随机滚子链链轮和制造链轮的方法

摘要

本发明涉及一种随机链条链轮，其具有一组四个齿隙，四个齿隙具有三个不同的齿隙径向位置和两个不同的链节夹角，以及涉及一种链节节距恒定的链条。

说明书

技术领域

本发明涉及链条和链轮传动装置，以及更确切地说，涉及能降噪 减震的链轮。

背景技术

内燃机使用包含链条和链轮的正时链传动系统。现有技术中已知 的链条的构造实例包括逆齿(IT)链、套筒链和滚子链。由于链条在啮 合过程中对链轮撞击，链条会产生震动和噪音。由于链轮齿均匀地分 布于链轮边缘，在基本啮合频率下出现震动和噪音，而这个频率是正 整数的倍数。一个单环正时链的基本啮合频率可以以赫兹为单位，用 以下公式来计算得出：

v＝(n_engine/60)×z_crank

其中n_engine是以rpm(转/分)为单位的发动机的角速度，z_crank是曲轴 链轮的齿数。

通常，为了减震和降噪，会改变均匀地分布于链轮边缘的链轮齿， 因此两次连续撞击之间的时间间隔是不同的。这打破了统一的样式， 因此噪音和震动会以更广的频谱传播，但啮合阶次的振幅将会减小， 并最终被除了链条啮合之外的源所产生的发动机噪音遮盖。希望减弱 这种不愉快的啮合单音但不一定要整体噪音和震动水平的下降。

发明内容

发明提供了一种链条和链轮传动系统，该传动系统使用有恒定节 距的链和使用其中一些相邻的齿隙有不同的齿隙径向位置的链轮。这 样就提供了一个能够降噪减震的结构。在一种使用滚子链的实施方式 中，通过改变一部分相邻的根的根部径向位置，改变滚子和链轮之间 接触的时间间隔，因此打破统一的样式。

具体地说，使用一组四个连续的根部，其中，中间的两个根部具 有不同于其余两个根部的根部径向位置。优选地，这四个连续的根部 有至少两个不同的链节夹角。

一种制造链轮的方法包括：形成由链轮的节圆半径限定的圆；在 节圆内形成各边与的链条节距相等的多边形；接着在维持多边形的边 长的状态下改变多边形形状，以形成不同的链节夹角。

一种制造链轮的优选的方法包括：先形成梯形，该梯形的下底的 长度和在一组四个连续的齿隙中的第一、四两个齿隙的销轴中心之间 的距离相等，梯形的上底和腰的长度和链条节距相等；接着在维持梯 形的所有边长不变的状态下改变梯形形状；在把变形后的梯形的每个 顶点选定为一组四个连续的齿隙的其中一个中定位的销轴的中心的基 础上，为一组四个连续的齿隙中的每一个齿隙确定一个齿隙径向位置。

总的来说，根据本发明的链条和链轮驱动装置包括：具有销轴的 链条，所述销轴通过链节而相互连接，每个销轴具有中心轴线且每个 链条节距都被限定为是相邻销轴的中心轴线之间的距离，链条节距是 恒定的。链条构造包括但不限于滚子链、套筒链和逆齿(IT)链。链轮 具有齿和围绕链轮的外围间隔开的齿隙，其中每一个齿隙都位于相邻 的齿之间，用于接受滚子的套筒或链节齿中的一个。每一个齿隙都有 齿隙径向位置，齿隙径向位置被限定为是链轮中心和完全托座的链节 的沿径向的链条销轴中心上的点之间的距离。至少一组四个连续的齿 隙分别被定义为第一齿隙、第二齿隙、第三齿隙和第四齿隙。第一齿 隙和第四齿隙有相同的齿隙径向位置，而第二齿隙和齿隙根部有不同 于彼此且不同于第一和第四根部的齿隙径向位置。

在一个实施方式中，一组四个连续的齿隙有两个不同的链节夹角， 第一链节夹角由在第一链节中心线和第二链节中心线之间的夹角限 定，而第二链节夹角则由在第二链节中心线和第三链节中心线之间的 夹角限定。第一链节中心线由第一齿隙中的销轴的中心轴线和第二齿 隙中的销轴的中心轴线限定。第二链节中心线由第二齿隙中的销轴的 中心轴线和第三齿隙中的销轴的中心轴线限定。第三链节中心线由第 三齿隙中的销轴的中心轴线和第四齿隙中的销轴的中心轴线限定。

