CN101287930B - 用于滚子链或套筒链的链轮齿廓 - Google Patents

用于滚子链或套筒链的链轮齿廓 Download PDF

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Abstract

一种改进的链轮的轮廓，用于与一个滚子链或套筒链平滑地啮合并且在啮合过程中防止与齿根部的径向碰撞。通过提供带有与该链条啮合部件的根半径相等的根半径的齿，改变了在链轮齿和滚子链之间的接触，使根半径的中心点以一个弦距离定位在该链轮的节距圆内。这种轮廓允许链的滚子或者套筒在链轮齿的齿侧上切向地、而不是在它们的齿根上径向地碰撞链轮齿。

Description

用于滚子链或套筒链的链轮齿廓 
发明背景 
发明领域
本发明涉及用于滚子链或套筒链的链轮领域。更具体地说，本发明涉及一种链轮，该链轮降低了在滚子链或套筒链与其啮合时产生的噪声。 
相关技术说明 
常规链条的链轮接触面使滚子或套筒坐入链轮齿的根部，如同使该链轮保持静止并且围绕它缠绕了一根拉紧的链条。一个滚子围绕位于该链轮的节距圆上的前一个滚子的中心在一个链条节距长度的圆弧上摆动，在到达该链轮的节距圆时该摆动的滚子与链轮齿的根部相接触。 
图11示出一根链条C，它具有与链轮S1和S2啮合的多个滚子R。与链轮啮合的一根滚子链所产生的噪声是一个长期公认的问题。在一个典型的滚子链传动中噪声的最重要的来源之一产生于当滚子坐入链轮齿之间时这些滚子和链轮之间的反复碰撞。如图12中所示，与一个链轮S相啮合的一个滚子10在一段圆弧20上摆动，该圆弧具有围绕一个已坐入的相邻滚子30的中心的一个等于链条节距P的半径。该滚子10沿着这段圆弧摆动从而产生与链轮齿根40的一个实质上径向的碰撞。 
先有技术披露了减少由滚子碰撞链轮所产生噪声的一些尝试。一些链轮设计已经通过改变链轮齿廓来尝试降低滚子链传动的碰撞噪声。美国专利号5,921,877说明了利用一种改进的链轮齿廓来降低滚子链和链轮噪声的一种尝试。它说明了具有三个部分的一种链轮齿廓使得一根链条的滚子与链轮的齿进行啮合而不产生大的噪声。然而，因为总体上如图3所示的齿廓的不对称性，这种设计被局限于单向的滚子链传动。 
其他设计也利用一种不对称的齿设计以尽力减少在这些滚子撞击链轮时由它们的碰撞所产生的噪声。美国专利号5,921,878和5,993,344披露了一种不对称齿廓，该齿廓结合了一个齿侧平面，该齿侧平面与一个啮合齿侧半径以及一个第一齿根半径相切，并且披露了一种节距失配，其中链轮的弦节距小于链条的弦节距。这种安排据说是有利于一种 与链轮的分段式的滚齿接触。同样，齿廓的不对称性限定了一个单向的滚子链传动系统。 
其他不对称的齿设计提供了在滚子和齿根的一部分之间的一种齿间隙空间，以尽力减少随着这些滚子磨损在未入座的滚子与链轮齿的震动接触所产生的噪声。图14展示了这类的一个设计。当跨接齿根的底部上时，滚子在位置A1和A2与相邻齿的齿侧的进行径向接触，而不是碰撞齿根的底部。这种链轮也被设计用于一个单向的滚子链传动系统。类似地，美国专利号5,397,278简单地减少了相邻链轮齿之间的空隙，以便滚子与相邻齿的这些齿侧同时进行径向接触。然而，这种设计可以用在一个多方向的滚子链传动系统中。 
美国专利号6,736,744披露了一种链轮，它基本上避免了链的滚子与该链轮的径向接触。当保持链轮节距圆直径时链轮的齿根半径被增大。因此，在滚子和齿根之间产生了一个间隙，这允许具有相似节距的一根链条的滚子以一种大致切向方式在链轮齿的齿侧上与它们碰撞，而不是以大致径向地在齿根上。利用这种设计齿间隙没有最小化。 
