CN101680521B - 具有组合的径向变化与链轮包绕的减少共振张力的链轮 - Google Patents

Abstract

在一个链条与链轮的组件中，将链轮的级数以及链条的包绕角度选择为使得该链条与链轮组件的共振张力最小化。

Description

具有组合的径向变化与链轮包绕的减少共振张力的链轮

技术领域

本发明涉及皮带轮以及链轮的领域。更具体地说，本发明涉及用于减少共振张力的一种链条与链轮。

背景技术

链条与链轮系统经常使用在汽车发动机系统中，以便在多个轴之间传输旋转力。例如，从动轴上的链轮可以通过链条与空转轴上的链轮相连。在这样一个链条与链轮系统中，从动轴与从动链轮的旋转将通过链条而引起空转轴与空转链轮的转动。在汽车发动机系统中，曲轴上的多个链轮可以用来驱动一个或多个凸轮轴链轮。

使用在链条与链轮系统中的这些链条典型地包括与销轴或滚子相连的多个链节板，或者这些链条带有多个具有与销轴和/或链节相连的啮合齿的链板。这些链轮典型地包括一个圆形盘，该圆形盘具有围绕其圆周配置的多个轮齿。在这些相邻的齿之间定位有多个齿根，这些齿根具有总体上弧形或半圆形的轮廓用于接受链条的这些销轴、滚子、或齿。每个齿根具有一个齿根半径，该齿根半径是从链轮的中心到沿着最靠近该链轮中心的齿根的一个点的距离。这些链轮的齿根和/或轮齿还与节圆半径相关，该节圆半径是从链轮的中心到一条销轴轴线的距离，当链条坐在链轮上时该销轴轴线是链条接头的一部分。

在常规的(“规则的(straight)”)链轮中，这些齿根半径是基本全部相等的，并且链轮的这些节圆半径也是基本相等的。然而，已经发现当链条围绕一个规则链轮旋转时，当连接该链条的这些链节的链齿、销轴或滚子接触这些链轮齿并且碰撞配置在链轮的相邻轮齿之间的链轮啮合表面或齿根时，经常产生听得见的声音频率，这种频率引起不希望的噪声。

由链条与链轮系统的运行而产生的这类噪声的声音频率或大小典型地根据链条与链轮的设计、链条旋转速度、以及运行环境中的其他声音或噪声源而变化。在链条与链轮系统的设计中，会令人希望的是减少链条的这些滚子、销轴或齿与链轮啮合时所产生的噪声水平。

在链条张力测量中，起源于在一个具体系统中的链条和/或链轮之外事件的某些链条张力可以在一个周期的或重复的起点(这经常会与引起事件的张力是相关联的)上变化。例如，在汽车的正时链系统中，从链条张力测量中观察到，每个链轮齿或齿根与链条的啮合以及脱离啮合经常导致重复的张力变化。这些链条张力的变化可能与潜在引起张力的多个事件相关联，例如，活塞汽缸的点火。如果这些链条包括了不具有钢的特性的多个元件(例如，如在美国申请号10/379,669中所说明的陶瓷元件)，那么减少链条上的这些张力和力则具有特别的重要性。

可以观察到相对于一个参考时间周期发生的张力事件的数目、连同每个事件的张力变化的数量。例如，在汽车的正时链系统中，人们可以观察到链条中的张力相对于链轮或曲轴的旋转而变化的数目或频率，连同链条中张力变化的幅度。每次轴或链轮旋转发生一次的一个张紧事件被认为是一个“第一”级事件，而每次轴或链轮旋转发生四次的一个事件被认为是一个“第四”级事件。取决于系统以及相对的参考周期，即曲轴或链轮(或者另一个参考)的旋转，在这样一个系统中在一个曲轴或链轮旋转中可能存在多个“级数”的事件，这些事件起源于链条与链轮之外的一个或多个张力源。类似地，链轮旋转的一个具体级数可以包括或者反映不止一个张紧事件的累积性作用。如在此所使用的，在一个链轮(或曲轴)旋转过程中发生的张紧事件的这类级数还可以表示为链轮(或曲轴)的级数或者链轮级数(或者曲轴级数)。

在规则的链轮中，可测量的张力典型地是以一个链轮级数(还被称为节圆级数)给予链条的，该链轮级数对应于链轮上的轮齿的数目。因此，在具有十九个轮齿的链轮中，张力将以第十九级给予链条，即链轮每次旋转给予十九次张力。这是啮合级数。在一个规则的链轮中起源于链轮之外的一个张力事件将典型地相对于该链轮的旋转以相等的间隔出现，具有总体上相等的张力变化或振幅。

一种“不规则的(random)”链轮典型地具有围绕该链轮变化的齿根和/或节圆半径，即它不是规则的链轮。相比之下，当与规则的链轮相比较时，不规则的链轮由于它们的不同的齿根或节圆半径而典型地具有不同的张紧特征。当链条围绕不规则的链轮旋转时，这些不同的半径各自典型地给予该链条一个不同的张紧事件。例如，当一个滚子链的一个滚子与具有一个第一齿根半径的齿根啮合时，可以给予该链条的张力不同于当该链条的一个滚子与具有大于该第一齿根半径的一个第二齿根半径的齿根啮合时的张力。此外，由于这些不同的齿根半径的相对定位，还可以由一个不规则的链轮将张力变化给予链条。在具有相同的齿根半径的相邻齿根之间移动的一个滚子与在具有不同半径的相邻齿根之间移动的一个滚子相比可以导致不同的链条张力变化。

当链轮具有不止两个不同的齿根或节圆半径时，由于这些齿根和/或节圆半径的相对定位，由不规则链轮给予的链条张力的变化可能被进一步增强。例如，在具有第一、第二、以及第三依次更大的齿根半径的一个不规则链轮中，当一个链条滚子从具有一个第一齿根半径的一个齿根移动到具有一个第三齿根半径的一个齿根时，给予链条的张力可能比当一个链条滚子从具有一个第一齿根半径的一个齿根移动到具有一个第二齿根半径的一个齿根时更大。

