚动退出段21与V带凸齿32产生滚动摩擦。如图6所示，V带3的带层结构包括线绳层11，线绳层11的上部依次由缓冲胶层10、帘子布层9、缓冲胶层8、广角布层7、缓冲胶层6和广角布层5相互粘合而成，所述的线绳层11的下部依次由缓冲胶层12、纤维胶层13、缓冲胶层14、帘子布层15、缓冲胶层16、纤维胶层17和缓冲胶层18相互粘合而成，传动带1的凹凸齿的表面设有弹性布层19。为了带更大的负载，在大带轮、小带轮和V带可以由多个串接联排而成，本发明中的大带轮、小带轮的带槽均是由两个V带槽23联排而成，对应的在V带上也设有两排与槽体相配的带体，当然也可以如图7所示，由5排串接成联排组，小带轮轮上有5个带槽23，带槽23的侧面31与V带摩擦传动。

将本发明的应用在抽油机上，传动系统所需传动的扭矩为1200NM～2000NM，由于小带轮2为主动轮，大带轮1为从动轮，大带轮1的运动只需要通过V带3的滑动摩擦带动，V带3具备更大的摩擦力，能提供更大的牵引力，对于大负载和扭矩情况适用。由于小带轮2的包角较小，V带3在运转过程中，容易发生弹性变形和弹性滑动，由此产生打滑现象，缩短V带3的使用寿命，为了防止打滑，降低V带3的弹性变形和弹性滑动，在小带轮2和V带3上设计有啮合段20，通过啮合段20的啮合传动，为了使得V带的带齿进入和退出更顺畅，在啮合段的两侧设计了带齿滚动进入段221和带齿滚动退出段21，通过V带3与小带轮2侧面111的滑动摩擦传动、带齿滚动进入段和带齿滚动退出段21的滚动摩擦传动和啮合的啮合传动共同完成小带轮与V带之间的传动配合，在保证大的传动扭矩情况下，还不会发生啃齿，提高了带的使用寿命。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种摩擦传动和啮合传动复合的V带传动系统，包括作为主动轮的小带轮和作为从动轮的大带轮，小带轮通过V带带动大带轮旋转，所述的大带轮上设有与V带配合的带槽，大带轮的带槽的两侧面与V带的两侧面配合形成滑动摩擦传动，其特征在于：所述的小带轮上设有与V带配合的带槽，小带轮上的带槽的两侧面与V带的两侧面配合形成滑动摩擦传动；在所述的小带轮的带槽底面设有连续分布的凹凸齿，所述的小带轮的带槽底面的凹齿包括位于最底端的啮合段，在啮合段的两侧为带齿滚动进入段和带齿滚动退出段，所述的带齿滚动进入段和带齿滚动退出段分别与小带轮带槽底部的凸齿相连；在所述的V带的内底面设有连接分布凹凸齿，所述的V带的内底面上的凸齿与所述的小带轮的凹齿的啮合段通过啮合传动，V带的内底面上的凹齿与V带内底面的凸齿形状及尺寸相同，小带轮的凸齿顶端与所述的V带的凹齿的齿底间留有间隙。

2.根据权利要求1所述的摩擦传动和啮合传动复合的V带传动系统，其特征在于：所述的带齿滚动进入段和带齿滚动退出段的形状相同，所述的带齿滚动进入段和带齿滚动退出段均为圆弧状、抛物线状、渐开线状、椭圆线状、摆线状的其中一种，带齿滚动进入段和带齿滚动退出段的曲率半径大于所述的啮合段的曲率半径，所述的小带轮上的凸齿的曲率半径小于啮合段的曲率半径。

3.根据权利要求1或2所述的摩擦传动和啮合传动复合的V带传动系统，其特征在于：所述的啮合段两侧的带齿滚动进入段和带齿滚动退出段对称分布，带齿滚动进入段和带齿滚动退出段与所述的V带的凸齿通过滚动摩擦传动。

4.根据权利要求1或2所述的摩擦传动和啮合传动复合的V带传动系统，其特征在于：所述的啮合段与所述的带齿滚动进入段和带齿滚动退出段为圆弧过渡连接，所述的带齿滚动进入段和带齿滚动退出段与所述的小带轮的凸齿为圆弧过渡连接。

5.根据权利要求1或2所述的摩擦传动和啮合传动复合的V带传动系统，其特征在于：所述的小带轮的带槽沿着带轮的轴向分为1~100个平行子带槽，所述的V带的内底面沿轴向划分出与子带槽数量相等的子V带，子带槽的槽侧面与子V带的侧面通过滑动摩擦传动，子带槽的槽底面与子V带的内底面通过啮合传动和滚动摩擦传动配合的方式传动。

6.根据权利要求1或2所述的摩擦传动和啮合传动复合的V带传动系统，其特征在于：所述的V带的带层结构包括线绳层，线绳层的上部依次由缓冲胶层、帘子布层、缓冲胶层、广角布层、缓冲胶层和广角布层相互粘合而成，所述的线绳层的下部依次由缓冲胶层、纤维胶层、缓冲胶层、帘子布层、缓冲胶层、纤维胶层和缓冲胶层相互粘合而成，所述的V带的凹凸齿的表面设有弹性布层。

7. 根据权利要求1或2所述的摩擦传动和啮合传动复合的V带传动系统，其特征在于：所述的小带轮的凸齿顶端与所述的V带的凹齿的齿底间留有间隙h，所述的V带的凸齿半径为R，0.2mm≤h＜R。

8. 根据权利要求1或2所述的摩擦传动和啮合传动复合的V带传动系统，其特征在于：所述的大带轮与小带轮的直径比为1：1.5~1：50，所述的大带轮与小带轮的转轴中心距离大于大带轮半径与小带轮半径之和，所述的大带轮的包角为α，所述的小带轮的包角为β，α：β=1.1～3。

Images