类似地，美国公开号2003/0186766披露了带有底座、碰撞部和末端部的一种啮合齿侧轮廓，所有这些部分都带圆弧段，这些圆弧段具有明确定义的半径和圆弧中心。脱离啮合的齿侧的轮廓是根据JIS标准的一个改进形式来确定的，其中链轮节距小于滚子链条节距。碰撞点位于切点上以允许滚子速率上的一个逐渐的变化。利用这种设计齿间隙没有最小化。 
因而，本领域中存在对于多方向链轮的一种需要，该多方向链轮将由一个滚子链的滚子与一个链轮之间大致径向的碰撞所产生的噪声实质性地最小化，同时使齿间隙最小化。 
发明概述 
一种改进的链轮齿廓与一根滚子链或者套筒链平滑地啮合并且在啮合的过程中防止与齿根部的径向碰撞。链轮上的齿具有的一个根半径等于链的啮合部件的根半径，并以该根半径的中心点以一个弦距离定位于该链轮的节距圆之内。这种轮廓允许链条的滚子或套筒在它们的齿侧上切向地、而不是在它们的齿根上径向地碰撞链轮的齿。本发明对于滚子链和套筒链均可应用。 
附图简要说明 
图1A示出本发明的一个实施例中的一个根半径，其中心点以一个弦距离位于链轮的节距圆之内。 
图1B示出图1A中所示的弦距离的一个放大的视图。 
图2示出图1A的圆旋转了一个齿间隙的角度以及从其中心摆出的相切于第一圆的一段圆弧。 
图3示出图2的切向弧围绕来自链轮节距圆的中心并穿过该第一圆中心的一条中心线的一个镜像，并且将该镜像复制了一个齿间隙的旋转角度，使之与第二圆相切。 
图4示出这些引申段形成一个修饰的齿。 
图5示出与邻近的修饰了的齿的齿侧相切的第一圆。 
图6示出第二圆已被去除以及镜像的圆弧留下了一个完整的齿。 
图7示出使用本发明的齿的一个链轮的轮廓。 
图8A示出在本发明的一个实施例中与一个链轮的齿相啮合的一根链条的路径。 
图8B示出当链条啮合链轮时链条和链轮的齿之间的间隙的一个近距视图。 
图9示出本发明一个实施例中正在脱离一个链轮的齿的一根链条的路径。 
图10示出具有定位在一个链轮齿的根部上的一个滚子的一根链条的这些滚子如何在后续齿的啮合中以一个齿间隙最小值越过该齿平滑地返回到节距圆上。 
图11展示了一个典型的滚子链和链轮传动系统。 
图12展示了一个链条的滚子与一个常规链轮的大致上径向的啮合。 
图13展示了一个先有技术的不对称的链轮齿廓。 
图14展示了在链条的滚子和一个先有技术中的根部减除了的不对称的齿廓链轮之间的两点接触。 
发明详细说明 
本发明通过提供带有与链条啮合部件的根半径相等的根半径的齿来改变链轮齿与滚子链或者套筒链之间的接触，使该根半径的中心点位于链轮节距圆之内一个弦距离。本发明采用来自ISO的标准根半径，然 而与先有技术不同，该根半径以一个弦距离位于节距圆之内。本发明减少了噪声和齿间隙。 
弦距离(又称弦升和降)被定义为从链轮的中心到垂直于链轮中心线的链条中心线在一个链条滚子部件(用于一个滚子链)或者一个链套筒部件(用于一个套筒链)在该链轮中心线上时的距离与在两个滚子部件或者两个套筒部件等距地在该链轮中心线两侧时的距离的差距。这个值(或者径向差距)随着链条和/或者链轮的节距而变化。 
图1至6示出本发明的齿廓构造的细节。图1A示出链轮齿根部(100)。该根部(100)具有一个根半径(101)，它的中心点(102)以一个弦距离(103)位于链轮节距圆(104)之内。该滚子或套筒链的销(未示出)在链轮节距圆(104)的两个方向上以一个1/2齿旋转落在链轮节距圆(104)上的这些点(105)和(106)定义了用于测量弦距(103)的底点(102)，该底点也是本发明的链轮的每一个齿的根半径的中心点(102)。点(107)是该滚子或套筒链(109)的中心线，该中心线垂直于链轮的中心线(108)。圆(109)既代表了一个滚子或套筒链，又代表了等径圆(中心点位于链轮节距圆的中心线上的圆)。圆(110)示出该等径圆(109)沿着链轮节距圆(104)的一个1/2旋转。在图1B中示出图1A中由虚线方框所包围部分的一个放大的视图。 
