CN101512193A - 柔性齿轮传动装置及使用该齿轮传动装置的工作机器 - Google Patents

Abstract

一种柔性齿轮传动装置(20，120，220，420)，包括齿圈(22，122，222，422)，该齿圈围绕毂(26，129)定位并能够响应于所述齿轮传动装置(20，120，220，420)上的转矩而移动和通过至少一个致动器(31，52，152，252，452)朝着与所述毂(26，129)的共轴对准的方向偏压。一种操纵传动机构(11，411)内空转齿轮(20，120，220，420)上载荷的方法，包括响应于所述空转齿轮(20，120，220，420)上的转矩来移动所述齿圈(22，122，222，422)。一种工作机器(8)，包括：具有外壳(12，124)和安装在该外壳上的传动机构(11，411)的发动机(10，410)，所述传动机构(11，411)包括曲轴齿轮(14，418)、凸轮机构(19，419)和柔性空转齿轮传动装置(20，120，220，420)。

Description

柔性齿轮传动装置及使用该齿轮传动装置的工作机器

技术领域

本发明总的涉及柔性齿轮传动装置，并且更具体地涉及一种例如用在发动机传动机构中的柔性齿轮传动装置，其具有响应于齿轮传动装置上的转矩从共轴对准可移动的毂和齿圈。

背景技术

由于冲击和振动的过度噪声，多年来，发出咔嗒声的齿轮轮齿一直伴随着齿轮系统。通常，术语“齿轮敲击振动”指的是噪声现象，其中相邻齿轮的退出啮合的和受背面的轮齿冲击而迅速被迫啮合的轮齿产生听得到的噪声。齿轮敲击振动的大噪声不仅会使工作环境不舒适，而且轮齿之间的碰撞和齿轮系统的冲击会导致系统部件过早的磨损并承受过度的应力。另外，如齿轮相关领域技术人员所熟知的，假如啮合齿轮撞击，而非平稳地传递转矩，那么在某种意义上是浪费了能量。

在内燃机环境中，通常利用一系列的齿轮或一种“传动机构”来为某些发动机部件提供动力，并提供某些齿轮之间理想的相对正时。在一个例子中，随着发动机曲轴旋转的曲柄传动装置可旋转地连接到凸轮机构，该凸轮机构又与一个或多个发动机凸轮相联接。一个或多个齿轮可操作地布置在曲柄和凸轮机构之间，以保持其间的相对正时，使得某些凸轮驱动的发动机功能，例如气门打开/关闭和燃料喷射可在相对于发动机曲柄角度预期的时间可靠地进行。

在某些发动机上，在运行期间曲柄和凸轮机构的动力特性可基本上通过传动机构传递有效扭矩。因此，在发动机运行期间，每个曲柄和凸轮机构经历脉冲式加速和减速是司空见惯的。汽缸点火会向曲轴并由此向曲柄传动装置施加转矩，而燃料喷射往往是向凸轮轴并由此向凸轮机构施加转矩。在一些发动机系统中，由于机械致动的燃料喷射力，凸轮轴的转速可从其平均转速暂时地下降每分钟数百转。来自凸轮轴和曲轴的转矩冲量会影响独立的传动机构，或者它们可能增加或者可能减少。汽缸点火、燃料喷射及其它事件易于相对快速地连续进行，因此，对于本领域技术人员显而易见的是，在这些条件下的传动机构的动态特性会相当复杂。通过具有相当大零件惯性和反冲的相对刚性的传动机构传递能量或相邻的轮齿的分离，可能是具有极大峰值转矩的一系列动态事件，特别是当来自具有不同速度的不同齿轮碰撞的大的惯性时。在一些情况下，例如，本领域公知的“空转齿轮”在曲柄和凸轮机构之间的正时齿轮，会受到来自凸轮和曲柄传动装置中一个或两者的转矩冲击，在达到相对平稳运转之前，其会引起反复的强烈的卡塔声。上述传动机构可能是发动机系统最大的噪声产生部分。

以上问题往往在重型压缩点火发动机中尤其严重，因为与轻载和/或火花点火发动机相比，它们势必会在更大的运行工况范围内经历齿轮撞击。另外，随着更高峰值汽缸压力和更高的喷射压力，已经提出了降低压缩点火发动机中的某些气态排放物的期望，结果带来了发动机传动机构中甚至更大的冲击载荷。

除了减小磨损、降低机器应力以及改善能量浪费的明显优势外，某些法规越来越关注机器运行中传动机构所发出噪声的高低问题。因此，存在许多处理齿轮系统中过度噪声的动机。如上所述，多年来已经认识到与过度齿轮噪声相关的问题。因此，工程师们试图通过各种方式来探寻这样的噪声问题，其中一个方式就是通过增加传动机构和其相连部件的质量惯性矩，从而降低对有关扰动转矩的敏感度。例如，这已经通过增加齿轮本身的重量，和/或通过为凸轮和曲柄轴设置摆锤来实现。使发动机和/或传动机构部件增加重量存在明显缺陷，包括增加了整个系统重量、尺寸以及费用。另外一个方法是向传动机构中引入柔性(compliance)。

