CN101031379A - 用于链锯的轮圈式链轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于链锯的轮圈式链轮。用于链锯的轮圈式链轮的批量铸造特别是当应用于较大的轮圈式链轮时由于孔隙和削去处理而引起不希望的高废品率。解决方案是在钢水在链轮模中固化的整个过程中确保钢水流动，同时使钢水入口或浇口的尺寸保持成能使入口的茎部脱离。这样提高了钢水在链轮模中的冷却速度，发现这是有利的。因此，通过保持正被铸造的链轮的质量与表面积之比不大于每平方英寸表面积具有约4克材料并且可选地设置贯通轮圈式链轮的通孔，实现了降低废品率的目的，所述通孔额外有助于去除木屑。该设计还减少了材料含量，从而降低了产品的成本及重量。

Description

用于链锯的轮圈式链轮

技术领域

本发明涉及一种用于驱动链锯的锯链的轮圈式链轮(rim sprocket)，所述锯链包括例如与成对的侧链片连接的中心传动链片，其中一些侧链片为侧切割链片，且本发明更具体地涉及用于这种轮圈式链轮的结构，该轮圈式链轮使用更少的材料且因此重量更轻而强度相同或更大。更具体地和/或另外，本发明涉及一种用于制造链轮同时减少废品率的方法。

背景技术

轮圈式链轮可以被描述为具有位于盘形侧壁之间的星形中心部(即，具有径向延伸的齿)。齿之间的周向间距以及侧壁之间的横向间距限定了凹槽(gullet)，所述凹槽接收锯链的中心链片的传动凸起(drive tang)，且侧壁还限定了支撑锯链的侧链片的外周支撑面或轨道。所述链轮具有花键形中心开口，该开口贯通用于接收例如由链锯的发动机驱动的接合器的驱动轴的所有三个部分的厚度。在这种链锯的示例中，由发动机驱动的离心式离合器与杯形件接合并使接合器的轴旋转，从而旋转地驱动轮圈式链轮且因此驱动安装在该轮圈式链轮上的锯链。该锯链因此围绕链锯的导杆被驱动，从而切割树木或圆木等。

驱动链轮是链锯驱动系统的关键部件并被严重滥用而迅速磨损。因此，希望制造这样一种链轮，该链轮能经受数小时(例如，为一些切割链条的寿命)的严重滥用，并且仍然能尽可能廉价地制造。

已经研究出一种制造这种链轮的方法。形成模具树(mold tree)。该模具树为塑料形式，并具有由多个相互连接的部分(segment)构成的垂直中心部分，所述相互连接的部分具有水平放射的辐条。将呈待制造的轮圈式链轮形状的链轮模或模腔(mold form)固定至每个辐条。用陶瓷覆盖该模具树，并烧掉所述塑料形式从而留下陶瓷模。因此，设有这样的通路，这些通路沿由烧掉的中心部分形成的模具树中心向下(称为流道)，穿过烧掉的辐条(称为浇口)而进入各个链轮模腔。在单次操作中通过所述通路将钢水注入所述多个链轮模腔。冷却后，将包围固化链轮的陶瓷模去除，但是这些链轮通过已在浇口中硬化的钢而保持相互连接。有时将形成在浇口中的硬化钢称为茎部(stem)。根据设计，形成在浇口内并连接到链轮的钢茎部尺寸小，因而能使链轮脱离形成在流道中的硬化金属。茎部残留在链轮上的任何小瘤(nubbin)能被容易地磨掉，从而去除任何互相连接的痕迹，这样使该链轮准备好进行最终加工(例如热处理)。

上述方法具有多个关键方面并因此而存在有待本发明解决的问题。理想地是在形成熔融温度时注入钢水，以确保模腔的完全填充并确保成品具有所需的钢成分。在浇口处产生的茎部应当构造成能使固化的链轮干净地脱离。遍及链轮模的金属优选密度均匀，即，避免产生孔隙。轮圈式链轮的其它期望特征是：所制造的链轮利于在切割木材操作期间去除木屑，并且链轮的重量最轻。