在图2中，根半径圆(111)已经被旋转了一个齿间隙的角度并且从圆(111)的中心画出了与该第一圆(100)相切的一段圆弧(112)。图3围绕来自该链轮的节距圆(104)的中心并穿过第一圆(100)的中心的一条中心线做出该切向弧(112)的镜像，以产生旋转了一个齿间隙角度的一个复制的切向弧(113)，因此该第二切向弧(113)与该第二圆(111)相切。代表齿尖(116)直径的一段圆弧(114)被加在该第一圆(100)和第二圆(111)之间。与第一圆(100)相切的一个第二圆弧(115)被示出以代表在链轮上的一个相邻的齿。图4剪除了伸出的端部，并且示出带有两个齿侧(118)和(119)的一个齿(117)以及齿尖(116)。图5修剪了(120)与相邻齿的齿侧相切的第一圆。图6去除了第二圆(111)和镜像圆弧(115)而留下一个完整的齿(117)。 
图7示出一个链轮的轮廓(130)，该链轮齿廓使用带有本发明一个改变了的根半径(101)的齿(117)。该齿(117)围绕节距圆(104)被重复了恰当的次数以描绘该链轮的轮廓(130)。 
图8A和8B展示了与一个链轮齿(117)相啮合的链条的路径(138)。被定义为该链条和一个齿侧(137)之间的空间的间隙(134)随着链条啮合并进入根部(120)而减少(134’)。齿尖上的间隙平滑地减少直到啮合点。当链条位于节距圆(104)上时，在链条的任一侧或者两侧上的最小间隙就是齿间隙。由于这些滚子定位在节距圆(104)上，因此没有径向接触。链条不碰撞根部(120)或者坐在根部中。取而代之的是，在链条和链轮之间存在切向接触(136)。 
图9展示了链条与一个链轮齿(117)脱离啮合的路径(138)。随着链条脱离啮合，间隙(137)增加。链条平滑地脱离啮合而无来自齿的干扰。 
图10展示了具有一个滚子或套筒定位在一个链轮齿(117)的根部(120)上的一根链条的这些滚子或套筒是如何在后续的齿啮合中以一个齿间隙(142)的最小值越过齿而平滑地返回到节距圆(104)上。本发明的设计确保始终有足够的间隙，并且在齿侧与链条的滚子或套筒之间没有干扰，即使该滚子或套筒深入根部(120)之内。例如，当系统静止时滚子或套筒可能会深入根部(120)之内。 
该弦距离确定了齿间隙的量值，并且对于一个给定数目的齿，该弦距离随着节距圆直径的减少而增大。表1示出了链轮廓的两个实例。 
表1 
  齿(数)   节距(毫米)   节距圆半径(毫米)   弦距离(毫米)
  10   8   12.944   0.634
  24   8   30.645   0.262
在这两个实例中，节距已被任意地选择为8毫米。在第一个实例中，链轮有十个齿。带有十个齿的节距圆半径是12.944毫米。相应的弦距离是0.634毫米，该弦距离十分大并且可能会导致大的齿间隙。过大的齿间隙已被证明对于由链条和链轮接触面所产生的噪声的等级和类型是一个非常重要的成因。因此，在带有小数目齿的链轮中将根部从链轮节距圆移动少于一个弦距离可以是一种优势，包括有十个齿的本实例。当设计有十个齿的链轮时，在零和一个弦距离之间选择一个什么样的值将取决于链轮的具体设计。在第二个实例中，有24个齿。在这个实例中， 节距圆半径是30.645毫米，并且弦距离是0.262毫米。 