一般说来，柔性齿轮通过允许一个或多个齿轮来削弱其对冲击载荷的反应，在传动机构中提供了降低的刚性或者松紧度。在特定齿轮可能会通过转矩冲力急剧加速或者减速的情况下，柔性会使得齿轮逐渐调整其自身转动以适应冲击荷载。这样，柔性齿轮可允许相邻的齿轮比非柔性齿轮在更多的时间里保持啮合，从而减小了过度磨损、机械应变以及听得见的噪声。

在一种柔性齿轮设计中，由两个紧密连接的共轴齿轮构成的“剪式齿轮”具有一定的转动柔性，可用来在两个或者多个齿轮间传递转矩或保持正时。在通常的设计中，剪式齿轮传动装置中前面一个齿轮元件与第一齿轮啮合，并且剪式齿轮的后齿轮元件与第二齿轮啮合。剪式齿轮相应的前后齿轮元件的轮齿是彼此活动的，这样，相邻的轮齿对被认为以类似于一把剪刀的操作来运动，由此得名。尽管这样一种引进了前后齿轮之间的转动柔性的设计可以具有某些优点，但是该系统往往非常昂贵且复杂。

从授予Matouka等人的美国专利No.5170676(以下称为“Matouka”)中已知另一种利用转动柔性的齿轮设计。Matouka图示了用在传动机构中的转矩限制器，即当超过齿轮上的某转矩值时，在毂和齿圈之间允许相对运动，即转动柔性。Matouka利用了弹簧，在齿圈和毂能够从一个相对位置向另一个位置转动地滑行之前，其必须能够克服弹簧的弹力。尽管Matouka可以应用在某些系统中，但是其设计并非没有缺陷。

发明内容

本发明涉及上面提出的一个或多个问题或缺陷。

一方面，本发明提供了一种齿轮传动装置，包括：限定了第一轴的毂，和围绕所述毂定位的齿圈。所述齿圈限定了第二轴，并且所述齿圈能够响应于所述齿轮传动装置上的转矩在垂直于所述第一轴的方向上移动。至少一个致动器联接在所述毂和所述齿圈之间，并能够朝着与所述毂的共轴对准的方向偏压所述齿圈。

另一方面，本发明提供了一种工作机器，包括：具有外壳和安装在该外壳上的传动机构的发动机。所述传动机构包括曲轴齿轮、凸轮机构和具有可旋转地安装在所述外壳上的毂并限定了轴的柔性空转齿轮传动装置。所述空转齿轮传动装置还包括齿圈，该齿圈能够与所述曲轴齿轮和所述凸轮机构啮合，并能够响应于所述空转齿轮传动装置上的来自所述曲轴齿轮和所述凸轮机构中的至少一个的转矩相对于所述轴移动。

又一方面，本发明提供了一种操纵发动机系统的传动机构中的空转齿轮上的载荷的方法。该方法包括以下步骤：通过至少一个另外的齿轮向第一齿轮施加转矩，所述第一齿轮是空转齿轮；通过设置在所述空转齿轮的齿圈和毂之间的至少一个致动器偏压齿圈和毂朝向共轴关系。该方法还包括相对于响应所述空转齿轮上的所述转矩沿着垂直于所述轴的方向上克服偏压移动所述齿圈的步骤。

附图说明

图1是根据本发明的发动机系统的工作机器的示意图；

图2是根据本发明的柔性齿轮传动装置的分解图；

图3a是根据本发明的柔性齿轮传动装置的正视立体图；

图3b是图3a的柔性空转齿轮传动装置的后视立体图；

图4是根据本发明的柔性齿轮传动装置的替代实施方式的立体图；

图5是根据本发明的柔性齿轮传动装置的另一种实施方式的立体图；

图6是沿着图3a中的线6-6所截取的柔性空转齿轮传动装置的一部分的截面图；

图7是根据本发明的另一种实施方式的发动机系统的示意图；

图8是根据本发明又一种实施方式的空转齿轮传动装置的透视的剖面侧视图。

具体实施方式

参照图1，示出了工作机器8中的发动机系统10，该发动机系统包括发动机12，例如直列式压缩点火发动机，以及安装在该发动机12上的传动机构11。传动机构11可包括曲轴齿轮18、凸轮机构19和空转齿轮传动装置20。曲轴齿轮18通常与曲轴(未示出)相联接，该曲轴又与活塞杆相联接，从而以传统方式旋转。凸轮机构19通过空转齿轮传动装置20与曲轴齿轮18可旋转地相联接，以保持它们之间理想的正时。空转齿轮传动装置20包括齿圈22和限定轴C的彀26。尽管所示发动机系统10具有单个空转齿轮传动装置，但是依据发动机的设计，在其它实施方式中可能会用到多个空转齿轮传动装置。彀26和齿圈22被朝共轴对准偏压，这样，齿圈22的轴与轴C共同扩伸(coextensive)。齿圈22能够响应于曲轴齿轮18和凸轮机构19中至少一个带来的转矩而在垂直于轴C的方向上移动。