与由规则链轮给予链条的最大张力相比，主要设计用于减小噪声的不规则链轮经常引起链条张力以及张力变化的增加。例如，一种不规则链轮的设计通过减少链轮的节圆级数而可以减少链条的噪声或者链条的鸣响音。然而，减少链轮的节圆级数可能导致由链轮给予链条的这些张力集中在链轮的较低级数上。这些较低级数会引起链条传动共振。这经常导致对应于不规则链轮的这些较低级数的链条张力的增加。

在这些较低链轮级数处的这类增加的链条张力经常引起施加在链条与链轮上的总体最大链条张力的增加。其结果是，由于这些张力集中在这些较低的级数中，经受这类张力的一种链条与链轮系统典型地将遭受更大的磨损以及增加的故障的可能性、连同其他不利作用。

最近授予Todd的题为“减少张力的不规则链轮”的美国专利号7,125,356说明了用于减少链条张力的一种途径，它使用在共振条件下重复的齿根和/或节圆半径模式。该专利说明了多个模式或序列，它们对于在一个或多个链轮级数下将张力给予链条是有效的，以便相对于一个系统的最大链条张力来减少在该系统的运行过程中的最大链条张力，在该系统中该链轮是运行在共振条件下的规则链轮。Todd的美国专利7,125,356的披露内容被结合在此，如同将其全部重新写入本披露之中。

然而，有些时候，变化的齿根或节圆半径的序列应该与链轮级数以及链轮尺寸相互协调，以实现在减少最大链条张力(尤其是共振时)方面的最大有效性。链条张力的最大减少不仅是随齿根或节圆半径的序列或模式和/或齿根或节圆半径的重复模式而变化，而且链条张力的这种减少还取决于链条围绕链轮的包绕角与这些重复模式以及链轮级数的相互协调。

发明内容

提供了以特定的链条包绕角包绕有链条的一个链轮，其中，该链轮具有与该链条的一个包绕角并且具有一个齿根半径(从该链轮的中心到沿着齿根的最靠近该链轮中心的一个点的距离)模式或序列、或者节圆半径(从该链轮的中心到一个销轴轴线的距离，当该链条坐在该链轮上时该销轴轴线是一个链条接头的一部分)模式或序列。链条包绕角、链轮级数以及这些模式或序列是相互协调的并且被选择为相对于链轮旋转或另一种参考(例如，像汽车正时链条应用中的一个曲轴的旋转)以一个预定级数或者以多个预定级数来减少最大链条张力。带有这种序列、级数以及选定的链条包绕角的链轮提供了减少的整体性链条张力并且还可以同时减少链条噪声。这类整体减少对于具有如在美国申请号10/379,669(通过引用将其结合在此，如同全部在此重新写入)中说明的多个陶瓷元件的链条将是特别有用的。

可以选择链轮的这个或这些级数，以便至少部分地取消从该链轮的多个外部源给予链条的相应张力。通过将由在此说明的链轮、链轮级数以及在这些包绕角下的链条给予该链条的这些最大张力与由链轮的多个外部源给予链条的最大或最小张力进行协调，相对于该链轮是与链条运转的一个相同尺寸的规则链轮(尤其是在共振条件下)的情况，能以一种有利的方式来减少在该链条与链轮系统中的整体最大张力。此外，在某些情况下，其中节圆半径或齿根半径的一个序列或者重复的序列或模式没有最佳地进行选择以减少链条张力，或者因为一个或多个齿缺失一个或多个模式或者序列而没有不间断地重复，使该级数与链条包绕角的选择相协调对于减少最大链条张力是有效的。

将链轮的级数以及链条的包绕角选择为使得在共振条件下使链条与链轮组件的共振张力最小。还已经发现，在一个链轮与链条系统中不应该使用某些平均链条包绕角，该链轮与链条系统被设计为用来提供变化齿根或节圆半径(它们重复至少两次)的至少一个序列。相对于链轮是在共振条件下与链条一起运行的规则链轮而言，在本文说明的这些包绕角下，齿根或节圆半径的这些重复序列以及由这些齿根或节圆半径提供的正时张力在链轮于共振条件下与一个链条一起运行的运行过程中对于减少最大链条张力是特别有效的。应该避免在由以下给出的等式所定义的这些平均包绕角之外的平均包绕角，以此最佳地减少最大链条张力：

平均包绕角＝360N/级数±120/级数

其中：N＝1、2、......，级数-1

并且，级数＝多个张紧事件所引起的链轮级数，这些事件起源于该链条和/或链轮之外。

平均包绕角是从链条首先接触链轮处到链条最后接触链轮处围绕链轮中心的角度的平均值。它是链条啮合角度与脱离啮合角度之间的角度距离的平均差值。包绕角在链轮每次啮合或脱离啮合中可能存在一些变化；因此，在此使用平均角度。

在一方面，在此说明的使用这些包绕角的链条与链轮包括一个链轮以及围绕该链轮包绕的链条，其中该链轮具有一个旋转中心轴线以及多个轮齿，这些轮齿包括多个链轮啮合表面。这些链轮齿与这些链轮啮合表面是围绕该链轮的周边间隔开的并且这些链轮啮合表面被安置为使链条与多个链节相啮合，这些链节在具有销轴中心轴线的接头处相互连接。这些链轮啮合表面与该链轮中心轴线相隔一个距离以将该链条置于一个节圆半径处，该节圆半径被定义为链轮中心轴线与由这些链轮啮合表面所啮合的一个链条链节的销轴轴线之间的距离。在一个重要方面中，这些链轮啮合表面在与这些链轮啮合表面相啮合的链节的相邻销轴轴线之间维持恒定的距离。这个恒定距离在此将表示为恒定的节圆。在另一个重要方面中，由链轮的径向延伸的多个轮齿所形成的链轮的外圆周总体上是圆形的或圆的。

