CN101813177B - 柔性齿轮传动装置、发动机和传动机构操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及柔性齿轮传动装置、发动机和传动机构操作方法。柔性齿轮传动装置包括具有第一毂部件和第二毂部件的毂子组件。第一毂部件限定第一轴线，柔性齿轮传动装置包括能够相对于毂子组件旋转并限定齿圈旋转轴线的齿圈。第二毂部件能够相对于第一毂部件沿垂直于第一轴线的方向在第一停止位置和第二停止位置之间移动。在第一停止位置，齿圈旋转轴线与第一轴线共线，在第二停止位置，齿圈旋转轴线与第一轴线平行但不共线。柔性机构连接在第一毂部件和第二毂部件之间并将第二毂部件朝着第一停止位置偏置。在采用柔性齿轮传动装置的发动机传动机构中，第二毂部件相对于第一毂部件沿垂直于第一轴线的方向平移削弱了例如通过燃料喷射和/或气缸点火引起的扭矩峰值。

Description

柔性齿轮传动装置、发动机和传动机构操作方法

技术领域

本发明总的涉及一种柔性齿轮传动装置，更具体地涉及使齿圈响应于其上的扭矩而相对于柔性齿轮传动装置中的毂从第一停止位置平移到第二停止位置。

背景技术

由冲击和振动、卡嗒作响的轮齿造成的过度噪声已经伴随齿轮系统很多年了。概括地说，“齿轮敲击”指的是噪声现象，其中相邻齿轮的轮齿退出啮合并由于受后方轮齿的冲击而被迫迅速重新啮合，从而产生可闻噪声。来自齿轮敲击的大的声音不仅使工作环境不舒适，而且轮齿之间的碰撞和齿轮系统的冲击还会对系统的部件造成过早磨损和过度应力。而且，如齿轮相关领域的技术人员熟知的，假如齿轮敲击啮合的齿轮对，而非平稳地传递扭矩，则能量在一定程度上被浪费了。

在内燃机方面，常常利用一系列齿轮或者“传动机构”来为某些发动机部件提供动力，并提供特定齿轮之间希望的相对正时。在一个例子中，通过发动机曲轴旋转的曲柄齿轮与凸轮齿轮可旋转地连接，凸轮齿轮又与发动机的一个或多个凸轮连接。一个或多个齿轮能够操作地设置在曲柄齿轮和凸轮齿轮之间，以保持两者之间的相对正时，使得某些凸轮致动的发动机功能，例如燃料喷射和气门打开/关闭可在相对于发动机曲柄角所希望的时间可靠地发生。

在某些发动机上，运行过程中曲柄齿轮和凸轮齿轮的动态活动可基本上经过传动机构传递有效扭矩。因此，在发动机运行过程中，每个曲柄齿轮和凸轮齿轮通常会经历冲击式加速和减速。气缸点火会对曲轴并因此对曲柄齿轮施加扭矩，而燃料喷射则倾向于对凸轮轴并因此对凸轮齿轮施加扭矩。在一些发动机系统中，由于机械致动燃料喷射的力，凸轮轴的转速会从其平均转速瞬时减速每分钟数百转。来自凸轮轴和曲轴的扭矩冲击会相互独立地影响传动机构，或者它们相互附加或相互减弱。气缸点火、燃料喷射和其他事件容易快速地连续发生，因此，本领域技术人员非常清楚，在这些条件下传动机构的动态活动会非常复杂。通过具有相当大部件惯性和反冲的相对刚性的传动机构传递能量或相邻轮齿的分离，可能是具有极大峰值扭矩的一系列动态事件，特别是当来自不同齿轮的大惯性以不同速度碰撞时。在一些情况下，例如，当曲柄齿轮和凸轮齿轮之间的正时齿轮(本领域公知的“空转齿轮”)受到来自凸轮齿轮和曲柄齿轮中一个或两者的扭矩冲击时，在达到相对平稳运转之前，其会引起反复的强烈的卡塔声。前传动机构可能是发动机系统最大的噪声产生部分。

上述问题在重型压缩式点火发动机中尤其严重，因为相比轻型和/或火花点火式发动机，它们容易在更大运行工况范围下经历齿轮敲击的问题。而且，已经提出了利用更高的峰值气缸压力和更高的喷射压力来降低压缩点火式发动机中特定气体排放物的期望，但这导致发动机传动机构中产生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解决这样的噪声问题，其中一个方式就是通过增加传动机构及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/或通过为凸轮轴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削弱其对冲击载荷的反应而在传动机构中提供了降低的刚性或者迟滞。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，柔性会使得齿轮更缓和地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、机械应变和可闻噪声。

在一种柔性齿轮设计中，由两个紧密相邻的共轴齿轮构成的“剪式齿轮”具有一定的转动柔性，其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能够彼此相对运动的，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扭矩限制器，当超过齿轮上的某扭矩值时，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

本发明旨在解决上述的一个或多个问题或缺陷。

一方面，柔性齿轮传动装置包括毂子组件，该毂子组件包括能够将柔性齿轮传动装置装配到支撑元件的第一毂部件，第一毂部件包括前面和背面并限定延伸穿过第一毂部件并垂直于所述前面取向的第一轴线。毂子组件还包括能够相对于第一毂部件沿垂直于第一轴线的方向在第一停止位置和第二停止位置之间移动的第二毂部件。柔性齿轮传动装置还包括装配在所述毂子组件上并能够相对于毂子组件旋转的齿圈，该齿圈限定齿圈旋转轴线并连接成随第二毂部件一起在第一停止位置和第二停止位置之间移动。在第一停止位置，齿圈旋转轴线与第一轴线共线，在第二停止位置，齿圈旋转轴线与第一轴线平行但不共线。柔性传动装置还包括连接在第一毂部件和第二毂部件之间并将第二毂部件朝着第一停止位置偏置的柔性机构。