齿圈22可移动距离D到达另一位置，这样其旋转轴就可沿着垂直于轴C的方向移动到轴C’的位置上。因为齿圈22相对于彀26经过距离D的移动会影响凸轮机构19和曲轴齿轮18之间的相对正时，其有效的移动距离至少部分地基于所述理想正时允许的偏离来选择。换句话说，因为齿圈22促使凸轮机构19和曲轴齿轮18的同步运行，齿圈22的移动会暂时地允许凸轮机构19和曲轴齿轮18略微地不同步。如果凸轮机构19和曲轴齿轮18之间允许的正时差比较大，移动距离D可能比较大。相反，如果运行工况要求正时差比较小，移动距离D也应该选择比较小的。如上所述，彀26和齿圈22朝共轴准线偏压，因此，当引起齿圈22移动的转矩减少时，齿圈22和彀26会朝共轴准线返回，从而补偿相对正时中的任何差值。通过移动齿圈22，可控制空转齿轮传动装置20上的载荷，以及这里实施方式中所述的其它空转齿轮传动装置来降低噪声、损耗等，并且相邻的啮合齿轮可在运行期间保持相互啮合。在图1中，箭头A表示齿圈22通常的移动方向，而线L₁和L₂用来说明齿圈22的轴线分别地在其静止位置或偏压位置和移动位置的相对位置。

图2、3a和3b分别地示出了适于用在图1的发动机系统10中的空转齿轮传动装置20的一种实施方式的各种部件的分解图和组装的正面和背面立体图。应当理解的是，这里所述的任何空转齿轮传动装置可与任何所述发动机和传动机构构造，以及其它没有具体说明的系统使用。空转齿轮传动装置20包括齿圈组件25，其具有外部带齿的齿圈22和环形内部24。齿圈组件25适于围绕毂26安装，该毂包括具有第一和第二毂部分26a和26b的毂组件27。在齿轮传动装置20中，齿圈组件25和毂组件27被固定以一起旋转并使用至少一个致动器31(例如，包括弹簧52和滑块50a-d的多个致动器)朝着共轴对准的方向偏压。如这里所述的，齿圈22被构造成可相对于毂26移动，然而应当理解的是，齿圈组件25的部分或全部部件可相对于毂组件27的部分或全部部件移动。因此，由于可以包括其它部件，所以这里所述的齿圈22相对于毂26的移动不应该解释为仅仅是齿圈22相对于毂26的移动。最低限度的要求是空转齿轮传动装置20具有一些部件，这些部件能够响应于齿轮传动装置20上的转矩，在垂直于由毂26限定的轴线方向相对运动。

毂组件27可进一步安装在适于通过可旋转的安装轴60将齿轮传动装置20联接至发动机12的短轴30上。套筒28可另外地设置在短轴30和毂组件27之间。多个致动器可包括多个滑块50a-d，它们中的每个都与多个弹簧52相连接并安装在多个销54上。当齿圈22相对于毂26移动时，其克服弹簧52的偏压作用力运动。因此，当齿轮传动装置20上的引起齿圈22移动的转矩减少时，偏压弹簧52可促使齿圈22和毂26退回到共轴对准。尽管在图示的齿轮传动装置20的实施方式中，示出了具有弹簧52和滑块50a-d的致动器31，但应当理解的是，那并不会限制本发明。这里仅需要设置至少一个能够将毂26和齿圈22朝着共轴对准的方向偏压的致动器。应当理解，这里所述的术语“致动器”包括广泛的各种装置，包括弹簧、液压致动器、气动致动器，或弹簧、液压致动器和气动致动器的组合。

多个致动器31中的每个可分别地布置在毂部分26a和26b的切口29a和29b中。齿圈组件25又可包括至少一个接触面41，例如，布置在多个衬垫40a-d上与每个滑块50a-d对齐且围绕齿圈组件25径向间隔的多个接触面。典型地，齿轮传动装置20上传递的载荷是通过使衬垫40a-d抵靠在滑块50a-d上来起作用。因为整个传动装置典型地绕安装轴60旋转，当发生转矩引起的移动时，根据齿轮传动装置20的相对的角位置，对给定的移动载荷起作用的具体的滑块和衬垫会变化。可以设置端盖或环形板32并和与销54分离的多个螺钉62一起在理想的结构中将齿轮传动装置20的所有装配部件连接在一起。应当理解的是，每根弹簧52可以需要比较大的预载荷，在一些实施方式中，每根弹簧预定为800磅级，并且因此希望以相对牢固的方式将所有部件连接在一起。另外，定向弹簧52在与齿轮传动装置20的旋转轴共轴的方向上压缩和伸展，在弹簧被压缩时，有利于装配并且有利于在相对少的装配步骤下用螺栓62固定整个传动装置。