在又一个方面中，将这些链轮齿以及啮合表面安排为提供最小齿根或节圆半径和最大齿根或节圆半径、以及它们之间的中间齿根或节圆半径的一个序列，并且其中，该齿根或节圆半径序列在该链轮的每次旋转中使它们自己连续地重复至少两次。这些齿根或节圆半径能以上升或下降的级数安排，例如，其中一个序列例如将是1、2、3、4、4、3、2、1、1、2、3、4、4、3、2、1。链条包绕角与级数应该通过使链条以一个包绕角来围绕该链轮进行包绕而相互协调，该包绕角由以上给出的等式所定义，该等式使包绕角成为级数的一个函数。应该避免在这个包绕角之外的角度。相对于在共振条件下运行的一个规则链轮与链条而言，在当链轮是在共振条下与一个链条一起运行的运行过程中，避免在以上说明的等式之外的包绕角以及由这些节圆半径提供的齿根或节圆半径的序列以及正时的张力对于减小最大链条张力是有效的。

在又一个方面中，这些齿根或节圆半径不是以一种模式(当链轮转过360°时它将重复至少两次)准确地重复，而是具有齿根半径或节圆半径的一个序列，该序列模拟齿根或节圆半径的一个重复模式。在这方面，这些节圆半径或齿根半径序列随链轮的每个360°旋转而重复，其方式为相对于从其他来源给予该系统的张力负荷，该序列对于以正时方式将张力给予该链条是有效的。在这方面，当存在一个起源于链轮之外的重复发生的张力事件时，例如，链轮的一个360°旋转而发生四次这类事件，选择用来模拟的一个给定的链轮级数(例如，四)，其中选择节圆或齿根半径的序列以模拟一个第四级的链轮，该链轮将具有齿根或节圆半径的一个模式或序列，该模式或序列将大致重复四次以便减少张力。如果从这些节圆或齿根半径的这个序列或者从平均节圆半径或平均齿根半径变化的序列的傅里叶级数中选择的级数(例如，四)的幅值与具有用于减少该链条中的整体张力的节圆或齿根半径的一个重复模式或序列的一个链轮是一致的，则将是这种情况。在这方面，该序列或模式在减少共振时的整体张力中是特别有效的。此外，在这方面，可以安排这些链轮齿与啮合表面以提供一个序列，该序列包括一个最小节圆半径和一个最大节圆半径、以及在它们之间的中间节圆半径。

通过将如在此说明的这些半径或节圆序列、链轮级数以及包绕角相互协调可以实现整体张力的减少，而无需将链轮定位在链条的任何具体侧面上，例如链条的一个绷紧侧。此外，在此说明的相互协调允许以选定的级数来选择包绕角以使张力减少最大化，其中，节圆或半径序列本身不会导致张力减少的最大化。此外，啮合链轮的链条可以是一个滚子链或无声链。无声链具有传动地啮合这些链轮齿的多个齿，并且还总体上具有不传动地啮合该链轮、但可以帮助这些链条在该链轮中对齐的多个外链板。

附图说明

图1A示出了展示根据现有技术的一个规则链轮的侧视图。

图1B是展示了根据现有技术的一个不规则链轮的侧视图。

图1C展示了链条首先接触和最后接触链轮的一个包绕角。

图2示出了具有大致第四级的一个链轮。

图3是展示了一个不规则链轮的侧视图。

图4是比较的图1至图3的这些链轮对于发动机速度的最大链条张力的曲线图。

图5是一个链轮的细节视图，该视图示出了在相邻链轮齿之间的一个无声链的这些齿。

图6展示了包绕角的变化以及由于与当链条离开链轮时不同于图1C的链条首先啮合链轮而引起的包绕角如何可以变化。

图7展示了对一个第三级链轮所希望的这些包绕角。

图8展示了带有重复的齿根或节圆半径序列的应该避免的包绕角，以在一个第三级链轮中实现张力的减少。

图9展示了带有链条段和轴编号、但是具有不希望的链条包绕角的用于一台V8发动机的三链条凸轮传动的一种布置。

图10展示了带有段和轴编号、并且具有所希望的链条包绕角的一台V8发动机的三链条凸轮传动的一种布置。

图11展示了多条曲线，这些曲线示出了在具有175°包绕角的图9的布置中对于规则链轮的最大和最小张力。

图12展示了多条曲线，这些曲线示出了在具有175°包绕角的图9的布置中用于减少张力的链轮的最大和最小张力。

图13展示了多条曲线，这些曲线示出了在具有所希望的链条包绕角的图10的布置中用于减少张力的链轮的最大和最小张力。

具体实施方式

在此说明的链条与链轮系统中，链条与链轮在减少链条张力中的效力是取决于径向变化或链轮级数的数目、链条围绕链轮包绕的量和角度以及节圆或齿根半径的重复序列的组合。包绕角的最有效的量值是由以下给出的等式1定义：

其中：N＝1、2、......，级数-1

并且，级数＝由多个张紧事件所引起的链轮级数，这些张紧事件起源于该链条和/或链轮之外。

在使用以上说明的包绕角的一个重要方面中，一个不规则链轮可以被用在汽车链条与链轮系统中，例如被用在一个发动机正时系统中。该链条与不规则链轮被连接到一台内燃机上，该内燃机使链条与链轮以可变的速度运行。该链轮具有齿根或节圆半径的一个重复序列，这些齿根或节圆半径以一个包绕角被连接到一个链条上，其中，链条与链轮的包绕角以及模式对于减少给予该链条的张力是有效的。选择链条包绕角、链轮级数以及齿根或节圆半径序列或模式以减少链条上(特别是共振时)的张力，并且用来减少链条接触链轮时产生的噪声。

图1A展示了一种典型的现有技术链轮10。链轮10具有十九个径向延伸的轮齿12，这些轮齿围绕其总体上圆形的、用于啮合一个链条的多个链节(例如，在图3中展示的链条80的这些链节82)的圆周安置。规则链轮(例如链轮10)可以具有不同的尺寸，并且例如，当从链轮10的中心测量到这些轮齿12的顶端时可以具有近似3.0915cm的一个外径。

