皮帶輪傳動系統的製作方法

2023-05-18 07:36:56

專利名稱：皮帶輪傳動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及皮帶輪傳動系統，更特別地，涉及用於例如為電驅動剪草 機的電動草坪維護裝置的皮帶輪傳動系統。
背景技術：
皮帶輪傳動系統是公知的。在剪草機領域，已知提供纏繞主動小齒輪 和從動皮帶輪的皮帶。已知在主動小齒輪和從動輪之間具有固定距離的皮 帶輪傳動系統。如果需要高減速比並且在小齒輪和皮帶輪之間只有短的中 心距離的話，由於只有一些主動小齒輪的齒與皮帶接合，所以不可能使用 這種系統。還已知主動和從動輪的中心之間的距離可調整的系統。這種系 統具有附加的裝配費用，並且要求額外的裝配空間以允許組件運動用於張 緊皮帶。在需要大功率或系統中具有大慣性的情況下，在啟動時會發出刺 耳的碰撞聲，甚至導致皮帶和小齒輪的損害。這特別適用於通過通用電動 馬達提供動力的產品，所述通用電動馬達在最初啟動階段傳遞最大傳動轉
矩。還己知如在FR2902282中公開的使用V形皮帶的皮帶輪傳動系統。
本發明目的是減小或消除現有技術系統的缺點，特別那些要求小齒輪 和皮帶輪之間具有精確的固定中心距離的系統的缺點。

發明內容
結合前述，根據本發明提供了例如用於電動馬達驅動器的皮帶輪傳動 系統，其包括纏繞主動小齒輪和從動皮帶輪的環形齒帶，以及對主動小齒 輪和從動皮帶輪之間的皮帶的繃緊起作用以增大皮帶張力的張緊機構，其 特徵在於，從動皮帶輪被設置為和與其接觸的齒帶的段沒有完全嚙合接合， 從而可以在傳動系統啟動時主動小齒輪和從動皮帶輪達到同步轉速之前， 在齒帶和從動皮帶輪之間發生滑動。
如下描述，從動皮帶輪可以是與皮帶沒有任何嚙合接合的平滑皮帶輪，或可以具有用於與皮帶部分嚙合接合的部分齒。
有利地，提供了皮帶處於張力狀態下的不可脫離的皮帶傳動。 張緊機構將一定水平的張力應用到齒帶中，以使得在皮帶和從動皮帶
輪之間可以發生滑動。發生滑動時的轉矩取決於皮帶和皮帶輪之間的相互
作用以及因此對此發生影響的因素。系統中的張力越高，系統滑動時的轉
矩越大。
張緊機構張緊齒帶，以使得在預定範圍內的傳動轉矩水平下在皮帶和 從動皮帶輪之間發生滑動。滑動對系統可以是有利的，預定地在馬達的啟 動階段發生一些滑動以減小嘈雜的噪音並防止對皮帶的損害，在其它情況 下施加在皮帶上的未消耗的力會引起所述噪音和損害。這種滑動是瞬時的、 可控制的滑動，而不會是連續的或延長的。這種滑動對運行裝有所述傳動 系統的機器的用戶來說是難以察覺的。
皮帶滑動時的轉矩可以低於馬達失速轉矩。馬達失速轉矩是當馬達處 於失速狀態但仍通電時將會應用的轉矩。滑動並不預定在常規運行條件下 發生，而是假如轉子鎖定並且傳動轉矩突然增大時將發生。如果轉子鎖定 並且皮帶輪系統中的轉矩超過滑動值，那麼皮帶會在皮帶輪上滑動並且馬 達將不會承受足夠高以引起失速的轉矩。可以提供一種裝置以檢測這種情 形並在這種情況下切斷馬達的動力。皮帶將繼續滑動直到馬達被過載切斷 裝置斷電後才停止。