本发明的制造用于链条和链轮驱动装置的降噪减震的链轮的一个 方法主要包括：选择均匀的链条，该链条具有通过链节相互连接的销 轴，每个销轴具有中心轴线和链条节距，链条节距被限定为是相邻的 销轴的中心轴线之间的距离，链条节距是恒定的。接着，选择均匀链 轮，该链轮具有多个均匀的齿和围绕链轮外围布置的均匀的齿隙，每 一个均匀的齿隙都位于相邻的均匀的齿之间。每个均匀的齿隙具有齿 隙径向位置，该齿隙径向位置被限定为是在均匀链轮的中心和位于完 全托座的链节的沿径向的链条销轴上的一个点之间的间距，每个均匀 的齿隙具有相同的齿隙径向位置。节圆具有半径，该半径被限定为是 均匀链轮的中心和被牵拉在所述均匀的齿隙的一个中的销轴的中心轴 线之间的距离。均匀链轮多边形被置于节圆内部，多边形的每个顶点 与节圆内接且多边形的每条边的长度都与链条节距相等。通过在维持 每条边的长度不变的状态下改变在均匀的多边形的边之间的顶点，来 形成第一随机链轮多边形。第一顶角由第一随机多边形的一个顶点和 第一顶角的第一补角确定。第二随机链轮多边形的形成方式和第一随 机多边形有所不同，它是通过在维持每条边的长度不变的状态下改变 均匀的多边形的边之间的顶点形成的。接着，第二顶角由第二随机多 边形的一个顶点和第二顶角的第二补角确定。随机链轮被制造成具有 随机齿和围绕随机链轮的外围间隔开的随机齿隙。每一个随机齿隙都 位于相邻的随机齿之间。每一个随机齿隙有齿隙径向位置，该齿隙径 向位置被限定为是随机链轮的中心和位于完全托座的链节的沿径向的 链条销轴中心上的点之间的间距。至少一组四个连续的随机齿隙分别 被定义为第一齿隙、第二齿隙、第三齿隙和第四齿隙。

第一齿隙和第四齿隙有相同的齿隙径向位置，而第二齿隙和第三 齿隙有不同于彼此且不同于第一齿隙和第四齿隙的齿隙径向位置。一 组四个连续的随机齿隙具有两个不同的链节夹角。第一链节夹角由在 第一链节中心线和第二链节中心线之间的夹角限定，而第二链节夹角 则由在第二链节中心线和第三链节中心线之间的夹角限定。第一链节 中心线由第一齿隙中的销轴的中心轴线和第二齿隙中的销轴的中心轴 线限定。第二链节中心线由第二齿隙中的销轴的中心轴线和第三齿隙 中的销轴的中心轴线限定。第三链节中心线由第三齿隙中的销轴的中 心轴线和第四齿隙中的销轴的中心轴线限定。两个不同的链节夹角中 的一个等于第一补角，两个不同的链节夹角中的第二个则等于第二补 角。

另一种制造链轮的方法包括：选择一个均匀的链条，该链条具有 通过链节相互连接的销轴，每个销轴具有中心轴线和链条节距，链条 节距被限定为是相邻的销轴的中心轴线之间的间距，链条节距是恒定 的。选择一个均匀链轮，该链轮具有多个均匀的齿和围绕链轮外围隔 开的均匀的齿隙。每一个均匀的齿隙都位于相邻的均匀的齿之间。每 个均匀的齿隙具有齿隙径向位置，该齿隙径向位置被限定为是在均匀 链轮的中心和位于完全托座的链节的沿径向的链条销轴上的点之间的 间距，每个均匀的齿隙具有相同的齿隙径向位置。均匀的梯形包括下 底，该下底的长度与在第一齿隙内的销轴的中心到均匀链轮的一组四 个连续的均匀的齿隙中的第四个均匀的齿隙中的销轴的中心之间的距 离相等。均匀的梯形的上底和腰在长度上等于链条节距。通过在维持 每条边的长度不变的状态下移动均匀的梯形的顶点，形成四边形。通 过把四边形的每个顶点分配给均匀的链条中的四个连续的销轴的其中 一个的中心并且将四个连续的销轴放置在四个连续的随机齿隙中，使 随机链轮被制造成具有至少一组四个连续的随机齿隙。

优选的，梯形下底的两个端点不动，而梯形上底的两个端点发生 移动。

在另一种实施方式中，本发明的链轮具有一组四个连续的随机齿 隙，其中，第一齿隙径向位置和第四齿隙径向位置相同，第二齿隙径 向位置小于第一齿隙径向位置，且第三齿隙径向位置大于第一齿隙径 向位置。替代地，第一齿隙径向位置和第四齿隙径向位置相同，而第 二齿隙径向位置大于第一齿隙径向位置且第三齿隙径向位置小于第一 根部径向位置