在另一方面，一种内燃机包括发动机壳体和装配到发动机壳体上并包括曲柄齿轮、凸轮齿轮以及连接在曲柄齿轮和凸轮齿轮之间并能够在两者之间传递扭矩的空转齿轮的传动机构。空转齿轮包括第一毂部件，该第一毂部件将空转齿轮装配到发动机壳体上并包括前面和背面并限定延伸穿过第一毂部件并垂直于所述前面取向的第一轴线。空转齿轮还包括能够沿垂直于第一轴线的方向在第一停止位置和第二停止位置之间移动的第二毂部件，以及限定齿圈旋转轴线的齿圈。齿圈连接成随第二毂部件一起在第一停止位置和第二停止位置之间移动，在所述第一停止位置，齿圈旋转轴线与第一轴线共线，在第二停止位置，齿圈旋转轴线与第一轴线平行但不共线。空转齿轮还包括连接在第一毂部件和第二毂部件之间并将第二毂部件朝着第一停止位置偏置的柔性机构。

在又一方面，一种操作内燃机的传动机构的方法包括将传动机构的空转齿轮的齿圈朝第一停止位置偏置的步骤，在该第一停止位置，齿圈旋转轴线、与齿圈啮合的输入齿轮的旋转轴线以及与空转齿轮啮合的输出齿轮的旋转轴线限定第一式样。该方法还包括通过齿圈处于第一停止位置的空转齿轮在输入齿轮和输出齿轮之间传递第一扭矩的步骤，以及至少部分通过使齿圈响应于对其施加的第二扭矩移动限制在输入齿轮和输出齿轮之间传递大于第一扭矩的第二扭矩的步骤。使齿圈移动包括使齿圈朝第二停止位置移动，在第二停止位置，齿圈旋转轴线、输入齿轮的旋转轴线以及输出齿轮的旋转轴线限定不同于第一式样的第二式样。该方法还包括使所述齿圈返回所述第一停止位置的步骤。

附图说明

图1是具有根据一种实施方式的发动机系统的机器的示意图；

图2是根据一种实施方式的柔性齿轮传动装置的分解视图；

图3a是根据一种实施方式的柔性齿轮传动装置的正面透视图；

图3b是图3a的柔性齿轮传动装置的背面透视图；

图4是另一种实施方式的柔性齿轮传动装置的透视图；

图5是又一种实施方式的柔性齿轮传动装置的透视图；

图6是沿图3a的线6-6截取的截面图；

图7是根据一种实施方式的发动机系统的示意图；

图8是根据一种实施方式的齿轮传动装置的侧剖透视图；

图9是根据一种实施方式的发动机系统的示意图；

图10是根据一种实施方式的传动机构的示意图；

图11是根据一种实施方式的齿轮传动装置的分解视图；

图12是图11的齿轮传动装置处于组装好的状态的后视图；

图13是图12的齿轮传动装置的正视图；

图14是图11-13的齿轮传动装置的剖视图；

图15是根据一种实施方式的齿轮传动装置的分解视图；

图16是图15的齿轮传动装置组装并设置在支撑元件上的正视图；和

图17是贯穿根据一种实施方式的组装阶段的齿轮传动装置的一部分的截面图。

具体实施方式

参照图1，其示出了机器8中的发动机系统10，该发动机系统包括例如直列式压缩点火式发动机的发动机12和装配在发动机上的传动机构11。传动机构11可包括曲柄齿轮18、凸轮齿轮19和空转齿轮传动装置20。曲柄齿轮18通常与曲轴(未示出)连接，曲轴又与活塞杆连接并因此能够以常规方式旋转。凸轮齿轮19经由空转齿轮传动装置20能够旋转地与曲柄齿轮18连接，以保持两者之间的希望正时。空转齿轮传动装置20包括限定轴线C的毂26和齿圈22。虽然发动机系统10被显示为具有一个空转齿轮传动装置，但在其他实施方式中，根据发动机设计可以使用多个空转齿轮。毂26和齿圈22被朝着共轴对准偏置，使得齿圈22的轴线与轴线C共同延伸。齿圈22能够响应于通过曲柄齿轮18和凸轮齿轮19的至少一个对其施加的扭矩而沿垂直于轴线C的方向平移。

齿圈22可平移距离D，其旋转轴线能够在垂直于轴线C的方向上移动到表示为轴线C’的位置。由于齿圈22相对于毂26平移距离D会影响凸轮齿轮19和曲柄齿轮18之间的相对正时，因此可至少部分基于与希望正时的容许偏离来选择可用的平移距离。换句话说，由于齿圈22帮助实现凸轮齿轮19和曲柄齿轮18的同步，因此齿圈22的平移将暂时允许凸轮齿轮19和曲柄齿轮18稍微不同步。当凸轮齿轮19和曲柄齿轮18之间的容许正时差异较大时，平移距离D可以相对较大。相反，当操作限制要求正时差异较小时，也应当选择较小的平移距离D。如上所述，毂26和齿圈22被朝着共轴对准偏置，因此当引起齿圈22平移的扭矩减小时，齿圈22和毂26将朝共轴对准返回，补偿相对正时的任何差异。通过使齿圈22平移，可以管理空转齿轮传动装置20和这里描述的其他空转齿轮传动装置实施方式上的载荷，以降低噪声、磨损等，并且可在操作过程中保持相邻的啮合齿轮啮合。在图1中，箭头A表示齿圈22的总体平移方向，而线L₁和L₂用来分别表示齿圈22的轴线处于其止动或偏置位置和平移位置的相对位置。