皮帶滑動時的傳動轉矩可備選地設定為大於馬達失速轉矩的值。在馬 達啟動階段，由於慣性作用，在皮帶輪系統中承受的轉矩可以大於馬達失 速轉矩值，所以在馬達啟動階段仍可以發生滑動。如果轉子鎖定並且傳動 轉矩突然增大，那麼馬達會在皮帶滑動之前失速。如果馬達設有過載切斷 裝置，並且系統在剛剛大於馬達失速轉矩的傳動轉矩下滑動，那麼皮帶可 以在馬達剛剛失速後滑動，同時系統承受的轉矩處於最大值。
在失速情況下的滑動可以是連續的且是操作者可察覺的。滑動應當一
次持續不超過幾秒鐘，例如為10秒左右，否則可能引起對系統組件的損害。
馬達將滑動時的傳動轉矩利用包括組件大小和位置的系統相關參數而 確定。關於這些因素的可能發生的變化被考慮在內，並且傳動轉矩始終基 於在產生較低滑動轉矩的容差範圍內的值而被計算。於是例如為皮帶長度變化的系統組件的任何變化都會導致在馬達將滑動時的傳動轉矩上的稍微 增大，這與處於這個值的減小相反。這確保系統在具有絕不會太小的下限 值的預定範圍內滑動。
齒帶理想地與主動小齒輪的齒完全嚙合。相比無齒帶來說，提供齒帶 意味著當齒帶已安裝時可以在皮帶上應用更低的張力。主動小齒輪與皮帶
嚙合並確保主動小齒輪和皮帶之間的強制(positive)傳動接合。滑動將發 生在皮帶和從動皮帶輪之間而不是皮帶和主動小齒輪之間。
從動皮帶輪可以是平滑皮帶輪。平滑皮帶輪是沒有用於與齒帶嚙合的 齒的皮帶輪。如果系統中轉矩變得太大，那麼平滑皮帶輪可以有助於皮帶 在皮帶輪上的瞬時可控的滑動。正如所述的那樣，系統中的張力越大，滑 動將發生的值越大。轉矩滑動值可以被選擇以使得在馬達啟動階段和馬達 的動態失速中發生滑動。
備選地，從動皮帶輪可以設有多個部分齒(partialteeth),該部分齒即 只與齒帶部分地嚙合且因此相比於皮帶與主動小齒輪嚙合來說所述部分齒 與皮帶更不強制地嚙合。部分齒允許皮帶在皮帶和小齒輪之間的力大於某 一值時滑動。在常規運行情況下，部分齒將與皮帶接合併且當皮帶運動時 皮帶施加力到部分齒上，該力又驅動皮帶輪。在施加高的力到部分齒上的 運行情況下，皮帶會在齒上滑動並相對於皮帶輪運動。與平滑皮帶輪相比， 對於系統中給定的張力，皮帶會在更高的轉矩值下相對具有部分齒的皮帶 輪滑動。因此，如果期望系統中的張力相對低，那麼通過使用不同於平滑 皮帶輪的具有部分齒的皮帶輪，滑動發生的轉矩值可以被保持。
與齒帶嚙合的部分齒的數量可以比接觸皮帶輪的皮帶的齒的數量少。 更特別地，部分齒可以按齒帶的凹槽之間的距離的幾倍距離圍繞從動皮帶 輪間隔開。選擇從動皮帶輪上的部分齒的數量提供了確定皮帶和從動皮帶 輪之間滑動將發生的實際轉矩值的一種方法。增加齒的數量將增大轉矩滑 動值。部分齒可以在皮帶輪上等距地間隔開。依據從動皮帶輪上可以容納 的齒的最大數量和系統所需轉矩滑動值，例如可以為五個皮帶齒提供一個 部分齒，也可以考慮其它組合。
部分齒具有形成為平滑曲線的齒形輪廓。備選地或附帶地，其可以至 少在部分齒的驅動側具有傾斜的側面。這些特徵使得皮帶能夠在高轉矩情
6況下滑動而不受損害。當高轉矩被施加到系統上時，皮帶將滑上傾斜側面 並且或備選地在頂部輪廓上滑動。調節齒形輪廓會影響滑動轉矩值。例如 具有陡直的側面會增大滑動轉矩，而具有更平緩的側面會使得皮帶在較低 的轉矩值滑動。