参照图6，示出了沿着图3中线6-6的截面侧视图。图6示出了齿圈22、齿圈内的环形部分24、衬垫40a、滑块50a、弹簧52和销54。销54延伸地穿过滑块50a，然而在其它实施方式中，滑块50a并不配置相应的销。例如在这样的实施方式中，滑块50a在其内部是可动的并单独地由切口29a和29b或其它部件引导。典型地，齿圈22相对于毂部分26b的移动包括克服滑块50a与衬垫40a之间的静摩擦系数。滑块50a的滑块表面51设置为与衬垫40a的接触面41可滑动地抵接。润滑剂可放置在相应的表面41和51之间。在图示的结构中，表面51和41相对于齿轮传动装置20的旋转轴倾斜定向。应当理解的是，不脱离本发明的精神和范围，倾斜表面的相对定向可与图示的不同，甚至相反。除克服表面41和51之间的静摩擦系数之外，为了相对于毂组件27移动齿圈22及其相应的组件25，这里必须克服弹簧52的预载荷。因此，理想的是对于刚性相对大的传动机构，弹簧52可具有相对更高的预载荷，反之，对于具有更大柔性的刚性相对小的传动机构，弹簧52可具有相对低的预载荷。图6中通过箭头E示出了在齿圈22移动期间，滑块50a和衬垫40a之间滑动的大致方向。本领域技术人员可以理解，当滑块50a相对于衬垫40a移动时，有助于克服预载荷的各种因素。滑动表面之间的相对摩擦、坡道倾斜、弹簧预载荷等都会对应于预载荷程度来变化，从而匹配或超过移动之前齿轮上的转矩。在某些实施方式中，弹簧预载荷由各种部件的尺寸和公差唯一的确定。

参照图4，示出了根据本发明另一种实施方式的齿轮传动装置120。类似于齿轮传动装置20，齿轮传动装置120包括毂组件127，和具有齿圈122和齿圈内部环形部分124的齿圈组件125。类似于齿轮传动装置20，齿圈组件125被构造成响应于齿轮传动装置120上的转矩相对于毂组件125移动。多个致动器中的每个都包括滑块140和弹簧152，每个致动器可布置在毂组件127和齿圈组件125之间。与齿轮传动装置20相反，滑块140不相对于齿圈组件125的任何部分滑动，相反地，弹簧152在通过箭头B表示的方向移动，也就是基本上垂直于齿轮传动装置120的旋转轴的方向。

现参照图5，示出了根据本发明的齿轮传动装置220的另一种实施方式。齿轮传动装置220与上述实施方式相类似，外部齿圈224响应于齿轮传动装置220上的转矩相对于毂229可移动。然而，并非使用滑块，图5的实施方式使用了弹簧252，这些弹簧径向向外地围绕毂组件229定向并且抵接齿圈224的接触面242。

参照图7，示出了与发动机系统10不同的发动机系统410，发动机的传动机构411相对更接近于直列式构造，并包括另外的中间齿轮421。类似于图1的发动机系统10，传动机构411包括凸轮机构419和曲轴齿轮418，和具有齿圈(图7中未示出)的空转齿轮传动装置420，其可响应于齿轮传动装置上的转矩移动，这样齿圈的旋转轴也会在箭头B指示的方向上移动。类似于图1所示的齿轮传动装置20的齿圈的不同的轴向位置，也图示了所述齿圈旋转轴O和O′的两个相对位置。空转齿轮传动装置420也与上述实施方式不同，其中，不是固定的齿圈随着毂旋转，而是齿圈可围绕毂旋转，毂又固定在发动机外壳412上。

现转至图8，示出了空转齿轮传动装置420的截面侧视立体图。空转齿轮传动装置420包括齿圈422，该齿圈422围绕安装环424安装在环形支承件423上。还设置第一毂部分426a，且典型地构造成固定地安装至发动机412。第二毂部分426b可固定在安装环424并构造成相对于第一毂部分426运动。第一和第二毂部分426a和426b可成对配置，如这里所述，并在抵接位置和分离位置之间可活动，该分离位置是齿圈422与第一毂部分426a共轴对齐的位置。当齿轮传动装置420受到转矩冲击时，第二毂部分426b、齿圈422、环形支撑件423和安装环424都可作为相对于第一毂部分426a的单元而运动。在其它的实施方式中，所述各个毂部分的功能可能是相反的。另外，齿轮传动装置420可包括不同数量的毂部分，而不限于两个。