转到图2、3a和3b，其分别示出了适用于在图1的发动机系统10中使用的一种实施方式的空转齿轮传动装置20的各个部件的分解和组装好的前后透视图。应当认识到，这里描述的任何空转齿轮传动装置可用于任何描述的发动机和传动机构结构，以及未具体说明的其他系统。空转齿轮传动装置20包括齿圈子组件25，齿圈子组件具有带外齿的齿圈22和环形的内部部分24。齿圈子组件25适于围绕毂26装配，轮毂26包括毂子组件27，毂子组件27具有第一毂部分26a和第二毂部分26b。在齿轮传动装置20中，齿圈子组件25和毂子组件27被固定以一起旋转并利用例如包括弹簧52和块50a-d的多个致动器中的至少一个致动器31朝共轴对准偏置。如这里描述的，齿圈22能够相对于毂26平移，但应当理解，齿圈子组件25的部分或者全部部件可能能够相对于毂子组件27的部分或全部部件平移。因此，这里描述的齿圈22相对于毂26平移不应当被解释为意为只有齿圈22相对于毂26移动，因为可以涉及其他部件。空转齿轮传动装置20可具有能够响应于齿轮传动装置20上的扭矩而在垂直于由毂26限定的轴线的方向上进行相对运动的其他部件。

毂子组件27可进一步装配到适于借助可旋转的装配轴60将齿轮传动装置20与发动机12连接的短轴30上。轴衬28可进一步设置在短轴30和毂子组件27之间。多个致动器可包括多个块50a-d，所述块各自与多个弹簧52连接并装配在多个销54上。当齿圈22相对毂26平移时，齿圈将克服弹簧52的偏置力运动。因此，当齿轮传动装置20上的引起齿圈22平移的扭矩减小时，偏置弹簧52可促使齿圈22和毂26往回向着共轴对准运动。尽管在所示实施方式的齿轮传动装置20中，显示的是具有弹簧52和块50a-d的致动器31，但应当理解，本发明并不因此受到限制，也可以使用能够将毂26的齿圈22向着共轴对准偏置的仅仅一个致动器。这里描述的术语“致动器”应当被理解为包含多种装置，包括弹簧、液压致动器、气动致动器或者弹簧、液压和气动致动器的组合。

多个致动器31的每一个可分别定位在毂部分26a和26b的切口29a和29b内。齿圈子组件25又可包括例如设置在多个垫40a-d上的多个接触表面的至少一个接触表面41，多个垫40a-d的每一个与块50a-d的每个对准并围绕齿圈子组件25径向隔开。齿轮传动装置20上的平移载荷通常通过垫40a-d的支承由块50a-d抵抗。由于整个传动装置通常在装配轴60上旋转，因此当遇到引起平移的扭矩时，根据齿轮传动装置20的相对倾斜位置，抵抗给定平移载荷的具体块和垫会变化。也可以设置罩或者环形板32，并且连同与销54分离的多个螺栓62，可按照理想的结构将齿轮传动装置20的所有装配部件连接在一起。应当认识到，每个弹簧52可能需要相对高的预载荷，在一些实施方式中，每个弹簧52的预载荷在800磅的量级上，因此，用于将全部部件连接到一起的相对坚固的部件是希望的。此外，定向弹簧52在与齿轮传动装置20的旋转轴线共轴的方向上压缩和伸展，因为弹簧可以被压缩，所以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。

转到图6，示出了沿着图3的线6-6截取的侧剖视图。图6示出了齿圈22、齿圈的环形内部部分24、垫40a、块50a、弹簧52和销54。图中示出销54延伸穿过块50a，但在其他实施方式中，块50a可被构造为不具有相应的销。在该实施方式中，块50a能够单独在切口29a和29b内移动并由29a和29b引导或由其他部件引导。齿圈22相对于毂部分26b的平移通常包括克服块50a和垫40a之间的静摩擦系数。块50a的块表面51可设置成能够滑动地抵靠垫40a的接触表面41。润滑剂可设置在各自的表面41和51之间。在所示的结构中，表面51和41相对于齿轮传动装置20的旋转轴线倾斜地取向。应当认识到，倾斜表面的相对取向可与所示的不同，或者甚至颠倒，但不脱离本发明的精神和范围。除了克服表面41和51之间的静摩擦系数之外，为了使齿圈22及其相关的子组件25相对于毂子组件27平移，有必要克服弹簧52的预载荷。因此，当希望提供更结实的传动机构时，弹簧52可以被预加更大的载荷，而对于具有更大柔性的较弱的传动机构来说，弹簧52可以被相对少地预加载荷。在图6中，通过箭头E示出了在齿圈22的平移过程中块50a和垫40a之间滑动的大致方向。本领域的技术人员将会认识到，很多因素都对块50a相对垫40a平移时需要克服的预载荷有影响。可滑动表面之间的相对摩擦、斜面的倾斜度、弹簧预载荷等都可变化至由平移之前齿轮上的扭矩匹配或超过的预载荷水平。在一些实施方式中，弹簧预载荷将仅仅由各个部件的尺寸和公差确定。

转到图4，示出了根据本发明的另一种实施方式的齿轮传动装置120。与齿轮传动装置20类似，齿轮传动装置120包括毂子组件127以及具有齿圈122和齿圈内部环形部分124的齿圈子组件125。与齿轮传动装置20类似，齿圈子组件125能够响应于齿轮传动装置120上的扭矩相对于毂子组件127平移。均包括块140和弹簧152的多个致动器可设置在毂子组件127和齿圈子组件125之间。与齿轮传动装置20相反，块140并不相对于齿圈子组件125的任何部分滑动，而是弹簧152沿箭头B表示的与齿轮传动装置20的旋转轴线大致垂直的方向移动。