部分齒可以具有皮帶上齒的高度的30%到90%的高度。部分齒的高度 優選為皮帶齒的高度的60%到80%。這種高度限定使部分齒能夠實現其功 能。如果部分齒太高，那麼在足夠低的轉矩值下皮帶將不能滑動。如果部 分齒太小，那麼皮帶將不能通過齒被有效地接合，並且皮帶輪將更類似於 平滑皮帶輪。
張緊機構可以包括安裝到相對於馬達固定的框架上的張力裝置，所述 馬達驅動傳動系統。這種框架可以構成例如為剪草機的機器的結構的一部 分。備選地，所述框架可以方便地是馬達的整體部件。所述裝置通過可釋 放的連接件被安裝到馬達架上，所述連接件例如為卡口式可轉動聯結器且 在此也被稱作卡口聯結器，由此有助於傳動系統的裝配。張力裝置包括惰 輪臂，該惰輪臂在一端可轉動地安裝到馬達架上，且具有自由端，所述自 由端設有方便地構成軸承且用於接合齒帶的構件。所述臂可以圍繞裝置安 裝到馬達架上的點轉動。所述臂通過優選為扭轉彈簧的彈簧起作用，用於 將張力應用到皮帶上。馬達架提供方便的安裝位置用於將張力裝置設置在 主動小齒輪附近，然而也可以設想將所述張力裝置定位在皮帶周圍的其它 位置。
在優選構造中，張力裝置是可以按一個整體的形式裝配到馬達架上的 單元。接觸皮帶的軸承被卡扣配合(snap-fitted)到張力裝置的臂的自由端 上，並且彈簧被添加到裝置的安裝位置末端的這個組件。然後所述單元通 過可釋放的連接件被裝配到馬達架上。在該裝配過程中，張緊器的自由端 能夠圍繞其安裝點轉動以壓迫彈簧。因為彈簧會始終傾向於返回其無負載 狀態，所以彈簧相反於張緊器自由端轉動的方向施加力，並且張緊機構被 定位在使得自由端的軸承施加力到傳動皮帶上的位置。從而張緊力被應用 到主動小齒輪和從動皮帶輪之間。
張緊機構可以設置為使得張力裝置可以在存儲位置及運行位置被安裝 到馬達架上。存儲位置指的是系統安裝不完全及張力沒有被應用到皮帶上的位置。張緊機構可以例如通過卡口聯結器被暫時鎖定在存儲位置。在運 行位置，扭轉彈簧作用於惰輪臂並且張力可以被應用到皮帶上。 系統的傳動可以具有高減速比。
所描述的皮帶輪傳動系統可以有利地應用於電動的草坪維護裝置，特 別是應用於電驅動剪草機。


參考附圖，從一些實施方式的以下詳細描述中將獲得本發明的更完整 理解、其目的和特徵
圖1是示出根據本發明的包含平滑從動皮帶輪的皮帶輪傳動系統的側 視圖2是示出根據本發明的包含帶有部分齒的從動皮帶輪的皮帶輪傳動 系統的側視圖3是圖2所示的在圓圈A中的一部分傳動系統的放大比例圖； 圖4是圖2的皮帶輪傳動系統的透視圖5是圖2的皮帶輪傳動系統的透視圖，包括張緊機構的分解圖； 圖6是小齒輪和張緊機構在運行位置的二維圖； 圖7是圖6沿線VII-VII的截面圖； 圖8是小齒輪和張緊機構在存儲位置的二維圖；和 圖9是圖8沿線IX-IX的截面圖。
具體實施例方式
在附圖中示出了根據本發明'的皮帶輪傳動系統的兩個實施方式，在所 有圖中用相同的附圖標記標示相應的組件和特徵。特別地，但是並不排他 地，皮帶輪傳動系統被設計用於草坪維護裝置中。
圖1示出了具有環帶5的皮帶輪傳動系統，其中環帶5纏繞主動小齒 輪1和從動皮帶輪4。張緊機構9被設置為對主動小齒輪1和從動皮帶輪4 之間的皮帶的繃緊起作用，以增大皮帶5的張力。張緊機構9位於主動小 齒輪的區域的馬達架2上。皮帶5是帶有齒13的齒帶。小齒輪帶有齒1 (未 示出)，皮帶5上的齒13與所述齒1完全嚙合接合。從動皮帶輪4是平滑皮帶輪並且沒有齒。