发明内容

通过对特别是当模制较大尺寸的轮圈式链轮(例如，直径大于1.5英寸)时产生的不希望的高废品率的研究而作出本发明。确定的是，较高废品率主要由于浇口中的金属过早固化而引起。因此，可推断，为了确保足够的金属流入较大的腔室内从而避免产生孔隙，需要扩大穿过辐条的浇口或入口。但是，当浇口或入口扩大时，形成在浇口内(随着金属固化)的较大茎部比较难以从链轮脱离，并致使有时会削去(削掉)一部分链轮本体。

另外，进一步研究是尝试减少较大尺寸链轮所用的金属量以使入口保持较小。至少部分由被驱动的锯链的结构而限定了星形中心部分和盘形侧壁的结构。由安装到驱动链轮的杯形件上的接合器而限定了中心开口。因此，减小体积的最初尝试是在侧部的侧壁中形成通道。这些尝试在减小金属体积方面是成功的，从而致使废品率降低并发现这样制造的链轮仍保持所需强度。这一成功启发了进一步尝试减少金属量，因而在侧壁上且在链轮齿之间沿轴向设置开口，而在研究的第三阶段，还减小了链轮齿上方的侧壁厚度。

上述金属去除处理以及随后的测试使得进一步发现：形成轮圈的某些较薄部分的强度往往比先前的较厚部分的强度更大或至少相当。更进一步发现，由于因此在应力关键区域中产生的较硬表面而使磨损寿命有所提高。可断定，先前的较厚部分具有稍微多的孔隙，而这些孔隙是金属冷却和固化过程的现象。熔融金属随着冷却而固化并在该过程中收缩。因此，在整个收缩过程中需要提供额外的熔融金属以保持较紧实地填充腔室。不然会产生空隙，这些空隙会形成不希望的孔隙，从而减小较硬表面的面积。

从上述反复试验发现了一个重要关系，即，正被浇注的链轮的表面积与填充链轮模的腔室所需的金属质量之间的关系。更具体地说，重量(例如，克)与表面积(例如，平方英寸)之比应为大约4比1或更小，即：构成正被浇注的链轮外表面的表面积每平方英寸所用的熔融金属不超过大约4克。通过减小链轮结构在非应力关键区域的厚度，可以实现该期望关系，且通过增大表面积也是可行的。通过观察根据本发明制造的链轮发现，冷却和固化越快制造的轮圈式链轮越轻，这样的轮圈式链轮制造较廉价并且还进一步发现其具有更长的磨损寿命。参照以下参考附图对本发明优选实施例的描述可更加充分地明白和理解本发明。

附图说明

图1至图5为根据本发明的轮圈式链轮的不同视图：图1为立体图；图2为端视图；图3为侧视图；图4为沿图3中的线4-4剖取的剖视图；和图5为沿图4中的线5-5剖取的剖视图；

图6至图9为替换实施例的类似视图；

图10至图14为第二替换实施例的类似视图；和

图15为表示用于制造图1至图14中的轮圈式链轮的方法的模具树形式的视图。

具体实施方式

图15示出了由例如塑料形成的模腔10，还示出了如下所述的铸造过程之后相互连接的轮圈式链轮。模腔10被包在承受高温的陶瓷中。该陶瓷外壳由虚线15表示。使塑料熔化并将其去除，从而形成具有尺寸和形状与模腔10大致相同的多个复杂腔室的陶瓷模具。将熔融金属(例如，钢成分)向下注入，使其穿过中心流道(由箭头12表示)，然后向外流动到由模腔10的茎或茎部14表示的入口或浇口并从所述入口或浇口穿过，从而进入由链轮模腔16表示的外腔室。