现在参照图5，示出了根据本发明的又一种实施方式的齿轮传动装置220。齿轮传动装置220与前述的实施方式类似，即外部齿圈224能够响应于齿轮传动装置220上的扭矩而相对于毂229平移。然而，图5的实施方式使用弹簧252而不是块，弹簧252围绕毂子组件229径向向外地取向并抵靠齿圈224的接触表面242。

参照图7，示出了发动机系统410，该发动机系统与发动机系统10的不同之处在于发动机411的传动机构更加接近直列式结构，并且包括另外的中间齿轮421。与图1的发动机系统10类似，传动机构411包括凸轮齿轮419和曲柄齿轮418以及空转齿轮传动装置420，该空转齿轮传动装置420具有能够响应于齿轮传动装置上的扭矩平移的齿圈(图7未示出)，使得齿圈的旋转轴线也在箭头B所示的方向上平移。还示出了齿圈旋转轴线的两个相对位置，O和O’，与图1所示的齿轮传动装置20的齿圈的不同轴向位置类似。空转齿轮传动装置420还不同于前述的实施方式，其中，并非齿圈固定成与毂一起旋转，而是齿圈能够围绕毂旋转，毂又固定到发动机412上。

现在转向图8，其示出了空转齿轮传动装置420的侧剖透视图。空转齿轮传动装置420包括围绕装配环424装配在环轴承423上的齿圈422。还设有通常能够固定装配到发动机412上的第一毂部分426a。第二毂部分426b可以固定到装配环424并能够相对于第一毂部分426a运动。第一部分426a和第二毂部分426b能够匹配并能够在抵靠位置和齿圈422与第一毂部分426a共轴对准的分离位置之间运动，如这里描述的。当齿轮传动装置420经历扭矩冲击时，第二毂部分426b、齿圈422、环轴承423和装配环424可全部作为一个单元相对于第一毂部分426a移动。在其他实施方式中，各个毂部分的功能可以颠倒。更进一步，齿轮传动装置420可包括两个以外的不同数量的毂部分。

齿轮传动装置420还设有至少一个致动器，该致动器能够将齿圈422向着与第一毂部分426a共轴对准偏置。所述至少一个致动器可包括两个液压致动的补偿活塞458。补偿活塞458可至少部分设置在第一毂部分426a内，并且还可各自包括暴露于由第一毂部分426a限定的第一和第二流体腔459的流体压力的压力表面457。补偿活塞458还可各自在套管456内运动，套管456固定到第二毂部分426b，例如被压在第二毂部分426b内。弹簧452可在内部，或者经由其他结构，设置在各压力补偿活塞458和套管456之间。因为从以下描述可以很清楚看到的理由，弹簧452可具有相对较软的弹簧比率或者弹簧常数，并且其与腔459的液压配合可允许齿圈422响应于齿轮传动装置420上的扭矩平移，但可将齿轮传动装置420与传动机构411的某些冲击频率动态隔离，所述冲击频率被认为是发动机412的操作过程中最有问题的。

可以从发动机系统410的液压系统，例如直接从发动机412的机体向齿轮传动装置420供应液压流体。为此，第一毂部分426a可包括至少一个(例如两个)流体入口460，其每一个与毂部分426a内的流体供应通路461连接。通路461又可经由入口单向阀490(例如簧片阀)与流体加压室478连接。室478可例如通过第二组套管480限定，该第二组套管固定到(例如被压到)毂部分426a。至少一个流体加压活塞(例如两个)能够移动地设置在套管480内并且被连接成与装配环424一起移动。因此，如这里描述的，当齿圈422及其相关的部件平移时，装配环424随齿圈422的平移将引起活塞482在他们各自的套管内来回移动。活塞482的移动将交替地经由阀490向室478内抽吸流体并经由连接到每个室478的流体出口463将流体从室478推出。流体出口463可经由流体压力通路462与每个腔459连接，从而允许向其供应被活塞482加压的流体。例如簧片阀的单向阀也可与出口463相联。每个腔459还包括流体出口468，例如第一毂部分426a内的环面，其连接到流体排放口470。如这里描述的，出口468可根据腔459内的流体压力和齿轮传动装置420上的载荷通过套管456交替打开和关闭。

参照图9，示出了根据另一种实施方式的内燃机510。内燃机510可包括发动机壳体512和装配到发动机壳体512上的传动机构511。传动机构511与这里描述的其他实施方式类似，但具有从以下描述可清楚看到的某些区别。传动机构511可包括曲柄齿轮518，该曲柄齿轮限定曲柄齿轮旋转轴线X₁并具有通过箭头P₁指示的旋转方向。一组部件驱动齿轮513可与曲柄齿轮518连接并能够通过曲柄齿轮518的旋转而旋转。可包括如这里进一步描述的柔性齿轮传动装置的空转齿轮520可与曲柄齿轮518连接并与其啮合。泵齿轮522可与空转齿轮520啮合并通过空转齿轮520的旋转而受驱动。凸轮齿轮519也可以与空转齿轮520啮合。凸轮齿轮519可限定凸轮齿轮旋转轴线Z₁。空转齿轮520可包括齿圈540，齿圈540装配在毂子组件530上并围绕其旋转。齿圈540可限定齿圈旋转轴线Y₁并能够响应于应用在齿圈540上的扭矩移动，以在传动机构511中提供柔性，如这里进一步描述的。箭头Q₁表示齿圈540平移的大致方向以及因此齿圈旋转轴线Y₁的移动方向。