齿轮传动装置420进一步配置有至少一个如此构造的致动器，使得齿圈422朝着与第一毂部分426a共轴对准的方向偏压。所述至少一个致动器可包含两个液压致动的补偿活塞458。补偿活塞458可至少部分地定位在第一毂部分426a中，且每一个补偿活塞458可包括由第一毂部分426a限定的处于第一和第二流体腔459的流体压力下的压力面457。此外，补偿活塞458在被固定到第二毂部分426b上，例如被压在其中的套筒456内是可动的。弹簧452可内部地，或通过在每个压力补偿活塞458和套筒456之间的另一个结构来设置。通过以下的说明可知道，弹簧452可具有比较软的弹性刚度或弹簧常数并且与流体腔459内的液体压力相结合允许齿圈422响应于齿轮传动装置420上的转矩进行移动，由此，在发动机412运行期间，可动态地从被认为是最多问题的传动机构411的某些冲击频率中隔离齿轮传动装置420。

液压流体从发动机系统410，例如直接地从发动机412本体的液压系统供给到齿轮传动装置420。为此，第一毂部分426a可包括至少一个，例如两个，每个连接毂部分426a内流体供给通道461的流体入口460。通道461可通过入口单向阀490，例如针阀又连接流体增压室478。室478可通过固定，例如压缩至毂部分426a的第二组套筒480来限定。至少一个，例如两个流体增压活塞482可活动地设置在套筒480内并联接成随着安装环424运动。因此，如这里所述的，当齿圈及其相关的部件移动时，安装环424与齿圈422的移动使得活塞482在其对应的套筒内来回运动。活塞482的运动会通过阀490交替将流体引入室478，并且通过连接至每个室478的流体出口463将流体挤出。流体出口463可通过流体压力通道462与每个腔459连接，从而允许将通过活塞482加压的流体提供到腔459。例如针阀的单向阀也可与出口463相连。每个腔459还包括流体出口468，例如连接至流体排放口470的第一毂部分426a中的环形面。如这里所述，基于腔459中的流体压力，出口468可通过套筒456交替地打开和关闭，并载荷于齿轮传动装置420上。

工业实用性

回到图2、3a-b和6的实施方式，在传动机构的正常运行期间，齿轮传动装置20会旋转，以从曲轴齿轮18向凸轮机构19传递转矩，这保持理想的发动机正时，从而使得燃料喷射和例如气门打开和关闭可在理想的时间进行。在连续运行期间，曲轴齿轮18和凸轮机构19中的一个或两个会受到传递至齿轮传动装置20的冲击转矩载荷。典型地，弹簧52的预载荷会保持传动机构11相应的刚性，只有当齿轮传动装置20受到超过预定大小的转矩载荷时，允许通过齿圈22移动的柔性。当从曲轴齿轮18和凸轮机构19中的一个独立地，或者两者同步地将很大的转矩作用于齿轮传动装置20时，齿圈22就会开始移出与毂26共轴对准。特别地，参照图6，齿圈22的移动可通过这里所述的衬垫40a相对于滑块50a滑动的方式来实现。当衬垫40a和滑块50a相对于彼此滑动时，弹簧52就被压缩。应当理解的是，齿轮传动装置20中彼此相反配置的衬垫和滑块对会在相反的方向上滑动。当转矩冲击停止，弹簧52到达其不能再压缩的状态，或者例如挡块(未示出)等一些机械限制件使得齿圈22停止远离与毂26的共轴对准移动运动时，齿圈22的移动就会停止。无论如何，当没有足够大小的转矩作用于齿圈22时，就会通过一根或多根弹簧52的伸展使齿圈22开始返回与毂26共轴对准。尽管并没有限制，齿圈22相对于轮毂26的移动距离可能相对较小，例如，大约0.60毫米。在有些情况下，这个相对较小的移动距离可以对应于发动机系统10中的曲柄转角大约0.52度。

特别参照图2、3a、3b和6介绍的齿轮传动装置20提供了一种能够比较容易加工、装配和封装的相对紧凑的组件。另外，围绕组件的弹簧和滑块致动器的对称配置，以及衬垫和滑块倾斜面之间的相互作用提供了一种设计，也就是说在没有倾斜出其与传动机构的其它齿轮指定的对准平面的情况下，响应于齿轮传动装置上的转矩进行移动。此外，尽管可以设想移动方向主要是图1中箭头A所示的方向，但是齿圈22可在任何方向上移动。