因此，应当理解的是在此所说明的本发明的这些实施例仅仅是对发明原理的应用的说明。在此提及的图示实施例的细节并非旨在限制权利要求的范围，这些权利要求本身引述了被认为是发明所必需的那些特征。 

Claims (24)

1.与一个滚子链一起使用的一种链轮，该滚子链具有多个滚子部件，这些滚子部件有一个预选的半径并且中心定位为相隔一个链条节距，该链轮具有与一个预选滚子链条节距相对应的一个链轮节距圆，包括：
围绕该链轮的一个外周相间隔的多个齿；和
由该链轮在相邻的齿之间定义的多个根部，这些根部各自定义了切向连接相邻的齿的一段根部圆弧并且具有一个齿根半径，该齿根半径具有位于该链轮节距圆之内的一个中心点；
该齿根半径各等于这些滚子部件的该预选半径。
2.权利要求1的链轮，其中该齿根半径的中心点以少于一个弦距离定位在该链轮节距圆之内，弦距离被定义为从链轮的中心到垂直于链轮中心线的链条中心线在一个链条滚子部件位于该链轮中心线上时的距离与在两个滚子部件或者两个套筒部件等距地在该链轮中心线两侧时的距离的差距。
3.权利要求1的链轮，其中该齿根半径的中心点以近似于一个弦距离定位在该链轮节距圆之内，弦距离被定义为从链轮的中心到垂直于链轮中心线的链条中心线在一个链条滚子部件位于该链轮中心线上时的距离与在两个滚子部件或者两个套筒部件等距地在该链轮中心线两侧时的距离的差距。
4.权利要求1的链轮，其中该齿根半径的中心点以一个弦距离定位在该链轮节距圆之内，弦距离被定义为从链轮的中心到垂直于链轮中心线的链条中心线在一个链条滚子部件位于该链轮中心线上时的距离与在两个滚子部件或者两个套筒部件等距地在该链轮中心线两侧时的距离的差距。
5.权利要求1的链轮，其中每个齿具有将齿相切连接到与齿相邻的根部的齿侧，每个齿侧限定齿侧圆弧。
6.权利要求5的链轮，其中每个齿侧圆弧限定具有齿侧半径，齿侧半径具有定位于相切连接齿的其他齿侧的根部的齿根半径的中心点的中心点。
7.一种滚子链和链轮组件，包括：
具有一个预选滚子链条节距和一个预选半径的多个滚子部件的一 个滚子链；和
具有对应于该预选滚子链条节距的一个链轮节距圆的一个链轮，该链轮定义了围绕该链轮的外周相间隔的多个齿并且定义了在相邻齿之间的根部，这些根部各自定义了切向连接相邻齿的一段根部圆弧并且具有一个齿根半径，该齿根半径具有定位在该链轮节距圆之内的一个中心点；
该齿根半径各等于这些滚子部件的该预选半径。
8.权利要求7的滚子链和链轮组件，其中该齿根半径的中心点以少于一个弦距离定位在该链轮节距圆之内，弦距离被定义为从链轮的中心到垂直于链轮中心线的链条中心线在一个链条滚子部件位于该链轮中心线上时的距离与在两个滚子部件或者两个套筒部件等距地在该链轮中心线两侧时的距离的差距。
9.权利要求7的滚子链和链轮组件，其中该齿根半径的中心点以近似于一个弦距离定位在链轮节距圆之内，弦距离被定义为从链轮的中心到垂直于链轮中心线的链条中心线在一个链条滚子部件位于该链轮中心线上时的距离与在两个滚子部件或者两个套筒部件等距地在该链轮中心线两侧时的距离的差距。
10.权利要求7的滚子链和链轮组件，其中该齿根半径的中心点以一个弦距离定位在链轮节距圆之内，弦距离被定义为从链轮的中心到垂直于链轮中心线的链条中心线在一个链条滚子部件位于该链轮中心线上时的距离与在两个滚子部件或者两个套筒部件等距地在该链轮中心线两侧时的距离的差距。
11.权利要求7的滚子链和链轮组件，其中每个齿具有将齿相切连接到与齿相邻的根部的齿侧，每个齿侧限定齿侧圆弧。
12.权利要求11的滚子链和链轮组件，其中每个齿侧圆弧限定具有齿侧半径，齿侧半径具有定位于相切连接齿的其他齿侧的根部的齿根半径的中心点的中心点。