本发明的链轮也可以具有多于一组的几组四个连续的随机齿隙。

参考一个或多个如下的附图，本发明的这些和其它方面可以更易 于理解。

附图说明

图1示出了链条和链轮传动总成，包括现有技术中公开的实例滚 子链；

图2更详细地示出了根据本发明的用于滚子链和套筒链的链轮；

图2’更详细地示出了根据本发明的用于IT链的链轮；

图3示出了用于设计本发明的链轮的随机均匀多边形；

图4示出了用梯形制造链轮的优选方法；

图5示出了链轮，该链轮带有多个用于滚子链和套筒链的非均匀 的齿隙式样；以及

图5’示出了链轮，该链轮带有多个用于IT链的非均匀的齿隙式样。

具体实施方式

图1示出了沿箭头11方向旋转的滚子链传动系统10。滚子链传动 系统10具有主动链轮12、从动链轮14和连接两个链轮的滚子链16。

每个链轮12和14具有绕链轮的外缘定位的链轮齿18。在各链轮 齿18之间有齿隙20。每个齿隙20具有齿隙径向位置22，该齿隙径向 位置的测量从链轮的中心24起至齿隙上最接近中心24的点26。这个 点26根据惯例被定义为齿隙20的底部。节圆半径28被定义为是链轮 的中心24和链条16的安置在齿隙20中的各个滚子36的中心38之间 的距离。

链条16具有相互连接滚子36的内链节30和外链节32。链节通过 套筒或销轴34相互连接。滚子36定位在链节之间并且可以自由旋转。 每个滚子36具有旋转中心38，滚子绕该旋转中心旋转。链条节距40 表示相邻的滚子36的中心38之间的距离。在本发明中，链条16具有 均匀的或恒定的链条节距。换句话说，相邻的滚子36的中心38之间 的距离在链条16上是恒定的。

现在来看图2，图2示出了四个连续的齿隙，这四个齿隙具有不同 的齿隙径向位置和不同的链节夹角(link angle)。特别是，第一齿隙20A 与第二齿隙20B邻接，第二齿隙20B依次与第三齿隙20C邻接，第三 齿隙20C依次与第四齿隙20D邻接。每个齿隙20A、20B、20C和20D 具有各自的齿隙径向位置，分别用附图标记22A、22B、22C和22D标 注。分别的用附图标记36A、36B、36C和36D标注的滚子安置在各个 齿隙中。每个滚子分别具有用附图标记38A、38B、38C和38D标注的 中心。

用于四个连续的齿隙20A、20B、20C和20D的链节夹角由第一中 心线50、第二中心线52和第三中心线54限定。第一中心线50由滚子 36A的中心38A和滚子36B的中心38B限定。第二中心线52由滚子 36B的中心38B和滚子36C的中心38C限定。第三中心线54由滚子 36C的中心38C和滚子36D的中心38D限定。

在一组四个连续的根部之间的两个不同的链节夹角由弧56与角 α1和弧58与角α2限定。由图可知，链节夹角56不同于链节夹角58。

由图可知，齿隙径向位置22A和齿隙径向位置22D相同，而齿隙 径向位置22B小于齿隙径向位置22A和22D。齿隙径向位置22C大于 齿隙径向位置22A、22B和22D。

因此，与图2一致地制造的链轮具有滚子36，滚子在不同的时间 间隔处碰击各个齿隙20，从而减弱噪音和振动。

图2’示出了用于IT链的链轮。销轴39替代图2中的滚子36。图 2的基本构思同样应用到图2’中。

接下来看图3，图3示出了一种确定用于一组四个连续的齿隙的不 同的链节夹角的方法。节圆60具有半径28，该半径等于所期望的链轮 的节圆半径。在节圆60内画出了均匀链轮多边形62，多边形的每条边 具有与链条节距40相等的长度。均匀链轮多边形62具有顶角66和补 角68。补角68等于链节夹角，且该均匀链轮的链节夹角具有均匀的齿 隙径向位置22。

为了达到随机根部径向位置以设计根据本发明的链轮，均匀链轮 多边形被移动以形成随机链轮多边形64。随机链轮多边形64和均匀链 轮62具有相同的侧壁，亦即，随机链轮64的每一侧都有等于链条节 距40的长度。为了确定随机链轮的链节夹角，随机补角72由随机多 边形64的顶角70确定。在两次以不同方式改变均匀链轮多边形62时， 能够达到两个不同的链节夹角并且这些链节夹角能够用来形成图2中 的链节夹角56和58。

将明白，在改变多边形以形成随机多边形64时，链轮必须被适当 地设计从而滚子完全托座在每个根部且边缘都具有相等的长度以及该 长度与链条节距相等，以便使用有恒定的链条节距的链条。在确保满 足该条件时，在完全的链轮旋转期间达到适当的链条啮合。