小齒輪1和皮帶輪4之間的相對大小差異表示出具有約4.5到1的高減 速比的實施方式。所述系統也可同等地應用於具有例如為6到1的比例的 更高減速比的系統。沒有阻止所述系統應用於具有仍然更高的減速比的系 統的預想的限制。
主動小齒輪1通過電動馬達3提供動力。當小齒輪l轉動時，由於皮 帶5的齒13和主動小齒輪1的齒之間的強制接合，因此隨著小齒輪1旋轉， 皮帶被驅動環繞(運轉)。運動的皮帶又使皮帶輪4轉動，除非皮帶5和皮 帶輪4之間的轉矩太大以至於皮帶在平滑皮帶輪4上滑動。滑動發生的轉 矩值取決於系統中的張力。張力越大，轉矩滑動值越高。張緊機構9設定 張力以使得系統在期望的預定轉矩水平滑動。轉動方向使得張緊機構位於 皮帶的鬆弛側。
張緊機構9在後面參考圖4至9詳細描述。
圖2、 4和5示出了一種皮帶輪傳動系統，該皮帶輪傳動系統除了從動 皮帶輪具有用於與齒帶協同工作的部分齒12之外，其與圖1的皮帶輪傳動 系統相同。部分齒12圍繞皮帶輪104的圓周形成，並且圍繞皮帶輪104以 相等距離間隔開以使得在與皮帶輪104接觸的整段皮帶上五個皮帶齒13中 只有一個與部分齒12接合。因此在這個實施方式中，皮帶輪104的齒的總 數是5的倍數。
如圖3所示，部分齒的距皮帶輪104最遠的頂部具有彎曲的輪廓。齒 形輪廓是平滑的，並且在齒的頂部處的區域中具有曲率R1的凸半徑，在齒 的各齒側面的底部區域中具有曲率R2的凹半徑。所述曲率平滑地結合以使 得在齒形輪廓中沒有突然的變化。齒的側面14、 15是傾斜的。部分齒可以 備選地只在每個部分齒的驅動側(未示出)具有傾斜的齒側面。對於圖3 所示的輪廓來說，傾斜的齒側面還可以具有更陡直的或平緩的輪廓。
部分齒的高度H1小於皮帶齒的高度H2，並且因此小於皮帶齒之間的 凹槽的深度。每個部分齒12具有在皮帶13的齒的高度的30%到卯％、優 選60%到80%的範圍內的高度。
部分齒12的形狀會影響轉矩滑動值。與具有更高、更陡直的部分齒的 系統相比，具有更小高度和具有更不陡直的齒側面或更平緩的彎曲的頂部輪廓的部分齒12會導致系統在更低轉矩值下滑動。實際轉矩滑動值還可以 通過改變皮帶輪104上的部分齒12的數量而調整。減小部分齒12的數量 會減小轉矩滑動值，而增加部分齒12的數量會增大轉矩滑動值。
部分齒12的形狀、數量和分布會影響皮帶5和皮帶輪104之間的相互 作用，並因此影響轉矩滑動值。對於一個給定的系統，張緊機構能將張力 應用到皮帶上，以使得皮帶在最佳轉矩值下滑動。這允許系統在大多數運 行條件下運行，並且允許在張力超過一個值時發生滑動，在其它情況下超 過所述值會引起對系統部件例如皮帶齒13的可能的損害。當系統承受大轉 矩時，系統在滑動時發出的噪音小於沒有設計滑動的系統發出的噪音。在 沒有設計滑動的系統中，噪音可能由皮帶輪上的皮帶跳齒發生。系統部件 可備選地被選擇和配置以使得需要應用於系統的張力不會太大以至於減小 所述系統其它方面的功能。