还应当理解的是，在没有脱离本发明的精神和范围的情况下，齿轮传动装置20的具体的排列和部件数目可以明显地变化。例如，除了毂和齿圈是可一起旋转之外，可以设想的实施方式是，中央毂是相对于发动机壳体固定的，并且齿圈组件围绕中央毂旋转，利用在所述毂和齿圈之间的至少一个致动器朝着共轴对准的方向偏压。此外，可以使用单件毂而不是双件毂，并且可以增加例如空载止推板的各种附加部件。类似地，不是分离的衬垫栓接或者以其它方式固定到齿圈内部环形部分，又连接到外部齿轮环，而是可以使用单个部件。在还有的设计中(未示出)，不是滑块和弹簧对齐齿轮传动装置的旋转轴，而是可以单独地使用弹簧，该弹簧被定向成从齿轮传动装置旋转轴稍向外并抵接齿圈或齿圈组件的表面，也就是说相对于齿轮传动装置的旋转轴倾斜地定向。这样的设计可以类似于齿轮传动装置20的方式运行，但使用相对较少的部件。

除了一些例外以外，图4和5所示的实施方式均以类似于齿轮传动装置20的方式运行。在图4中的齿轮传动装置120和图5中的齿轮传动装置220中，例如，当在转矩的作用下各个齿圈移动时，弹簧152和252在部件之间没有滑动相互作用下压缩，随后伸展并使部件朝着共轴对准的方向返回。

尽管图8中的实施方式具有某些相同的工作原理，但其在许多方面还是不同于上述实施方式。在运转期间，齿圈422会在支承件423上围绕毂部分426a和426b旋转。齿圈422朝着与第一毂部分426a的共轴对准的方向偏压，但是，当齿圈422上作用足够大的转矩时，齿圈会从共轴的准线移动。弹簧452通过液压力的预载荷可以相应于齿轮传动装置420上的相对大的载荷为移动距离提供比较高的阈值。当齿圈422移动时，其又促使支承件423、安装环424以及第二毂部分426b随之移动。如图8所示，第二毂部分426b克服弹簧452的偏压的运动会引起最左边的流体增压活塞482对室478中的流体进行增压并将增压的流体供应到腔459中，提高或保持其中的流体压力，并因此通过压力表面457向预载荷弹簧452施加液压力。于此同时，图8中最右端的流体增压活塞482会通过阀490将流体排入室478中。当齿圈422在弹簧452的偏压力的作用下返回到与第一毂部分426a共轴的准线位置时，流体增压活塞482会逆向运行。这样，齿圈422的移动会保持腔459中的流体压力，又向偏压齿圈422提供朝向其理想位置的适当的偏压力。当腔459中的流体压力增加时，毂部分426a和426b往往被迫朝向完全分离的位置运动。由此，增加腔459中的流体压力易于驱动套筒456运动到环形面468未封闭的位置，并且流体能够流到排放口470。这样，弹簧452上来自腔459中流体压力的预载荷可保持在理想的范围内，并且其下降时，弹簧上的预载荷也会恢复。

齿轮传动装置420可以被构造成由于其一侧上的一定载荷而相对快速地移动，但由于其转动以及在其载荷作用下的移动，齿轮传动装置420以较低的速度或较低的冲量将载荷传递到在其相对侧啮合的齿轮上。因此，与传统的方案相比，随着大大地降低了通过传动机构的彼此间的相互作用力，齿轮传动装置420允许曲轴齿轮419和/或凸轮机构418经历其各自的动态振荡。当来自齿轮418或419中的一个的相对较大的转矩冲击传递到另一个时，所述转矩冲击会被削减，这就允许齿轮418和/或419的惯性来调节没有巨大反冲的载荷以及其它不利反应。这样就允许曲轴和凸轮轴承受基本上彼此独立的动态振荡。

齿轮传动装置420可以具有固有频率，即相对于另一个毂部分平移的一个毂部分的频率，该频率将有效地基于齿轮418和419输出的频率。然而，由于弹簧452相对较弱的弹簧刚度，弹簧452能适应相对快的位移，而齿轮传动装置420的部件在弹簧452的支撑力的短暂变化下基本上没有运动。换句话说，在假定的弹簧刚度下，弹簧452能够适应强冲击载荷，而不需要齿轮传动装置420的其它部件明显运动。这就允许利用在轮毂部分426a和426b之间相对小的移动量来调节相对大的载荷。

因此，齿轮传动装置420的作用可以被认为是相对轻且响应的空转齿轮，其能够调节其它齿轮的运动和冲击，而不通过传动机构411传递大的冲击。所以，通过齿轮传动装置420传递的稳定状态或“正常”载荷可以是从曲轴齿轮418向凸轮机构419传递足够能量，以保持凸轮机构419处于理想速度的载荷。