当在此提及共振以及共振时链条上的张力的总体减少时，总体上是指扭转共振。在扭转共振中，这些链条段起弹簧的作用而这些链轮和轴起惯性体或质量块的作用。带有一个从动链轮以及两个链条段的一种简单的链条传动具有一个扭转模式并且像简单的弹簧质量系统的旋转式版本起作用。它具有一个共振频率，该频率将对链轮之外的多个力的反应(包括轴的角速度以及张力变化)放大。这种扭转共振可以是由周期性扭矩波动(例如凸轮扭矩)引起的，该周期性扭矩波动以与该共振频率相同的频率施加到从动轴上。共振还可以由驱动轴(例如曲柄)上的角速度变化或者由链条与链轮的啮合或者链条中的变化以及链轮形状所引起的内部张力波动而产生。

在多数链条传动系中，这种第一扭转共振出现在100与400Hz之间。这个频率太低而不能由啮合引起，但可以容易地由不规则链轮引入的更低的级数而引起。链条传动还可以具有横向和纵向共振。在横向共振中，一个链条段振动得像一根吉它弦。这些可以由多个张力变化或者这些段的末端处的运动所引起。而减少链条张力变化可以减少横向共振活动，节圆半径变化可以引起横向共振活动。在纵向共振中，这些链条段起弹簧的作用而链轮起一个平移(当与旋转相反时)质量块的作用。典型的链条传动不具有明显的纵向共振活动，该活动将有害地影响链条与链轮。在链条与链轮传动中最重要的是传动系中的扭转共振。

在相邻的轮齿12之间定义了多个链轮齿根半径14，用于接受连接链条80的这些链节82的多个销轴或滚子84。这些齿根14具有一个总体上弧形的轮廓，以便与链条的这些销轴84啮合。每个齿根14具有一个齿根半径RR(见图3)，该齿根半径被定义为从链轮10的中心到沿着最靠近该链轮中心的齿根14的一个点的距离。在图1A的展示的链轮10中，当从链轮10的中心测量到沿齿根14的最深的点时，齿根半径RR近似为2.57685cm。图1A的链轮10使其所有的齿根半径RR彼此相等，并且总体上被称为为一种“规则”链轮。因此，对应于用于这种类型的链轮10的第一(并且唯一的)齿根半径RR，每个齿根12的深度是相同的，如用参考数字1所表示的。

在链轮的每个旋转过程中，链条(对于链轮10未示出)上的不同的张紧事件可以在一个周期性的基础上重复。如以上提到的，由链轮之外的多个力而引起的一个给定的张紧事件在链轮的一次旋转中重复的次数可以相对于链轮的旋转而表示为一个“级数”。例如，在链轮的每次旋转过程中出现一次的链条的一个张紧事件可以被称为一个第一级事件，在一个链轮旋转过程中出现两次的事件可以被称为第二级事件，等等。

当在该系统的运行过程中观察链条80中的张力时，链条80的张力的增加可能发生在链轮10旋转的特定级数处。在一个规则链轮中，如图1A的链轮10，只有链条张力的明显的峰值可能发生在链轮10的级数上，这对应于链轮10上的轮齿12的数目，该级数还被称为如以上提到的节圆级数。

因此，围绕具有十九个轮齿12的链轮10旋转的一个链条将在由以链轮旋转的第十九级数或者对于链轮10的每次旋转给予链条十九次的张力中具有一个峰值。除了链轮齿12的数目之外，由一个链轮10给予一个链条的张力的峰值还可能是由于其他因素。例如，由于链轮的偏心旋转，不围绕其确切的中心进行旋转的一个链轮10可能以第一链轮级数给予链条一个张力，或者对于链轮的每次旋转给予一次。

如以上提到的，为了减少由链条与链轮10的多个齿根14和多个轮齿12之间的接触而产生的噪声，已经开发了具有多个不同齿根半径的“不规则”链轮。例如，一个不规则链轮可以具有以一种被选择用来减少噪声的预定模式安排的两个不同的齿根半径。还可以设计一个不规则链轮，以结合以一个预定模式安排的三个不同的齿根半径，以进一步减少由链条80与链轮的啮合所产生的噪声。这些齿根半径可以根据具体的系统以及链轮设计而变化。

图1B所展示的不规则链轮20被设计为用于减少由链条(对于链轮20未示出)与链轮20的啮合所产生的噪声。不规则链轮20与图1A的规则链轮10相似，但具有三个不同的齿根半径R1、R2和R3，并因此具有三个不同的齿根深度1至3。在图1B所展示的链轮20中，当从链轮20的中心测量到这些齿根24的最深处的点时，这些第一齿根半径R1是近似2.54685cm，这些第二齿根半径R2是近似2.57685cm，并且这些第三齿根半径是近似2.60685cm。

齿根深度1至3以一个模式安排，该模式被选择用来调整链条的销轴与链轮20的相邻轮齿22之间的齿根24之间的啮合频率，以便减少产生的噪声。当链条的这些销轴在链轮22的相邻齿根24之间移动时，这些销轴坐入的径向位置在最大半径、额定半径、以及最小半径之间变化。在图1B的减少噪声的链轮20中，在正时标记T处开始的齿根24的深度的模式是2、2、3、3、2、1、1、2、2、3、2、1、1、2、1、2、1、1、1。

在图1B的具有以被选择用来减少噪声的一个模式安排的三个或更多不同的齿根半径的不规则链轮20中，当与其余的链轮级数比较时，尤其当被共振放大时，第一、第二、第三以及第四链轮级可以将相对大的张力给予链条。对应于更低链轮级数的链条张力的增加可以具有使整体最大链条张力增加以及使链条和/或链轮的整个寿命减少的所不希望的效果。

如在此说明的相互协调的链条包绕角、链轮级数以及齿根半径或节圆半径序列给不规则链轮提供了减少的链条张力。多个不同的齿根或节圆半径与在此说明的这些包绕角一起使用。这些半径是以一种或多种模式安排的，由于链轮上的这些外力被平移到链条上，所以这对于允许在一个或多个选定的链轮级数上发生的链条张力的减少是有效的。还可以选择这些齿根或节圆半径模式或序列，以减少链条噪声或鸣响音，而不带有现有技术的不规则链轮的缺点。

