CN101101049B - 高速传动齿形链链条和链轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速传动齿形链链条和链轮。齿形链板的内外侧齿廓均可与链轮的轮齿啮合。链板内侧齿廓首先与链轮轮齿啮合，随链轮的旋转，逐步过渡到链板内侧齿廓和外侧齿廓同时与链轮啮合，直至外侧齿廓最终定位于链轮的轮齿之上。链轮单齿单侧齿廓线由过渡曲线、渐开线、修正渐开线组成。齿形链链板内侧廓线相对于外侧廓线外凸。齿形链和链轮进行啮合时，啮入啮出平稳，冲击振动和噪音小，适合高速传动，特别适用于摩托车和汽车的配气/正时链传动和机油泵传动。
Description
(一)技术领域
本发明属于机械制造领域，涉及到高速链传动技术，特别适用于汽车、摩托车发动机的配气/正时链传动和机油泵传动等高速传动。
(二)背景技术
齿形链传动广泛用于各种要求运动平稳、噪声低、速度高的工作场合，如汽车、摩托车发动机正时/配气传动。摩托车和汽车发动机曲轴与凸轮轴之间的配气传动，以实现点火时间准确，配气链传动速度非常高。标准的齿形链是链片外侧直边齿廓与链轮直线齿廓啮合，每个链节与链轮的啮合在瞬间完成，啮合过程属于非共轭啮合。由于链传动多边形效应，标准的齿形链条的节距线与链轮的节圆交替的相割或相切，其链条中心线位置周期性的变化。标准的链传动在高速运动时将产生大的冲击振动和噪音，严重影响发动机的性能。
为了有效消减链条的横向移动量，德国Ramsey公司将齿形链的铰链结构由传统的滑动摩擦副改进为滚动摩擦副，发展成为具有变节距性能的滚动销齿形链，直接与具有渐开线齿形的链轮啮合。我国专利号为92226376.0也公开了一种与变节距滚动销齿形链相配合的链轮加工刀具。德国Ramsey公司生产的采用滚动销或卵形销的齿形链通常也限于≤5000转/分的中低速，而且工艺复杂，成本高，难以推广应用，特别是不适合摩托车和汽车所用的小节距齿形链。
(三)发明内容
本发明的目的在于克服上述传统技术的不足，提供一种具有低噪音、适合高速传动的齿形链和链轮传动机构。
本发明的高速传动齿形链链条和链轮采用双面啮合的形式，即链条链板的内外侧齿廓均可与链轮的轮齿啮合。当双面啮合的齿形链链条与链轮啮合时，啮入链板的内侧齿廓首先与链轮轮齿啮合，随链轮的旋转，逐步过渡到啮入链板的内侧齿廓和外侧齿廓同时与链轮啮合，直至外侧齿廓最终定位于链轮的轮齿之上。
本发明的高速传动齿形链链轮的齿形由链条齿形包络而成。链传动是一种多刚体的运动形式，不但链节和链轮有运动关系，而且前后链节之间也存在一定的运动关系。确定双面啮合链轮齿形，须首先导出链节与链轮之间的运动关系和链节齿形的数学方程。链节之间、链条与链轮之间的复杂运动关系须做合理简化，求解与之啮合的链轮齿形。链轮单齿单侧齿廓线可由过渡曲线、渐开线、修正渐开线组成。
本发明的高速传动齿形链链条链板的内侧齿廓外凸于外侧齿廓。链板内侧齿廓先与链轮啮合，并在后续的过程中，随链轮的转动，链板内侧齿廓持续地与链轮齿廓啮合，直到同侧的外侧齿廓定位于链轮轮齿上，这样就完成了啮入链节两铰链中心连线与链轮分度圆相切到相交再到相割的周期性过程。双面啮合不同于标准齿形链在瞬时与链轮齿廓啮合并定位于链轮上。双面啮合齿形链链板内侧廓线与外侧廓线对称线的法向距离为f，
h为标准齿形链机构多边形效应的幅值，l为紧边链条平动距离差，α为齿楔角。
本发明的高速传动齿形链链条和链轮可以保证齿形链链条和链轮啮入完毕后，链节处于较大的圆上，可以消除在链条和链轮在啮合过程中的啮合线位置变化，以及链条中心线横向移动量。
本发明的高速传动齿形链链条和链轮可以保证链条紧边链条中心线保持水平，与链轮分度圆相交的链节铰链中心连线和紧边链条中心线之间有一定的夹角，而不是象标准链传动一样，与紧边链条中心线重合。双侧齿廓啮合的形式使得链板的内侧齿廓线先与链轮齿廓啮合，保证紧边链条的中心线不下降到与链轮分度圆相割的位置，减小了多边形效应的影响。
本发明的齿形链链条节距和链轮齿廓的设计特点可以保证实现由单面啮合平稳的过渡到双面啮合，使链条啮入链轮平稳，啮合作用力无突变，啮入冲击速度小。而且，链轮轮齿齿根无应力集中，有助于提高齿形链的传动能力。