应注意，表示成型铸件的浇口或入口的茎部14的厚度大致与链轮模腔16的侧壁18的厚度相同。还应明白，钢水(在例如3000(华氏度)或更高的温度下)从流道开口12流动穿过浇口14，然后进入多个腔室结构16直到链轮腔室被填满为止。这种填充需要非常短暂的时间。然后钢水冷却，且当其因冷却而收缩时，额外的钢水穿过浇口14引入腔室结构16。使链轮腔室结构16的期望钢密度保持在额外的钢水可穿过浇口14的水平。如果使浇口14中的钢水固化，并因此在链轮腔室结构16的钢水固化之前关闭浇口，则腔室内的钢的继续固化会致使钢紧缩或收缩，这会在链轮本体内产生空隙从而产生不希望的孔隙。

现在参照图1至图5，这些图示出了本发明的一个实施例。鉴于通常的轮圈式链轮具有两个平盘状侧壁18，所述侧壁通过星形中心部分20分开，并鉴于这两个侧壁的外周和内周以及中心部分分别由被链轮驱动的锯链(参见图5中的虚线26)以及驱动链轮的驱动轴(参见图5中的虚线42)确定，本申请人提出仅在外周和内周之间从侧壁去除材料。更具体地说并特别参照图3，侧壁18的外周34和内周36(有时称为周边轨道)通过连接部分38相互连接，所述连接部分与链轮齿20一致，如图1中最佳可见。应注意，由部分34、36和38限定的空间形成了通孔28。(还应注意，通孔28应当不干涉所述齿，即通孔的侧边缘应当在齿的侧边缘的内侧。参见图5。否则可能会引起应力集中(stress riser)，从而产生裂纹。)

应当明白，这样去除材料实现了链轮的材料质量的降低，同时形成了新暴露的表面区域(即，围绕通孔28的区域40，如图1和图3中最佳可见)。该去除材料的目的是降低质量与表面积之比，例如，降低至每平方英寸表面积的钢材料质量不超过4克。

如上所述并再次参照图1至图5，链轮16设置有通孔28，所述通孔在链轮的整个厚度上延伸，即：贯通两个侧壁18。金属材料存在于两个侧壁18的通孔的上方、下方及各个侧面。由驱动轴42限定的中心开口被构造成具有多个凹口32，这些凹口与驱动轴42的花键相配合，用于将旋转动力从链锯发动机传递到链轮并因此传递到链轮16上拖带的锯链26，如图5所示。

根据铸造轮圈式链轮的先前经验，以前会认为链轮16的结构过于脆弱。但是，如上所述，由于需要减少质量并且最终发现越厚不一定越好(应用在这些金属铸件上时即不一定越坚固(多孔与无孔相比))，发现在低应力区域设置通孔28，可以减少构成链轮的金属质量。可在不减小链轮的尺寸(即，具有与支撑和驱动锯链所需的相同的内周和外周结构以及承压面积(land surface area))且不牺牲强度的情况下实现上述效果。特别的是，更大的表面积以及更小的质量使得能在保持所需的质量表面之比的同时制造直径大于1.5英寸的较大尺寸的链轮。通过大量试验，已经确定这个比例保持在不大于约4比1时是理想的，即：每平方英寸表面积的重量为4克。

现在参照图6至图9中示出的替换实施例。该替换实施例与图1至图5的实施例仅有一处不同，即：与图1至图5的连接部分38相比，连接部分38’的厚度减小。应明白，先前实施例的指定的齿20和连接部分38被铸造成链轮的共用部件。在两个实施例当中，20，38的组合厚度在第一实施例(图1至图5)中示出为最大厚度，而在第二实施例(图6至图9)中示出为最小厚度。优选的是，介于其间的厚度可以最佳满足链锯使用者的需要，因此介于最大厚度和最小厚度之间的全部厚度范围包含在本发明的教导内。