有待与在此说明的这些包绕角一起使用的链轮节圆半径或齿根半径是相对于最大半径和最小齿根半径来选择的，如这些半径是从链条链节的尺寸和构形、链条连接的销轴的尺寸和间隔、和/或链轮齿的数目、轮齿的构形以及链轮的尺寸来确定的。这些齿根半径还可以是相对于一个额定的齿根或节圆半径(它典型地是最大与最小半径之间的中点)来选择的。

变化的齿根半径或变化的节圆半径的选择允许由链条到链轮齿/齿根的接触所产生的节圆张力的整体减少。应该相信，这是由于这些链条销轴(或者等效的链条元件)与这些链轮齿/齿根由于这些链轮齿根的变化的深度而导致的以不同的次数以及以不同的张力水平接触而产生的。

图1C展示了围绕链轮的一个包绕角并且示出了其中链条首先接触以及最后接触该链轮的这些接触点定义了包绕角α。图1C与图6所示的包绕角的比较示出了链条包绕角可以如何改变，例如，在图6中总体示作β的一个角，这是由于链条如何接触该链轮。如以上指出的，这就是为何使用在此说明的平均包绕角的原因。

在一方面中，这些齿根半径或节圆半径以一种模式安排，该模式重复至少两次，但该重复可以是围绕外链轮圆周多次。这个圆周具有由这些链轮齿的外边缘定义的一个总体上圆形的圆周轮廓。齿根或节圆半径的该模式或序列典型地包括一组或多组或者多样的、不一致的或者不规则的齿根或节圆半径。每组半径典型地包括具有相同长度并且以相同的级数安排的相同数目的齿根或节圆半径。然而，缺失一个序列中的一个节圆或齿根半径可以获得有益的结果。当使用短语“大致重复”时，这表示一个齿根或节圆半径的重复序列可以缺失一个齿根或节圆半径。在其他方面，当存在多个重复序列并且不止一个序列可以缺失与链条包绕角相互协调的一个半径时，级数和排序可以在一个规则链轮(尤其是共振时)上提供链条张力减少。进一步的，不同组的齿根半径可以具有不同长度、数目和安排的多个半径。

使用多个序列的这类模式或沿该链轮的圆周重复的其他方式的不规则齿根半径允许抵消或减少特定链轮级数(或者基于可应用参考的其他级数)的张力。这样做时，抵消这些张力的累积性作用允许由特定链轮级数(或其他参考级数)的链轮结合到该系统上的链条张力的所计划的整体性减少。

这些不一致的或不规则的齿根或节圆半径的模式以及这些齿根半径的长度的选择进一步允许使用主要和次要模式或次级模式的半径。这类主要和次要模式对于减少给予多样链轮级数(或其他可应用的级数)以及不同幅值的链条(以及整个系统)的整体张力是有效的。这与给定级数的链条包绕角的选择一起提供了在链轮齿根半径和模式的选择中的额外的灵活性，以抵消系统中的多样的张力源和/或平衡链条与链轮上的整体张力而不考虑张力的其他来源。

图2展示了根据本发明的一个方面的一个链轮30，其中提供了一个不规则链轮30用于减少在一个预定的链轮级数的链条张力并且减少由链条80与链轮30的啮合所产生的噪声。与图1A的规则链轮10以及图1B的主要设计用于噪声减少的不规则链轮20相似，链轮30具有多个径向延伸的轮齿32，这些轮齿围绕其用于啮合链条80的这些销轴84、总体上圆形的外圆周而配置。多个齿根34被定义在相邻轮齿32之间，用于接受连接链条80的这些链节82的销轴84。

如在图3中可见，图3的链轮2具有一个最大齿根半径R3、一个额定齿根半径R2、以及一个最小齿根半径R1。如以上提到的，最大和最小齿根半径典型地取决于链节尺寸和销轴间隔、这些链轮齿的形状，等等。图2和图3的链轮30的齿根模式不同于图1B的链轮20的齿根模式。

图2展示了一个链轮，该链轮具有分别近似2.54685cm、2.57685cm以及近似2.60685cm的齿根半径R1、R2和R3。在正时标记T处开始的齿根深度的模式是2、3、3、2、1、2、3、3、2、1、2、3、3、2、1、2、3、3、2。链轮30的齿根半径模式包含一个序列，即2、3、3、2、1，该序列基本上围绕链轮30的圆周重复四次(错过一个齿根)。

因此，使用如在此说明的这些级数的包绕角并且使用齿根或节圆半径的一种不规则模式(这些齿根或节圆半径聚集在多组序列的齿根或节圆半径中，例如在这个实例(以及如其中所讨论的其他实例)中看到的)提供了一种重复模式，该模式可以用来有效地集中和取消在链轮30的第四级数的链条80的更低级数的张力。这减少了由链轮30以及加在产生链条张力的链轮上的外力给予链条80的整体最大张力。这些链条张力可以由链轮之外的汽车发动机系统的不同部件(例如，轴和/或这些活塞)给予链条80。

除了由以上实例的链轮20和30给予链条80的那些张力之外，这些外部来源可以给予链条80多个张力事件。这些外部张紧事件能以对应于链轮旋转级数的间隔出现。这些级数从2到12并且超过，最常见地是2至4、5、6和8。使用特定级数与链条包绕角的一种组合、不规则齿根半径以及重复的齿根半径模式都能取消由链轮30给予链条80的张力，并且减少相对于规则链轮的整体最大链条张力并且还减少了链条噪声或鸣响音，特别是在以可变的速度运行的发动机(例如，内燃机)的共振条件下。

通过使这些半径模式基本上重复与希望集中链条张力的链轮级数相等的次数来选择齿根半径或者节圆半径的安排，以减少整体张力。为减少由于一个第二级数张紧事件引起的最大张力，总体上人们将预期一个模式是一个第二级模式，该模式将重复两次以减少整体张力。在另一个实例中，为了以第四或更高链轮级来集中由本发明的链轮30给予链条80的张力，齿根半径的安排可以包括一个模式，该模式围绕链轮30基本上重复四次或更多次。