13.与一个套筒链一起使用的一种链轮，该套筒链具有多个套筒部件，这些套筒部件有一个预选半径并且中心定位为相隔一个链条节距，该链轮具有与一个预选的套筒链条节距相对应的一个链轮节距圆，包括：
围绕该链轮的外周相间隔的多个齿；和 
由该链轮定义的相邻齿之间的根部，这些根部各自定义了切向连接相邻齿的一段根部圆弧并且具有一个齿根半径，该齿根半径具有位于该链轮节距圆之内的一个中心点；
该齿根半径各等于这些套筒部件的该预选半径。
14.权利要求13的链轮，其中该齿根半径的中心点以少于一个弦距离定位在该链轮节距圆之内，弦距离被定义为从链轮的中心到垂直于链轮中心线的链条中心线在一个链条滚子部件位于该链轮中心线上时的距离与在两个滚子部件或者两个套筒部件等距地在该链轮中心线两侧时的距离的差距。
15.权利要求13的链轮，其中该齿根半径的中心点以近似一个弦距离定位在链轮节距圆之内，弦距离被定义为从链轮的中心到垂直于链轮中心线的链条中心线在一个链条滚子部件位于该链轮中心线上时的距离与在两个滚子部件或者两个套筒部件等距地在该链轮中心线两侧时的距离的差距。
16.权利要求13的链轮，其中该齿根半径的中心点以一个弦距离定位在该链轮节距圆之内，弦距离被定义为从链轮的中心到垂直于链轮中心线的链条中心线在一个链条滚子部件位于该链轮中心线上时的距离与在两个滚子部件或者两个套筒部件等距地在该链轮中心线两侧时的距离的差距。
17.权利要求13的链轮，其中每个齿具有将齿相切连接到与齿相邻的根部的齿侧，每个齿侧限定齿侧圆弧。
18.权利要求17的链轮，其中每个齿侧圆弧限定具有齿侧半径，齿侧半径具有定位于相切连接齿的其他齿侧的根部的齿根半径的中心点的中心点。
19.一种套筒链和链轮组件，包括：
具有一个预选套筒链节距和一个预选半径的多个套筒部件的一个套筒链；和
具有对应于该预选套筒链条节距的一个链轮节距圆的一个链轮，该链轮定义了围绕该链轮的外周相间隔的多个齿并且定义了在切向相邻齿之间的根部，这些根部各自定义了连接相邻齿的一段根部圆弧并且具有一个齿根半径，该齿根半径具有定位在该链轮节距圆之内的一个中心点； 
该齿根半径各等于这些套筒部件的该预选半径。
20.权利要求19的套筒链和链轮组件，其中该齿根半径的中心点以少于一个弦距离定位在该链轮节距圆之内，弦距离被定义为从链轮的中心到垂直于链轮中心线的链条中心线在一个链条滚子部件位于该链轮中心线上时的距离与在两个滚子部件或者两个套筒部件等距地在该链轮中心线两侧时的距离的差距。
21.权利要求19的套筒链和链轮组件，其中该齿根半径的中心点以近似一个弦距离定位在该链轮节距圆之内，弦距离被定义为从链轮的中心到垂直于链轮中心线的链条中心线在一个链条滚子部件位于该链轮中心线上时的距离与在两个滚子部件或者两个套筒部件等距地在该链轮中心线两侧时的距离的差距。
22.权利要求19的套筒链和链轮组件，其中该齿根半径的中心点以一个弦距离定位在该链轮节距圆之内，弦距离被定义为从链轮的中心到垂直于链轮中心线的链条中心线在一个链条滚子部件位于该链轮中心线上时的距离与在两个滚子部件或者两个套筒部件等距地在该链轮中心线两侧时的距离的差距。
23.权利要求19的套筒链和链轮组件，其中每个齿具有将齿相切连接到与齿相邻的根部的齿侧，每个齿侧限定齿侧圆弧。
24.权利要求23的套筒链和链轮组件，其中每个齿侧圆弧限定具有齿侧半径，齿侧半径具有定位于相切连接齿的其他齿侧的根部的齿根半径的中心点的中心点。 
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