在一种实施方式中，齿圈540可响应于对其应用的扭矩而在第一停止位置和第二停止位置之间移动，在第一停止位置，齿圈旋转轴线Y₁、曲柄齿轮旋转轴线X₁以及凸轮齿轮旋转轴线Z₁限定第一式样，在第二停止位置，齿圈旋转轴线Y₁、曲柄齿轮旋转轴线X₁以及凸轮齿轮旋转轴线Z₁限定不同于第一式样的第二式样。换句话说，当齿圈540响应于对其应用的扭矩平移时，齿圈旋转轴线Y₁可随着齿圈540从第一停止位置朝第二停止位置的移动而沿箭头Q₁指示的方向移动。齿圈540可被朝着第一停止位置偏置并能够克服偏置力朝着第二停止方向移动。在所示的实施方式中，通过箭头R₁表示偏置力的方向。在操作过程中，曲柄齿轮518的旋转可将扭矩传递给空转齿轮520，空转齿轮520又将扭矩传递给凸轮齿轮519。在某些情况下，与这里结合其他实施方式描述的那些类似，可从曲柄齿轮518和凸轮齿轮519的至少一个向空转齿轮520施加较高的扭矩或扭矩峰值。当向空转齿轮520施加的扭矩峰值的大小足以克服上面提到的偏置力时，齿圈540可克服偏置力而平移，以限制在曲柄齿轮518和凸轮齿轮519之间传递扭矩峰值。

因此，操作传动机构511可包括通过齿圈540处于第一停止位置的空转齿轮520而在曲柄齿轮518和凸轮齿轮519之间传递较低的第一扭矩。操作传动机构511还可包括至少部分通过使齿圈540响应于对其施加的第二扭矩朝第二停止位置移动而限制传递较高的第二扭矩。在所示的发动机实施方式中，曲柄齿轮518用作输入齿轮，凸轮齿轮519用作输出齿轮。应当认识到，在其他实施方式中，可在并非用于内燃机的传动机构中采用空转齿轮520，由此可使用不同类型的输入齿轮和不同类型的输出齿轮。

使齿圈540朝第一停止位置偏置可包括通过限定与齿圈旋转轴线Y₁垂直取向的偏置力方向的单向柔性机构542来偏置齿圈540。如这里使用的，术语“单向”柔性机构应当被理解为指允许齿圈540从例如第一停止位置的被偏置位置沿一个方向移动，但不允许齿圈540沿相反方向从被偏置位置移动的柔性机构。偏置力方向通过箭头R₁来表示。相应地，限制传递第二扭矩或扭矩峰值可包括通过沿与偏置力方向相反的方向移动齿圈540来限制传递第二扭矩或扭矩峰值。当扭矩峰值减小时，齿圈540可通过柔性机构542的偏置力返回第一停止位置。

由于所选的传动机构结构，单向柔性在例如传动机构511的传动机构中是合适的。气缸点火会使曲柄齿轮518加速，因此源于气缸点火的扭矩峰值会使空转齿轮520沿着与曲柄齿轮518的顺时针旋转方向相反的逆时针方向加速。燃料喷射会使凸轮齿轮519减速，因此，源于燃料喷射的扭矩峰值会使空转齿轮520减速。会使空转齿轮520加速的来自曲柄齿轮518的扭矩峰值将倾向于沿与柔性机构542的偏置力相反的方向向图9中的右侧促动空转齿轮520。类似地，来自凸轮齿轮519的扭矩峰值也倾向于向图9中的右侧促动空转齿轮520。如果来自曲柄齿轮518和凸轮齿轮519的扭矩峰值重叠，则空转齿轮520仍倾向于被向右促动。由于在传动机构511中空转齿轮520可能经历的大部分扭矩峰值或全部扭矩峰值将倾向于沿相同方向促动空转齿轮520，因此单向柔性提供了切实可行的执行策略。

柔性机构542可连接在适于将空转齿轮520装配到壳体512的毂子组件530的第一毂部件532和毂子组件530的第二毂部件538之间。第二毂部件538能够与齿圈540一起在第一停止位置和第二停止位置之间移动。相应地，齿圈540以及第二毂部件538均应当被理解为具有第一停止位置和第二停止位置。同样，齿圈旋转轴线Y₁也应被理解为具有第一停止位置和第二停止位置。

在所示的实施方式中，柔性机构542包括连接在第一毂部件532和第二毂部件538之间的弹簧部件544和垫部件546。操作传动机构511应当进一步被理解为包括通过垫部件546与第一毂部件532接触而使齿圈540停在第二停止位置，并通过第二毂部件538与第一毂部件532接触而使齿圈540停在第一停止位置。以下进一步描述柔性机构542的一种示例结构。

现在参照图11，示出了空转齿轮520的分解视图。如上面提到的，齿圈540能够围绕毂子组件530旋转。齿圈540可包括在第二毂部件538的外表面539上旋转的内表面537。第二毂部件538可包括限定空隙586的内表面584，第一毂部件532和柔性机构542的一部分被定位在空隙586中。可设置位于齿圈540和毂子组件540的第一轴向侧的盖板541和位于齿圈540和毂子组件530的第二轴向侧的背板553。在一种实施方式中，可设置一组定位螺栓545，这些螺栓穿过盖板541、穿过形成于第一毂部件532中的一组孔口547，还穿过形成于背板553中的一组孔口551。还可设置钉拴549，其配合在第一毂部件532中形成的孔口(未示出)内，还配合在背板553中形成的孔口555内。中心螺栓543还可穿过盖板541和空转齿轮520的其他部件，以将各个部件以组装好的状态连接在一起。还参照图12和13，其分别示出了空转齿轮520的后视图和正视图。在图12中，定位螺栓545以及钉拴549和中心螺栓543的端部被显示为延伸穿过背板553。在一种实施方式中，钉拴549可以如图12所示的从背板553突出并接收在形成于发动机壳体512中的孔中。接收中心螺栓543的装配孔也可形成在发动机壳体512中，使得空转齿轮520直接装配到其上且毂子组件530固定不能旋转。在图13中，定位螺栓545和中心螺栓543被显示处于穿过盖板541的组装好的结构。