图4示出了用于制造随机链轮的优选的方法。图4示出了链轮的 一部分，该部分具有齿74和四个连续的根部76A、76B、76C和76D。 在均匀链轮中，每个滚子的旋转中心是78A⁰₀、78A⁰₁、78A⁰₂和78A⁰₃。 均匀的梯形具有至顶点78A⁰₀、78A⁰₁、78A⁰₂、78A⁰₃以及底部 78A⁰₀-78A⁰₃、顶部78A⁰₁-78A⁰₂以及侧边或腰78A⁰₀-78A⁰₁和 78A⁰₂-78A⁰₃。底部78A⁰₀-78A⁰₃平行于顶部78A⁰₁-78A⁰₂。为了形成一 组四个齿隙不均匀的连续的齿隙以及具有不均匀齿隙的链轮，顶点 78A⁰₁移到78A₁，以及顶点78A⁰₂移到78A₂。顶点78A⁰₀和78A⁰₃保持不 动。因此形成一个四边形以及用附图标记78A₀、78A₁、78A₂和78A₃标注该四边形。四边形的顶点78A₀、78A₁、78A₂和78A₃限定滚子在 齿隙76A、76B、76C和76D中的新的旋转中心。既然滚子具有相同的 直径，那么齿隙76B和76C的齿隙径向位置改变以适应新的中心78A₁和78A₂。

在形成四边形时，梯形的顶部、底部和侧边的长度保持不变，仅 变化顶点处的角度。

从数学上来说，在图4中示出的滚子的非均匀的样式由下列方程 决定：

α₀＝360°/z

α₀是图4中示出的角

z是链轮上齿的数量

0.5°≤δ≤5°

δ是图4中示出的边的偏移角

β₁＝α₀-δ

β₁是图4中示出的角

$\underset{i=1}{\overset{3}{\Sigma }}\cos {\beta }_i=1+2\left(\cos {\alpha }_0\right)$

$\underset{i=1}{\overset{3}{\Sigma }}\sin {\beta }_i=0$

图5示出了带有辊子82的非均匀链轮80，其中多个非均匀的样式 即标注的样式1、2和3在围绕链轮80的外围的不同的位置处重复多 次。每个样式在其使用根据本发明的方法达到的非均匀的齿隙径向位 置是不同的。×标记偏离节圆84的、非均匀的滚子中心。用实心圆标 记的中心是旋转中心在节圆84上的滚子82。非均匀的样式在滚子82 具有在节圆84上的旋转中心处显示。

样式1、2和3优选是不同的，但它们能够是相同的。

图5’示出了带有多个非均匀的齿隙样式的IT链条链轮。在该实施 例中，优选也提供非均匀的齿形，但不是强制性的。齿销的中心用“×” 指出。基于在本申请中说明的方法决定所述样式。

如所理解的那样，基于获得的非均匀的撞击间隔，能够通过使用 根据本发明的方法创建无穷多的随机链轮构造。基本的啮合谐振分量 低于均匀链轮。

图2所示的实施例是本发明的一个特殊的实施方式，在该实施方 式中，使第一齿隙和最后的齿隙留有均匀的或相同的齿隙径向位置， 而第二齿隙则被进一步移离均匀的位置，从而使该第二齿隙对应一个 完全托座的沿如下圆弧移动的链条滚子：所述圆弧具有等于链条节距 的半径且以第一齿隙的中心为圆心，而第三齿隙则相应地移动得更多， 以保持在相应地完全托座的链条滚子之间的均匀的线性距离。

梯形，也已知作为不等边四边形，是带有两条长度不同的平行边 的四边形。两条平行边中较长的一条作为底部，两条平行边中较短的 一条作为顶部。在均匀链轮中，梯形有利地是等边梯形。

附图仅为图示目的，并不限制本发明。

附图标记列表

10    滚子链传动系统

11    箭头方向

12    主动链轮

14    从动链轮

16    滚子链

18    链轮齿

20    齿隙

20A   第一齿隙

20B   第二齿隙

20C   第三齿隙

20D   第四齿隙

22    齿隙径向位置

22A   第一齿隙径向位置

22B   第二齿隙径向位置

22C   第三齿隙径向位置

22D   第四齿隙径向位置

24    链轮的中心

26    根部的最接近中心的点，根部的底部

28    节圆半径

30    内链节

32    外链节

34    销轴

36    滚子

36A   第一滚子

36B   第二滚子

36C   第三滚子

36D   第四滚子

38    滚子的旋转中心

39    销轴

40    链条节距

42    链轮

50    第一中心线

52    第二中心线

54    第三中心线

56    链节夹角α1

58    链节夹角α2

60    节圆

62    均匀链轮多边形

64    随机链轮多边形

66    均匀多边形的顶角

68    均匀多边形的补角

70    随机多边形的顶角

72    随机多边形的补角

74    齿

76    齿隙

78    滚子中心

80    非均匀链轮

82    滚子

84    节圆