如以上提到的，重复的半径模式和链条包绕角可以提供减少由链轮30给予链条80的整体最大张力的益处，同时还减少由链轮30与链条80之间的接触所产生的噪声。在与一台内燃活塞发动机的连接中，图4展示了本发明的不规则链轮30的预期的整体最大张力减少的效果。将预期有待由图1至图3的链轮10、20和30给予链条的最大张力与图4中的对应的内燃活塞发动机速度(尤其当速度是处于共振条件，例如大约4000rpm)进行比较。

如图4所展示的，相对于仅用于噪声减少而设计的一个不规则链轮20，图1的规则链轮10明显地在遍及不同的发动机速度下(但特别是在共振条件下)对链条80给予较低的最大张力。具体地说，所预期的是由主要设计用于噪声减少的不规则链轮20给予链条80的最大张力在接近4000rpm的发动机速度下是更高的，而对于同样的发动机速度规则链轮10将给予链条低得多的最大张力。

预望由设计为用于减少噪声并且减少最大链条张力的不规则链轮30给予链条80的最大张力明显地低于被主要设计为用来减少噪声的不规则链轮20。事实上，在某些情况下，减少张力的链轮30能够可比较地将低于以图4中所反映的发动机速度下的规则链轮10的最大张力给予链条80。因此，图4展示了预期提供用于减少最大整体链条张力的本发明的改进的不规则链轮30的设计，这是先前的不规则链轮设计所不具有的作用。

虽然在图2和图3中所展示的本发明的一个方面中选择了第四级数，但是链条张力还能以如以下表格中说明的集中在链轮旋转的其他级数上。例如，可以选择一个齿根或节圆半径模式，该模式对于以链轮旋转的第三级数集中链条张力是有效的。这样一种模式可以包括一个齿根半径序列，该序列是围绕带有如以上说明的链轮与链条包绕角的圆周大致重复三次。例如，第三链轮级数下用于集中链条张力的一个齿根深度模式可以是1、2、3、3、3、2、1、2、3、3、3、2、1、2、3、3、3、2、1，其中一个齿根深度模式，即1、2、3、3、2对于链轮的每次旋转大致重复三次。

由链轮给予链条80的这些张力还能集中在不止一个链轮级数上。例如，可以选择一个齿根或节圆半径的模式，该模式具有对于链轮的每次旋转重复两次的一个主要齿根半径序列以及在每个主要序列之内重复两次的一个次要序列。因此，在本发明的这个方面，通过具有在主要重复模式之内重复的次要模式来提供主要和次要半径。使主要和次要重复模式均处于一个选定的级数并且带有适当的链条包绕角的益处是进一步再区分链轮级数并且减少由链轮给予链条80的张力的能力。因此，对于具有这样一种模式的链轮的每次旋转，该主要半径序列对于给予两个张紧事件是有效的，而该次要半径序列对于给予四个张紧事件是有效的。由次要半径序列给予的这些张紧事件可以具有比由主要半径序列给予的张紧事件低的幅值。

为了减少链条与链轮系统中的整体链条张力，选择由这些包绕角和不规则的并且重复的齿根或节圆半径模式(例如链轮30的那些)给予链条80的这些张力，以便至少部分地抵消由链轮30和链条80之外的这种来源加在链条80上的张力。一方面，由于多个外部源连同由于链轮30的那些外部源，确定了对应于链条张力中的多个峰值的链轮旋转的这些级数。然后配置链轮30，以取消一个链轮级数下的链条张力，在该级数下链条张力由于外部源而处于一个最大值。用于这样一个链轮级数的链条包绕角是由以上在等式(1)中给出的这些关系确定的，或者在一方面，如在以下表格中给出的。这提供了减少链条80中的整体张力的可能性，例如可能发生如果由于链轮30而引起的链条张力以及由于外部源而引起的链条张力均由于共振而处于其最大值。例如，当对于链轮30的每次旋转这些外部张力出现四次时，可以使用在此说明的这些包绕角来安排链轮30的这些齿根半径，以集中由在实行的多个链轮级数下的链轮30给予链条80的这些最大张力，以便至少部分地取消共振时给予链条的这些外部张力。以此方式，链条80中的这些外部张力可以至少部分地被链条80中的这些链轮张力抵消，从而减少链条80中的整体张力并且增加链条80和链轮30二者的寿命周期。

图5展示了根据本发明一个方面的用于同无声链90一起使用的一个链轮100，该无声链具有与该链轮啮合的多个链齿。无声链90包括多个链板92，每个链板具有围绕接头94彼此相对可枢转的一个或多个齿96。当无声链90围绕链轮100旋转时，链条90的这些齿96啮合链轮100的多个齿102。链轮100具有三个不同的节圆半径PR1、PR2、以及PR3，如从链轮100的中心测量到多个链板92之间的接头94，这些链板具有坐在链轮100的多个齿102之间的多个齿96。图5展示了经过多个链条接头94的中心的弧PA1、PA2、以及PA3，它们对应于节圆半径R1、R2和R3。节圆半径PR1、PR2、和PR3是以一种模式安排的，该模式对于分配由处于链轮100旋转的一个或多个预定级数时的链轮100给予链条90的张力是有效的。

可以基于测量或预测的链条张力来选择链轮模式级数。在一个方法中，可以产生多个销轴位置，用于链条围绕带有正确的齿数、节圆长度、以及径向幅值的链轮就座。将这些销轴的位置定位，以实现正确的节圆半径变化幅值同时维持一个恒定的节圆长度以及如由以上等式(1)定义的链条包绕角。然后动态系统模拟与不带有外部激励的链轮一起运转。将来自减少张力的链轮的段的张力与来自一个模拟的规则链轮以及多个外部激励的段的张力进行比较。调整张力减少的链轮的定向，这样，这些链轮的张力将不带有外部张力的阶段。运行一种带有张力减少的链轮以及外部激励的动态系统模拟。如果必要则对张力减少的链轮的定向以及幅值做出调整。在条件范围中运行多次模拟以确保链轮一直有效。使用一个CAD基础程序、或者类似的软件，以将销轴位置转换为实际的链轮轮廓。然后做出样品链轮并且在发动机上测试以确定性能。