第一毂部件532可包括前面534和背面536并可限定第一轴线F，第一轴线F延伸穿过第一毂部件532并垂直于前面534取向，第一轴线还可以垂直于背面536取向。第一毂部件532还可包括装配突起572和能够定位在空隙586中的块元件570，块元件包括前面534和背面536，装配突起572沿与第一轴线F大致对准的方向从背面536向外延伸。装配突起572可以是圆柱形并可接收在形成于背板553中的圆柱形孔口557中。还参照图14，示出了贯穿空转齿轮520的剖视图。可以回顾到齿圈540能够在第一停止位置和第二停止位置之间移动。在一种实施方式中，齿圈540可连接成与第二毂部件538一起在第一停止位置和第二停止位置之间移动，在第一停止位置，齿圈旋转轴线Y₁与第一轴线F共线，在第二停止位置，齿圈旋转轴线Y₁与第一轴线F平行但不共线。第二毂部件538相对于第一毂部件532在第一停止位置和第二停止位置之间的移动可沿垂直于第一轴线F的平移方向发生。如上面讨论的，柔性机构542可将齿圈540朝着齿圈旋转方向Y₁和第一轴线F共线的第一停止位置偏置。

如上面提到的，柔性机构542可包括弹簧部件544和与弹簧部件544分离的垫部件546。垫部件546可将弹簧部件544的偏置力沿垂直于第一轴线F的偏置力方向传递给第二毂部件538。在一种实施方式中，弹簧部件544可包括限定第一纵向弹簧轴线G₁的第一螺旋弹簧550和限定第二纵向弹簧轴线G₂的第二螺旋弹簧552。纵向弹簧轴线G₁和纵向弹簧轴线G₂可相互平行但不共线地取向。在其他实施方式中，可以使用非平行的螺旋弹簧、单个螺旋弹簧或一些其它弹簧或偏置结构。第一螺旋弹簧550和第二螺旋弹簧552均可分别包括内侧弹簧端部554a和554b。每个螺旋弹簧550和552还可分别包括外侧弹簧端部556a和556b。第一毂部件532可限定接收第一螺旋弹簧550的内侧弹簧端部554a的第一弹簧孔558a。第一毂部件532还可限定接收第二螺旋弹簧552的内侧弹簧端部554b的第二弹簧孔558b。垫部件546可限定接收第一螺旋弹簧550的外侧弹簧端部的第三弹簧孔560a和接收第二螺旋弹簧552的外侧弹簧端部的第四弹簧孔560b。第一弹簧孔558a可与第三弹簧孔560a共轴，第二弹簧孔558b可与第四弹簧孔560b共轴。

图11和14还示出了空转齿轮520的一些特征，通过这些特征引导第二毂部件538相对于第一毂部件532在第一停止位置和第二停止位置之间的移动。第一毂部件532还可包括在前面534和背面536之间延伸的外部周面574。外部周面574可包括第一外部引导表面576、第二外部引导表面578、第一外侧端面580和第二外侧端面582。第二毂部件538的内表面584可包括抵靠第一外部引导表面576的第一内部引导表面588和抵靠第二外部引导表面578的第二内部引导表面590。当第二毂部件538随齿圈540相对于第一毂部件532移动时，引导表面588和576之间的相互作用、引导表面590和578之间的相互作用可以引导第二毂部件538相对于第一毂部件532的移动。引导表面588和576以及引导表面590和578之间的界面可以是经润滑的界面。为此，第一毂部件559可限定例如与发动机510的供油系统连通的油路，该供油系统向毂子组件530的内部部件供应润滑油。在操作过程中，油可以从供油通路559流向空转齿轮520的各个部件并在其各个部件之间流动。通过通路559供应的油在垫部件546和第一毂部件532之间以及第一毂部件532和第二毂部件538之间提供油膜，可以对硬停止在第一停止位置和第二停止位置提供一些保护。第二油路561由第二毂部件538限定并能够向齿圈540的内表面537和第二毂部件538的外表面539之间的旋转界面供油。

在图14中，显示了在第二毂部件538和齿圈540处于齿圈旋转轴线Y₁和第一轴线F共线的第一停止位置时空转齿轮520可能出现的大致情况。当向齿圈540施加足以克服柔性机构544的偏置力的扭矩时，齿圈540、毂部件538和垫部件546可克服柔性机构542的偏置力而向图14中所示的右侧平移。如上面解释的，使第二毂部件538、齿圈540和垫部件546响应于齿圈540上的扭矩平移能够使齿圈旋转轴线Y₁沿垂直于第一轴线F的方向朝第二停止位置移动。在第一停止位置(可以是第一机械停止位置)，第二毂部件538相对于第一毂部件532沿向图14中的左侧的第一方向的行程通过第一外部端面580和第二毂部件538的内表面584之间的接触受到限制。第一外部端面580和内表面584在图14中被显示为彼此抵靠。在第一停止位置，在垫部件546和第一毂部件532的第二外部端面582之间存在间隙563。