圖5示出了分解圖中的張緊機構。張緊機構包括張力裝置6，其中張力 裝置6是可以通過可脫開的連接件安裝到馬達架2上的單元。馬達架2設 有卡口聯結器16的一個部件，所述一個部件在此也被稱作卡口插座，張力 裝置具有帶安裝部件17和凸起18的卡口聯結器的補充部件，所述凸起18 從安裝部件17上延伸，用於與卡口配合件的第一部件鎖定接合。張力裝置 6包括惰輪臂11，所述惰輪臂ll在一端與卡口安裝部件連接，在另一個自 由端支承被卡扣配合到所述惰輪臂自由端的軸承7。扭轉彈簧8設置在張力 裝置6的安裝部件17上，並且在設置於惰輪臂上的止動件和馬達架之間工 作，以偏壓惰輪臂使其沿附圖所示的順時針方向轉動。
當惰輪臂11通過卡口聯結器安裝到馬達架上時，惰輪臂11的自由端 圍繞安裝點逆時針轉動，這張緊扭轉彈簧8。因此彈簧8沿順時針方向施加 推動所述臂ll的力，該力通過軸承7施加到皮帶5上，從而消除皮帶5上 的任何鬆弛並將張緊力應用到皮帶的背面。惰輪的位置被設置為使得張緊 負載應用到皮帶離開使用中的小齒輪處附近的位置以便保持或增大環繞小 齒輪的皮帶包繞程度。
圖6示出了關於主動小齒輪1的張緊機構9的位置，出於清楚的目的， 省略了皮帶5。這是運行位置。
圖7示出了沿圖6中所示的線VII-VII的截面圖，並且示出了在馬達架
102上卡口插座的向內指向的臺肩19後面接合的凸起18。當安裝張力裝置時， 安裝部件17上的凸起18與卡口插座的凹槽對準，這允許安裝部件17插入 馬達架2中的插座中。 一旦完全插入，張力裝置6即沿逆時針方向轉動， 這樣張力裝置6通過在臺肩19下面接合的凸起18關於馬達架軸向保持。 張力裝置6的轉動還張緊扭轉彈簧8。在使用中通過張力裝置的皮帶允許的 轉動運動被扭轉彈簧8限制在一個方向上，且被皮帶5限制在另一方向上。 在使用中通過皮帶允許的轉動運動的程度使得凸起18不會轉動到卡口聯結 器脫離的位置。在大多數運行條件下，凸起18會保持在臺肩19下面，而 張力裝置6會保持固定在馬達架2上。
圖8示出了在存儲位置的安裝到馬達架2上的張力裝置6。如圖9所示， 凸起18位於馬達架2上的卡口插座的部件20的下方。
張力裝置6能夠從運行位置逆時針方向轉動到存儲位置。如在這種卡 口聯結器中常見的那樣，馬達架上的卡口聯結器16包括鎖定槽，該鎖定槽 沿與張力裝置6插入馬達架的插座的方向相反的方向延伸出一小段距離。 部件20構成鎖定槽的頂部。在存儲位置，凸起18與鎖定槽對準，並且裝 配器能將張力裝置拉到存儲位置以使得凸起抵靠鎖定槽的頂端而惰輪臂被 鎖定以無法轉動。比較圖7和圖9，可以看出張力裝置6在圖7的運行位置 插入馬達架2比在圖9的存儲位置達到更大的深度。
在將張力裝置6從常規運行位置轉動到存儲位置時，扭轉彈簧8進一 步被壓縮，並且當張力裝置在存儲條件下鎖定時，它保持在這種壓緊狀態。 當隨後通過將張力裝置向下推動進入安裝插座而使卡口鎖定解鎖時，彈簧 被釋放以使得在惰輪臂末端的軸承7被壓緊抵靠皮帶。
雖然已經示出和描述了本發明的特定實施方式，但是對本領域技術人 員來說，顯然在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可以作出各種其它變 化和修改。因此預期的是在所附權利要求中包括所有屬於本發明範圍內的 這些變化和修改。
權利要求