另外，通过活塞458施加预载荷到弹簧452，从而提供了足够的弹力，使得齿轮传动装置420按照预期偏压，并且限制了载荷下毂部分426a和426b之间的不希望的移动。弹簧452的预载荷可以使得齿轮传动装置420的转矩预载荷大约为150Nm，例如，尽管在其它发动机和传动机构系统中，该值是可以不同。弹簧452的相对软的弹簧刚度与由其预载荷提供的足够大的反作用力相结合允许更加有序的转矩以最佳性能、来自相关的凸轮和曲轴的冲击转矩通过传动机构411。另外，需要通过来自腔459的活塞458上的力提供足够的弹簧力的液压压力由活塞482的泵作用实现。这样，齿轮传动装置420就是自身补偿、利用齿圈22的移动运动，传递至活塞482以提供偏压力，该偏压力能够随着响应冲击载荷的移动使得齿圈422朝向理想的共轴位置返回。

由此，齿轮传动装置420典型地构造成响应于动态载荷频率自由地相应移动，当需要的时候，在传动机构411中提供柔性，而液压可在与平均载荷相关的频率下取消位移，从而允许这些载荷通过齿轮传动装置420传递。换句话说，理想的转矩可容易地通过齿轮传动装置420来传递，反之，非理想的转矩不容易传递。齿轮传动装置420的设计还期望在现有的封装约束中执行，并且对于预载荷弹簧452液压力的使用避免了在组件内对高度压缩的弹簧的定位。在其它实施方式中，然而，液压补偿方式可与用于弹簧452的一些其它类型的预载荷一起执行。

因此，本发明为通过移动来削弱冲击载荷的齿轮传动装置提供了各种方案。与传统的利用转动的柔性策略相比，本发明提出了类似的目标。本发明还明显地从更早的设计中努力提出接近碰撞激荡源的动力学方式，即处于发动机传动机构环境中的凸轮机构和曲轴齿轮。许多传统的传动机构往往开始时候刚性很大，因此，在齿轮之间在对应的啮合力方向上齿轮移动相对合适的量，在轮齿处会大大降低齿轮之间传递能量的衰减，从而大大降低峰值力。根据本发明设计的和操作的系统，齿轮卡嗒声、噪声以及与传动机构有关的损耗和破坏都降低了。最大转矩和在传动机构中整体的动态特性也基本上降低了，并且轮齿彼此可更好地保持啮合。在一些实施方式中，会存在按照本发明的柔性齿轮传动装置来改进的传动机构。此外，可能根据本发明对传动机构或发动机进行原始的设计和构建。

本说明书仅仅是为了说明的目的，无论如何，不应当解释为是对本发明保护范围的限制。因此，本领域普通技术人员应该理解在不脱离本发明精神或范围的情况下可以对本发明进行各种变形。例如，尽管本发明书主要集中在发动机传动机构范围内的所述的柔性齿轮传动装置的使用，但这并不是对本发明的限制。可以希望在啮合的齿轮之间存在柔性的任何齿轮系统，都会得益于本发明的教导。另外，在曲轴齿轮和凸轮机构之间保持的正时在内燃机领域往往比较重要，且因此，专门用在发动机上的柔性齿轮传动装置具有基本上直列式传动机构，不应当认为本发明将此处教导的应用限定为直列式齿轮系统。在齿轮正时不太重要但是仍需要一些柔性的其它技术领域，本发明也是可以应用的。在研究了附图和所附的权利要求之后，其他的应用、特征和优点也将是显而易见的。

Claims (10)

1、一种齿轮传动装置(20，120，220，420)，包括：

限定了第一轴的毂(26，129，229)；

围绕所述毂(26，129，229)设置并限定了第二轴的齿圈(22，122，222，422)，所述齿圈(22，122，222，422)能够响应于所述齿轮传动装置(20，120，220，420)上的转矩在垂直于所述第一轴的方向上移动；和

至少一个致动器(31，52，152，252，452)，其联接在所述毂(26，129，229)和所述齿圈(22，122，222，422)之间，并能够朝着与所述毂(26，129，229)共轴对准的方向偏压所述齿圈(22，122，222，422)。

2、根据权利要求1所述的齿轮传动装置(20，120，220，420)，其特征在于，所述至少一个致动器(31，52，152，252，452)包括偏压弹簧(52，152，252，452)。

3、根据权利要求2所述的齿轮传动装置(20，120，220)，其特征在于，所述齿圈(22，122，222)被固定以与所述毂(26，129，229)一起旋转。

4、根据权利要求3所述的齿轮传动装置(20，120，220)，还包括：

毂组件(27)，其包括所述毂(26)和围绕所述毂(26)间隔开并包括所述至少一个致动器(31，52)的多个致动器(31，52)，每个所述致动器(31，52)都包括与滑块(50a，50b，50c，50d)相联接的偏压弹簧(52)，所述滑块(50a，50b，50c，50d)能够相对于所述毂(26)活动；