第二停止位置(可以是第二机械停止位置)通过第二外部端面582和垫部件546之间的接触限制第二毂部件538相对于第一毂部件532沿向图14中的右侧的第二方向的行程。因此，当第二毂部件538位于第二停止位置时，垫部件546接触第二外部端面582且间隙563闭合。在第二停止位置，第一外部端面580和第二毂部件538的内表面584之间可存在第二间隙(未示出)。因此，可以认识到，至少在一些实施方式中，垫部件在第二停止位置接触第一毂部件532，但在第一停止位置并不接触第一毂部件532。齿圈中心轴线Y₁能够随第二毂部件538在第一停止位置和第二停止位置之间移动一行程距离。在某些实施方式中，该行程距离可以较小，且可以小于大约2毫米。在一些实施方式中，行程距离可小于1毫米。齿圈540的较小的行程连同这里描述的机械停止位置可确保在齿圈540平移时曲柄齿轮518和凸轮齿轮519之间的相对正时改变保持在可接受公差内。在其他实施方式中，根据特定的应用可以使用较大的行程距离。从图14进一步注意到，弹簧部件544可保持压缩在垫部件546和第一毂部件532之间。当第二毂部件538从第一停止位置朝第二停止位置移动时，弹簧部件544可被进一步压缩。相应地，弹簧部件544的第一螺旋弹簧550和第二螺旋弹簧552可在第一停止位置具有较大的弹簧长度而在第二停止位置具有较小的弹簧长度。

回到图9，可以注意到曲柄齿轮旋转轴线X₁和凸轮齿轮旋转轴线Z₁位于一平面内并限定所述平面。当齿圈540响应于对其应用的扭矩而朝第二停止位置平移时，齿圈旋转轴线Y₁可沿垂直于由轴线X₁和Z₁限定的平面的方向移动。应当认识到，传动机构511仅示出了空转齿轮520和这里描述的其他柔性齿轮传动装置可以应用的很多可能的传动机构结构中的一种。转到图10，示出了具有不同结构的传动机构611，该传动机构611采用具有与空转齿轮520类似特征但以不同方式操作和构造的空转齿轮620。传动机构611包括沿箭头S₁显示的方向旋转的曲柄齿轮618、限定旋转轴线Z₂的凸轮齿轮619以及与曲柄齿轮618啮合并沿箭头S₂显示的方向旋转的空转齿轮621。传动机构611还可包括限定旋转轴线T并沿箭头S₃显示的方向旋转的第三空转齿轮623。空转齿轮620可包括齿圈640，齿圈640装配在毂子组件630上并围绕其旋转，毂子组件630包括第一毂部件632和第二毂部件638。还参照图15，空转齿轮620可包括柔性机构642，其具有与上面描述的柔性机构542类似的结构并包括弹簧部件644和垫部件646。在传动机构611中，第二空转齿轮621与曲柄齿轮618啮合，且第三空转齿轮623与第二空转齿轮621啮合并与第一空转齿轮620啮合。第三空转齿轮623限定的旋转轴线T和凸轮齿轮619限定的旋转轴线Z₂可限定一平面。齿圈旋转轴线Y₂能够随第二毂部件638沿垂直于轴线T和Z₂限定的平面的方向在第一停止位置和第二停止位置之间移动。

现在参照图15，其显示了空转齿轮620的分解视图。空转齿轮620使用的某些部件可与空转齿轮520使用的部件类似或相同。空转齿轮620和空转齿轮520之间的一个区别涉及空转齿轮620的装配方式。图15示出了支撑元件612，其包括后侧部分613和从后侧部分613向外突出的前侧部分615。支撑元件612可用于将空转齿轮620装配到发动机壳体或者另一基底上。支撑元件612可进一步包括位于后侧部分613中的一组孔口673a-c，这些孔口各自接收紧固组件671a-e。除了孔口673a-c，可在支撑元件612中形成与紧固组件671a-e对应的另外的孔口，这些在图15中被遮住而不可见。在一种实施方式中，孔口673a-c可包括非圆形的形状，且在一种实施方式中可具有椭圆形形状。紧固组件671a-c均可包括穿过对应的一个孔口673a-c的紧固件，以将支撑元件612经由螺栓连接到发动机壳体、其他基底上等。孔口673a-c的非圆形形状可允许改变紧固组件671a-c相对于支撑元件612的位置，从而可以相对于相关传动机构的其他齿轮调节空转齿轮620的位置。这在例如将传动机构611的各个部件从服务状态移除、各个部件已经发生磨损、以及传动机构的各个部件相对彼此的原始定位不再是最佳的情况下是希望的。此外，当传动机构611和相关的发动机从服务状态移除用于改制时可以加工发动机头(未示出)。加工发动机头可改变其尺寸，并由此改变传动机构611中某些齿轮之间的距离。通常，通过调节空转齿轮620而不是例如曲柄齿轮618和凸轮齿轮619的其他齿轮，能够更加容易地补偿磨损或改制对传动机构的构型引起的变化。因此，可以改变空转齿轮620的装配位置，以允许通过改变紧固组件671a-d相对于孔口673a-d的相对定位而使传动机构611的某些部件的相对定位最优。

空转齿轮620还可包括具有其中形成背板孔口657的背板，其被成形为与第一毂部件632互补并能够围绕第一毂部件632定位。定位切口655可形成在背板653中，以帮助相对于支撑元件612定位背板653。切口655可接收紧固组件671d以使背板653相对于支撑元件612定位在希望取向上。图16示出了空转齿轮620以希望的取向组装并装配到支撑元件612上。一组装配螺栓645a-c可穿过盖板641、穿过第一毂部件632中形成的孔口647并接收在支撑元件612中形成的孔口651中，从而将空转齿轮620的各个部件连接到一起。