1.一種皮帶輪傳動系統，其例如用於電動馬達驅動器，所述皮帶輪傳動系統包括纏繞主動小齒輪(1)和從動皮帶輪(4、104)的環形齒帶(5)，以及對主動小齒輪(1)和從動皮帶輪(4、104)之間的皮帶(5)的繃緊起作用以增大皮帶(5)張力的張緊機構(9)，其特徵在於，從動皮帶輪(4、104)被設置為和與其接觸齒帶的段沒有完全嚙合接合，從而可以在傳動系統啟動時主動小齒輪(1)和從動皮帶輪(4、104)達到同步轉速之前、在齒帶(5)和從動皮帶輪(4、104)之間發生滑動。
2. 根據權利要求1的皮帶輪傳動系統，其特徵在於，所述張緊機構(9) 張緊齒帶(5),以使得在皮帶(5)和從動皮帶輪(4、 104)之間在預定範 圍內的傳動轉矩水平下發生滑動。
3. 根據權利要求2的皮帶輪傳動系統，其特徵在於，在所述齒帶(5) 和從動皮帶輪(4、 104)之間發生滑動時的傳動轉矩水平低於馬達失速轉 矩。
4. 根據權利要求1至3中任一項的皮帶輪傳動系統，其特徵在於，所 述從動皮帶輪(4)是平滑皮帶輪。
5. 根據權利要求1至3中任一項的皮帶輪傳動系統，其特徵在於，從 動皮帶輪(4)具有部分齒(12)，相比於主動小齒輪來說，所述部分齒(12) 與齒帶更不強制地嚙合。
6. 根據權利要求5的皮帶輪傳動系統，其特徵在於，所述部分齒(12) 以齒帶相鄰凹槽之間的距離的幾倍距離圍繞從動皮帶輪間隔開。
7. 根據權利要求5或6的皮帶輪傳動系統，其特徵在於，每個部分齒 (12)至少在所述部分齒的驅動側具有形成為平滑曲線和/或具有傾斜側面的頂部輪廓。
8. 根據權利要求5至7中任一項的皮帶輪傳動系統，其特徵在於，每 個部分齒(12)具有在所述皮帶(12)的齒之間的凹槽深度的30%到90%、 優選為60%到80%的高度。
9. 根據前述權利要求中任一項的皮帶輪傳動系統，其特徵在於，所述 張緊機構(9)包括安裝到相對於馬達(3)固定的框架(2)上的張力裝置(6)，所述馬達(3)驅動所述傳動系統。
10. 根據權利要求9的皮帶輪傳動系統，其特徵在於，所述張力裝置(6) 通過可釋放的連接件安裝到所述框架(2)上。
11. 根據權利要求9或10的皮帶輪傳動系統，其特徵在於，所述張力 裝置(6)包括臂(11)，所述臂(11)在一端可轉動地安裝到框架上且具 有自由端，所述自由端設有例如為軸承(7)的用於與齒帶(5)接合的構 件。
12. 根據權利要求ll的皮帶輪系統，其特徵在於，所述臂(11)通過 彈簧(8)起作用，所述彈簧(8)優選為扭轉彈簧，用於將張力應用到皮 帶(5)上。
13. —種電動草坪維護裝置，其包括根據前述權利要求中任一項的皮帶 輪傳動系統。
全文摘要
一種皮帶輪傳動系統，其例如用於電動馬達驅動器(3)，所述皮帶輪傳動系統包括纏繞主動小齒輪(1)和從動皮帶輪(4、104)的環形皮帶(5)。張緊機構設置用於對主動小齒輪(1)和從動皮帶輪(4、104)之間的皮帶(5)的繃緊起作用以增大皮帶(5)的張力。從動皮帶輪被設置為和與其接觸齒帶(5)的段沒有完全嚙合接合，從而可以在傳動系統啟動時主動小齒輪(1)和從動皮帶輪(4、104)達到同步轉速之前、在皮帶(5)和從動皮帶輪(4、104)之間發生滑動。
文檔編號F16H7/02GK101660590SQ20091016663
公開日2010年3月3日 申請日期2009年8月24日 優先權日2008年8月25日
發明者A·史密斯, A·奎格利, T·埃萬斯 申請人:羅伯特·博世有限公司