图10至图14示出了第三实施例。在该实施例中，外周部分34与内周部分36(在两侧)之间的材料较薄，即：在内周部分和外周部分之间形成通道或水道(inset)44，这些周边部分有时可以称为内环部和外环部。如在图10、图12和图13中最佳可见，设置这样的通道可以减少金属材料并增大表面积，例如，增加了过渡表面区域46。

上述公开涉及优选实施例，并在不背离由所附权利要求限定的本发明的情况下，具有多种变化和修改，这些优选实施例中的术语旨在给出它们在商业上的广义含义和通常含义。

Claims (6)

1、一种用于驱动链锯的锯链的轮圈式链轮，该轮圈式链轮在批量铸造过程中由钢水铸造而成，所述链轮包括：

分开的侧壁，所述侧壁通过在周向上隔开的齿连接在一起，所述侧壁具有用于支撑所述锯链的侧链片的外周，并且在周向上隔开的所述齿用于接收所述锯链的中心传动链片凸起并与其接合，且所述侧壁具有内周，该内周构造成接收所述链锯的花键式驱动轴，从而可旋转地驱动所述链轮，并通过所述齿与所述传动链片凸起的接合而驱动所述链锯的锯链；

所述侧壁具有金属制成的连续的周边环，所述环限定了所述内周和所述外周，并且所述侧壁与所述齿配合地构造成在所述齿之间设有延伸穿过所述侧壁的通孔，配合地构造的所述侧壁和所述齿具有期望的材料质量，在以按克计的重量与按平方英寸计的表面积之比测量时，该材料质量与所述链轮的外表面积相比不大于大约4比1。

2、一种用于驱动链锯的锯链的轮圈式链轮，该轮圈式链轮在批量铸造过程中由钢水铸造而成，所述链轮包括：

分开的侧壁，所述侧壁通过在周向上隔开的齿连接在一起，所述侧壁具有用于支撑所述锯链的侧链片的外周，并且在周向上隔开的所述齿用于接收所述锯链的中心传动链片凸起并与其接合，且所述侧壁具有内周，该内周构造成接收所述链锯的花键式驱动轴，用于可旋转地驱动所述链轮，并通过所述齿与所述传动链片凸起的接合而驱动所述链锯的锯链；

所述侧壁具有金属制成的连续的周边环，所述环限定了所述内周和所述外周，并且所述侧壁在所述连续的环之间厚度减小以形成槽状的水道，从而增大表面积并减小质量；

所述质量与表面积之比在以克比平方英寸为单位测量时不大于约4比1，且所述驱动链轮具有直径大于1.5英寸的尺寸。

3、根据权利要求1所述的轮圈式驱动链轮，其特征在于，在所述侧壁中的所述通孔限定了所述内环和所述外环之间的连接部分，并且与所述内环和所述外环的厚度相比，所述连接部分的厚度减小。

4、一种制造用于驱动链锯的锯链的轮圈式链轮的方法，该方法包括：

制造铸件，该铸件包括中心流道、多个链轮腔室以及使所述中心流道与所述腔室相连接的浇口；

将所述腔室制造成具有侧壁，所述侧壁根据需要具有外支撑环和内支撑环，以与链锯的驱动轴相配合并支撑锯链的侧链片，并且使所述腔室在所述侧壁之间还具有链轮齿，以与所述锯链的传动凸起接合，所述外支撑环和内支撑环以及所述链轮齿被认为是高应力关键部件，且所述外环和内环通过非高应力的侧壁连接部分相连接；和

必要时减小所述连接部分的厚度，以保持质量与表面积之比不超过每平方英寸表面积具有4克材料。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述外支撑环和所述内支撑环通过所述侧壁和所述链轮齿而相互连接，并且在所述外支撑环和所述内支撑环之间且在所述链轮齿之间设置有贯通所述链轮厚度的通孔，以减少质量并改善木屑去除。

6、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法包括通过在所述侧壁中形成通道而减小所述侧壁部分的质量，并进一步增大所述链轮的暴露表面的面积。

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