由上文中应该认识到，本发明提供了用于减少汽车系统(尤其是在共振时)中的最大链条张力的一种方法和装置，并且在一方面，还减少了由链条与链轮之间的啮合所产生的噪声。虽然这些附图展示了本发明的多个方面，但本发明不限于这些附图所展示的这些方面。通过具有2、3或者8级数的链轮的另一个实例，包绕角是通过应用以上给出的等式(1)确定的。在这个展示中，表I在以下给出了应该用于2至8级数中的每一级的包绕角。

表I

应该使用的包绕角

N

第二链轮级

第三链轮级

第四链轮级

第五链轮级

第六链轮级

第七链轮级

第八链轮级

1

180°±60°

120°±40°

90°±30°

72°±24°

60°±20°

51.4°±17.1°

45°±15°

2

240°±40°

180°±30°

144°±24°

120°±20°

102.8°±17.1°

90°±15°

3

270°±30°

216°±24°

180°±20°

154.3°±17.1°

135°±15°

4

288°±24°

240°±20°

205.7°±17.1°

180°±15°

5

300°±20°

257.1°±17.1°

225°±15°

6

308.6°±17.1°

270°±15°

7

315°±15°

使用以上在表格中给出的这些包绕角，这样链轮或者皮带轮的径向变化在传动共振时产生了足够的张力变化以取消由多个外部源所产生的这些张力。在这些值之外的包绕角由于径向变化导致了不充足的张力产生。以下在表格II中给出了应该避免的包绕角，其中N和级数是在以上的等式1中给出的。

表II

要避免的包绕角

N

第二链轮级

第三链轮级

第四链轮级

第五链轮级

第六链轮级

第七链轮级

第八链轮级

0

90°±30°

60°±20°

45°±15°

36°±12°

30°±10°

55.7°±8.6°

22.5°±7.5°

1

270°±30°

180°±20°

135°±15°

100°±12°

90°±10°

77.1°±8.6°

67.5°±7.5°

2

300°±20°

225°±15°

164°±12°

150°±10°

128.6°±8.6°

112.5°±7.5°

3

315°±15°

228°±12°

210°±10°

180°±8.6°

157.5°±7.5°

4

292°±12°

270°±10°

231.4°±8.6°

202.5°±7.5°

5

330°±10°

282.9°±8.6°

247.5°±7.5°

6

334.3°±8.6°

292.5°±7.5°

7

337.5°±7.5°

图7用图形展示了希望用于一个第三级链轮的这些包绕角。

图8用图形展示了应该避免的包绕角，通过重复的齿根或节圆半径序列以在一个第三级的链轮中实现张力的减少。图8所示的包绕角是说明性角度，其中将不完全享有整体张力的减少或者甚至根本不能实现。图8中的这些三角形是链条将与链轮脱离啮合的包绕角的区域，并且展示了第三级数的链轮有待避免的包绕角范围。

本发明是通过计算机模拟来进行测试的，该模拟是针对具有三链条凸轮传动的一台V8发动机，这些凸轮传动具有0、1’、2’、3’、4’、5’、和6’七个轴。该传动在轴6’上具有一个减少张力的不规则链轮。该系统具有链条A、B和C，并且如在图9中所看到的，多个链轮是在V的每侧上。减少张力的链轮6’是在图9所示的排气凸轮6’上。段S4、S5、S7和S9是由链条引导件(它们未被示出)引导的。段S1、S3和S8具有在P1、P3和P8处被压在段中的张力臂S1’、S3’、和S8’。在图10中在段9上还存在一个张力臂S9’。

轴6’上的链轮是一个第三级链轮，因此，应该避免的链条包绕角是在120度至200度的范围内。在图9中示为2’和6’的链轮排具有175度的一个链条包绕角，该包绕角是处于一个级数的链轮所不希望的范围之中。这些链条包绕角的有效性是通过用于“规则链轮”以及减少张力的链轮的模拟进行测试的。为了通过改变链条包绕角来证实轴6’上的减少张力的链轮的有效性的改进，增加了该链条长度的的两个节距以及一个引导件，以使该链条路径成为如图10中所看到的足球形状。这将链条包绕角减少至145度，这对于一个第三级的链轮是所希望的。如在图11至图13中看到的，链条包绕角的变化导致链条A(段S1和S2)、B(段S3、S4、S5和S7)以及C(段S8和S9)上的更好的张力的减少。

因此，应该理解，在此说明的本发明的这些实施方案仅是本发明的这些原理的应用的示例性说明。在此提及的这些展示的实施方案的细节并非旨在限制权利要求的范围，这些权利要求本身列举了对于本发明来说被认为是必要的那些特征。

Claims (24)

1.一种链轮与链条系统，所述系统包括：

至少一个不规则链轮，其具有节圆半径的至少一种模式，所述节圆半径的至少一种模式围绕链轮重复与将在其中减少链条张紧的链轮的至少一个级数相等的次数；

链条以平均包绕角连接到所述至少一个不规则链轮上，所述平均包绕角在由以下等式限定的范围内：

平均包绕角＝360N/级数±120/级数，

其中，N＝1、2、......、级数-1，并且级数表示多个张紧事件所引起的链轮级数，这些张紧事件源自该链条和链轮之外，

其中选择链轮级数、与链轮级数有关的平均包绕角以及所述节圆半径的至少一种模式的重复，以便减少更低级数的链条张紧，使得相对于规则链轮在共振条件下与一个链条运行的情况而言，当所述至少一个不规则链轮在共振条件与一个链条运行时，能在共振条件下减少链条和链轮系统的整体张力以及链条噪声。

2.如权利要求1所述的链轮与链条系统，其中，围绕链轮重复的节圆半径的模式从一个最小节圆半径上升至一个最大节圆半径并且然后从一个最大节圆半径下降至一个最小节圆半径。