本发明的齿形链链条和链轮可以减少链传动多边形效应，减少链条中心线位置周期性的变化。本发明的齿形链链条和链轮，制造工艺简单，成本低，冲击振动和噪音小，特别适合于摩托车和汽车所用的小节距齿形链。
本发明的高速传动齿形链链条和链轮特别适用于摩托车和汽车曲轴与凸轮轴之间的配气链传动，以及机油泵链传动；适合于代替齿型带传动。
(四)附图说明
图1为齿形链链条和链轮传动示意图，其中双面啮合链板1，外导板2，圆柱形销3，主动链轮4；
图2为链轮齿形啮合示意图，其中过渡曲线l1，渐开线l2，修正渐开线l3；
图3为链条链节齿形示意图，图中p为节距，α为齿楔角；
图4为啮入链节两铰链中心运动示意图，图中h为标准齿形链机构多边形效应幅值；
图5为啮入链节两铰链中心运动示意图；
图6为双面啮合链条与标准链条多边形效应比较。
图4为双面啮合链条与标准链条比较；图4a表示双面啮合齿形链条与链轮啮合时的初始参考位置，此时紧边链条中心线与链轮分度圆相切。随着链轮转动和链板齿廓的啮合，紧边链条中心线始终处于与链轮分度圆相切的线上，紧边链条没有出现横向下降，如图4b所示。
图4c表示标准齿形链条与链轮啮合时的初始参考位置，此时紧边链条中心线与链轮分度圆相切。随着链轮转动和链板齿廓的啮合，紧边链条中心线与链轮分度圆出现相割状态，紧边链条出现横向下降，如图4d所示。
标准齿形链机构在开始啮合到最终定位于链轮的过程中，均是链节的外侧齿廓与链轮的轮齿啮合，链节的内侧齿廓不参与啮合。这种单纯外侧齿廓啮合的形式容易产生紧边链条与链轮分度圆相切和相割位置的周期性变化，导致紧边链条中心线的横向波动量h，形成多边形效应。
由图4b可知，双面啮合齿形链条紧边链条中心线保持水平，与链轮分度圆相交的链节铰链中心连线和紧边链条中心线之间有一定的夹角，而不是象标准链传动一样，与紧边链条中心线重合。双侧齿廓啮合的形式使得链板的内侧齿廓线先与链轮齿廓啮合，保证紧边链条的中心线不下降到与链轮分度圆相割的位置，减小了多边形效应的影响。
图5表示了啮入链节两铰链中心运动。当链轮旋转铰链B由B1到B2，转角θ2时，铰链A由A1平移至A1处，移动距离lp。移动距离lp随转角θ2变化呈非线性关系。在理想情况下，移动距离不发生变化，也即链条无位移变化、无链条移动方向振动。l为紧边链条移动距离相对理想情况的变化。本发明通过齿形修正，实现移动距离不发生变化。
图6所示为节距p＝6.35mm，齿数Z＝28时，多边形效应随链轮转角的变化曲线，其中系列1为标准齿形链，系列2为双面啮合齿形链。在一个啮合周期内双面啮合齿形链机构多边形效应最大值约为0.01mm，而标准齿形链机构多边形效应最大值约为0.178mm。与标准齿形链机构比较，双面啮合齿形链机构的多边形效应幅值减小94％，可有效消除多边形效应的影响。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明专利的实施做进一步说明。
齿形链传动包括双面啮合链板，外导板，圆柱形销，主动链轮和从动链轮。双面啮合链板1内外侧齿廓均为直线，在啮合过程中内外侧齿廓均可与新型的齿形链轮啮合。外导板2使链条在轴线方向上能定位于链轮两侧，可避免链条的轴向窜动。圆柱形销3将链轮轴线方向上位置相同的链板和导板连接起来。新型链轮4的齿廓线除齿根和齿顶部分齿廓外由过渡曲线、渐开线、修正渐开线组成。该链轮在与双面啮合链条啮合过程中，可减小啮入瞬间的冲击。除齿数可能不同外，从动链轮的节距、齿形构成方式均与主动链轮相同。
Claims (1)
1.高速传动齿形链链条和链轮，包括齿形链链条和链轮，链轮齿廓线由过渡曲线、渐开线、修正渐开线组成，其特征在于双面啮合链板的内外侧齿廓均与链轮的轮齿啮合，当双面啮合的齿形链链条与链轮啮合时，链板内侧齿廓首先与链轮轮齿啮合，随链轮的旋转，逐步过渡到链板内侧齿廓和外侧齿廓同时与链轮啮合，直至外侧齿廓定位于链轮的轮齿之上；齿形链链板内侧廓线相对于外侧廓线外凸，与外侧廓线对称线的法向距离为f，h为标准齿形链机构多边形效应的幅值，l为紧边链条平动距离差，α为齿楔角。
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