圈组件(25)，其包括所述齿圈(22)，所述圈组件(25)包括与每个所述致动器(31，52)的所述滑块(50a，50b，50c，50d)抵接的至少一个接触面(41)；

其中，所述圈组件(25)还包括围绕所述齿圈(22)间隔开并包括所述至少一个接触面(41)的多个衬垫(40a，40b，40c，40d)，每个所述衬垫(40a，40b，40c，40d)分别对准相应的所述滑块(50a，50b，50c，)0d)。

5、根据权利要求2所述的齿轮传动装置(420)，其中：

所述毂是第一毂部分(426a)，所述齿圈(422)能够围绕所述第一毂部分(426a)旋转，所述齿轮传动装置(420)还包括毂组件，所述毂组件包括所述第一毂部分(426a)和能够与所述齿圈(422)一起相对于所述第一毂部分(426a)移动的第二毂部分(426b)；

所述第一毂部分(426a)限定所述第一轴，所述第一毂部分和第二毂部分(426a，426b)能够彼此配合且能够在抵接的第一位置和分离的第二位置之间运动，并且其中所述至少一个致动器(452)能够朝向所述第二位置偏压所述第一毂部分和第二毂部分(426a，426b)，在所述第二位置，所述齿圈(422)与所述第一毂部分(426a)共轴对准；

所述至少一个致动器(452)的所述偏压弹簧(452)与液压致动的补偿活塞(458)相联接；和

所述第一毂部分(426a)限定至少一个流体腔(459)，其中所述液压致动的补偿活塞(458)包括暴露于所述至少一个流体腔(459)的流体压力下的压力面(457)；

所述齿轮传动装置(420)还包括至少一个能够与所述齿圈(422)一起移动并能够向所述至少一个流体腔(459)供应增压液压流体的流体增压活塞(482)。

6、一种工作机器(8)，包括：

具有外壳(12，124)和安装在外壳(12，412)上的传动机构(11，411)的发动机(10，410)，所述传动机构(11，411)包括曲轴齿轮(14，418)、凸轮机构(19，419)和具有可旋转地安装到所述外壳(12，412)的毂(26，129)并限定轴的柔性空转齿轮传动装置(20，120，220，420)，所述空转齿轮传动装置(20，120，220，420)还包括齿圈(22，122，222，422)，所述齿圈能够与所述曲轴齿轮(14，418)和所述凸轮机构(19，419)啮合，并能够响应于所述空转齿轮传动装置(20，120，220，420)上的来自所述曲轴齿轮(14，418)和所述凸轮机构(19，419)中的至少一个的转矩相对于所述轴移动。

7、根据权利要求6所述的工作机器(8)，其特征在于，所述齿圈(22)被固定以与所述毂(26)一起旋转，所述空转齿轮传动装置(20)包括：具有所述齿圈(22)和至少一个接触面(41)的圈组件(25)，和具有所述毂(26)的毂组件(27)，其中所述至少一个致动器(31，52)包括围绕所述第一轴定位的多个致动器(31，52)并且每个致动器(31，52)包括偏压弹簧(52)和可滑动地抵接所述至少一个接触面(41)的滑块(50a，50b，50c，50d)。

8、根据权利要求6所述的工作机器(8)，其特征在于，所述齿圈(422)能够围绕所述毂旋转，所述毂包括毂组件，所述毂组件包括第一毂部分和第二毂部分(426a，426b)，所述毂部分(426a，426b)能够彼此配合并且能够在抵接的第一位置和分离的第二位置之间运动，其中所述至少一个致动器(452)能够朝向所述第二位置偏压所述第一毂部分和第二毂部分(426a，426b)，在所述第二位置，所述齿圈(422)与所述毂共轴对准，所述空转齿轮传动装置(420)还包括与所述至少一个致动器(452)联接的液压致动的补偿活塞(458)。

9、一种控制发动机系统(10，410)的传动机构(11，411)中的空转齿轮(20，420)上的载荷的方法，包括以下步骤：

通过至少一个另外的齿轮向第一齿轮施加转矩，所述第一齿轮是空转齿轮(20，120，220，420)；

通过设置在所述空转齿轮(20，120，220，420)的齿圈(22，122，222，422)和毂(26，129)之间的至少一个致动器(31，52，152，252，452)偏压齿圈(22，122，222，422)和毂(26，129)朝向共轴关系；并且

响应所述空转齿轮(20，120，220，420)上的所述转矩沿着垂直于所述轴的方向克服偏压移动所述齿圈(22，122，222，422)。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一个另外的齿轮包括内燃机(10，410)的凸轮机构(19，419)和曲轴齿轮(14，418)，移动所述齿圈(22，122，222，422)的步骤包括基于所述凸轮机构(19，419)和所述曲轴齿轮(14，418)之间的相对正时，移动所述齿圈(22，122，222，422)一定距离。

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