3.如权利要求1所述的链轮与链条系统，其中该链条与链轮系统具有从2到8的级数。

4.如权利要求1所述的链轮与链条系统，其中，该不规则链轮具有一个第二级模式并且不使用从由90°±30°和270°±30°所构成的组中选择的包绕角。

5.如权利要求1所述的链轮与链条系统，其中，该不规则链轮具有一个第三级模式并且不使用从由60°±20°、180°±20°以及300°±20°所构成的组中选择的包绕角。

6.如权利要求1所述的链轮与链条系统，其中，该不规则链轮具有一个第四级模式并且不使用从由45°±15°、135°±15°、225°±15°以及315°±15°所构成的组中选择的包绕角。

7.如权利要求1所述的链轮与链条系统，其中，该不规则链轮具有一个第五级模式并且不使用从由36°±12°、100°±12°、164°±12°、228°±12°以及292°±12°所构成的组中选择的包绕角。

8.如权利要求1所述的链轮与链条系统，其中，该不规则链轮具有一个第六级模式并且不使用从由30°±10°、90°±10°、150°±10°、210°±10°、270°±10°以及330°±10°所构成的组中选择的包绕角。

9.如权利要求1所述的链轮与链条系统，其中，该不规则链轮具有一个第七级模式并且不使用从由55.7°±8.6°、77.1°±8.6°、128.6°±8.6°、180°±8.6°、231.4°±8.6°、282.9°±8.6°以及334.3°±8.6°所构成的组中选择的包绕角。

10.如权利要求1所述的链轮与链条系统，其中，该不规则链轮具有一个第八级模式并且不使用从由22.5°±7.5°、67.5°±7.5°、112.5°±7.5°、157.5°±7.5°、202.5°±7.5°、247.5°±7.5°、292.5°±7.5°以及337.5°±7.5°所构成的组中选择的包绕角。

11.根据权利要求1所述的链轮与链条系统，其中，所述节圆半径的至少一种模式随该不规则链轮的每次旋转而不间断地并且连续地使其自身重复至少两次。

12.根据权利要求1所述的链轮与链条系统，其中，所述节圆半径的至少一种模式包括至少一个最小节圆半径、至少一个最大节圆半径以及其间的至少一个中间节圆半径。

13.根据权利要求1所述的链轮与链条系统，其中，所述节圆半径的至少一种模式大致重复。

14.一种链条与链轮传动系统，所述系统包括：

至少一个不规则链轮，其具有节圆半径的至少一种模式，所述节圆半径的至少一种模式围绕链轮重复与将在其中减少链条张紧的链轮的至少一个级数相等的次数，其中所述模式包括：

至少一个最小节圆半径、至少一个最大节圆半径、以及其间的至少一个中间节圆半径，并且其中至少一个最小节圆半径、至少一个最大节圆半径以及至少一个中间节圆半径随该不规则链轮的每次旋转而连续地使得其自身重复至少两次，链条以平均包绕角连接到所述至少一个不规则链轮上，所述平均包绕角在由以下等式限定的范围内：

平均包绕角＝360N/级数±120/级数， 

其中，N＝1、2、......、级数-1，并且级数表示多个张紧事件所引起的链轮级数，这些张紧事件源自该链条和链轮之外，

其中在具有与所述不规则链轮啮合的齿的链条链节的相邻链节销轴之间的距离基本上是恒定的；以及

其中选择链轮级数、与链轮级数有关的平均包绕角以及所述节圆半径的至少一种模式的重复，以便减少更低级数的链条张紧，使得相对于规则链轮在共振条件下与一个链条运行的情况而言，当所述至少一个不规则链轮在共振条件与一个链条运行时，能在共振条件下减少链条和链轮系统的整体张力以及链条噪声。

15.如权利要求14所述的链条与链轮传动系统，其中，围绕链轮重复的节圆半径的模式从一个最小节圆半径上升到一个最大节圆半径，并且然后从一个最大节圆半径下降至一个最小节圆半径。

16.如权利要求14所述的链条与链轮传动系统，其中，该链条与链轮传动系统具有从2至8的级数。

17.如权利要求14所述的链条与链轮传动系统，其中，该不规则链轮具有一个第二级模式并且不使用从由90°±30°以及270°±30°所构成的组中选择的包绕角。

18.如权利要求14所述的链条与链轮传动系统，其中，该不规则链轮具有一个第三级模式并且不使用从由60°±20°、180°±20°以及300°±20°所构成的组中选择的包绕角。

19.如权利要求14所述的链条与链轮传动系统，其中，该不规则链轮具有一个第四级模式并且不使用从由45°±15°、135°±15°、225°±15°以及315°±15°所构成的组中选择的包绕角。

20.如权利要求14所述的链条与链轮传动系统，其中，该不规则链轮具有一个第五级模式并且不使用从由36°±12°、100°±12°、164°±12°、228°±12°以及292°±12°所构成的组中选择的包绕角。

21.如权利要求14所述的链条与链轮传动系统，其中，该不规则链轮具有一个第六级模式并且不使用从由30°±10°、90°±10°、150°±10°、210°±10°、270°±10°以及330°±10°所构成的组中选择的包绕角。

22.如权利要求14所述的链条与链轮传动系统，其中，该不规则链轮具有一个第七级模式并且不使用从55.7°±8.6°、77.1°±8.6°、128.6°±8.6°、180°±8.6°、231.4°±8.6°、282.9°±8.6°以及334.3°±8.6°所构成的组中选择的包绕角。

23.如权利要求14所述的链条与链轮传动系统，其中，该不规则链轮具有一个第八级模式并且不使用从22.5°±7.5°、67.5°±7.5°、112.5°±7.5°、157.5°±7.5°、202.5°±7.5°、247.5°±7.5°、292.5°±7.5°以及337.5°±7.5°所构成的组中选择的包绕角。

24.如权利要求14所述的链条与链轮传动系统，其中，所述节圆半径的至少一种模式大致重复。 

Images