参照图17，示出了贯穿处于组装阶段的空转齿轮520的某些部件的剖视图，部件可出现在包括轴线G₁或G₂的任一个的截取平面上。如上面讨论的，当组装在空转齿轮520中时，弹簧550和552可保持在压缩状态。因此，希望一种利用压缩状态的弹簧550和552将柔性机构542加载到第一毂部件532和第二毂部件538之间的使用位置的机制或策略。还参照图14，第一毂部件532可限定一组组装孔，包括第一沉孔562a和第二沉孔562b。第一沉孔562a与第一弹簧孔558a连通并共轴，第二沉孔562b与第二弹簧孔558b连通并共轴。垫部件546限定第二组组装孔，包括与第三弹簧孔560a连通并共轴的第一螺纹孔564a和与第四弹簧孔560b连通并共轴的第二螺纹孔564b。第一螺纹孔564a可包括第一组内螺纹566a且第二螺纹孔564b可包括第二组内螺纹566b。在组装空转齿轮520的过程中，内螺纹组566a和566b均适于通过第一沉孔562a和第二沉孔562b中对应的一个用螺纹锚固接收在其中的紧固件568来压缩垫部件546和第一壳体部分532之间的弹簧部件544。将会认识到，图17中对单个紧固件568的图示和目前的描述也能够应用于第二紧固件，但由于特定的截取平面仅示出了一个紧固件。相应地，图17可以被理解为显示出了弹簧550或552，沉孔562a或562b。

在图17中，紧固件568被显示为穿过上面描述的孔并用螺旋锚固在垫部件546中。沿第一方向旋转紧固件568以与螺纹566a或566b接合将被理解为向着第一毂部件532拉动垫部件546，使得弹簧部件544被压缩。沿第二方向旋转紧固件568将被理解为允许弹簧部件544解压，迫使垫部件546远离第一毂部件532。从图14可以注意到，第二毂部件538限定又一组孔，每个均标为565，其对准沉孔562a和562b。在组装过程中，一组的两个紧固件(包括图17中示出的单个紧固件568)可锚固在各螺纹孔564a和564b中，然后旋转以向着第一毂部件532拉动垫部件546，压缩弹簧部件544的每一个弹簧550和552。接着可通过将由第一毂部件532、垫部件546、弹簧部件544以及包括紧固件568的两个紧固件构成的子组件放置在空隙584内而将其与第二毂部件538连接。然后可经孔565接近并除去用来将垫部件546拉靠在第一毂部件532的紧固件，从而允许弹簧部件544的偏置力迫使垫部件546远离第一毂部件532。齿圈540然后可定位在毂子组件530上，并将空转齿轮520的其他部件与其组装。类似的组装技术和组装孔等可用于空转齿轮620。

工业实用性

回到图2、3a-b和6的实施方式，在正常的传动机构操作过程中，齿轮传动装置20将旋转以将扭矩从曲柄齿轮18传递到凸轮齿轮19，从而保持希望的发动机正时，使得燃料喷射和例如气门打开和关闭能够在希望的时间发生。在持续的操作过程中，曲柄齿轮18和/或凸轮齿轮19将受到传递至齿轮传动装置20的冲击扭矩载荷。弹簧52的预载荷将通常保持传动机构11相对刚性，仅仅允许在齿轮传动装置20受到超过预定大小的扭矩载荷时借助齿圈22的平移而具有柔性性。当足够的载荷(或者独立来自于曲柄齿轮18或凸轮齿轮19，或者同时来自于两者)施加于齿轮传动装置20时，齿圈22可开始移动，脱离与毂26的共轴。特别参照图6，齿圈22的平移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。随着垫40a和块50a相对彼此滑动，弹簧52将被压缩。应当认识到，在齿轮传动装置20中彼此相对设置的垫和块的组合会沿相反的相对方向滑动。当扭矩冲击停止，或者弹簧52到达不能被进一步压缩的状态，或者例如止动件(未示出)的一些机械限制件使齿圈22停止其远离与毂26共轴对准的平移时，齿圈22的平移将停止。在任何情况下，当不再向齿圈22施加足够大小的扭矩时，齿圈将借助一个或多个弹簧52的扩张朝与毂26共轴对准返回。尽管绝对不意味着限制，但齿圈22相对于毂26的平移距离可以相对较小，例如大约0.60毫米。在一些例子中，该相对较小的平移距离可与发动机系统10中的大约0.52度的曲柄角对应。

齿轮传动装置21，特别是关于图2、3a、3b和6描述的，提供了能够相对容易制造、组装和封装的相对紧凑的组件。而且，弹簧和块致动器关于该组件的对称布置以及垫和块的倾斜面之间的相互作用提供了能够响应于齿轮传动装置上的扭矩平移，而不会倾斜出其与传动机构的其他齿轮对准的预期平面。而且，尽管可以想到平移的方向主要是图1中箭头A示出的方向，但齿圈22可沿任意方向平移。

还应当认识到，齿轮传动装置20的特定布置和部件数量可以进行显著改变，而不脱离本发明预期的精神和范围。例如，代替毂和齿圈能够一起旋转，可以想到在一些实施方式中，中间毂相对于发动机壳体固定，且齿圈组件围绕中间毂旋转，并利用毂和齿圈之间的至少一个致动器朝着共轴对准偏置。而且，可以使用一件式毂而不是两件式毂，并且可以添加例如空载止推板的各种附加部件。类似地，代替通过螺栓连接或者以其他方式固定到齿圈内部环形部分上的单独的垫，而内部环形部分又连接到外部齿的齿圈上，可以使用一件式部件。在又一种设计中(未示出)，代替与齿轮传动装置的旋转轴线对准的块和弹簧，可以仅使用弹簧，其从齿轮传动装置旋转轴线略微向外取向并抵靠相对于齿轮传动装置旋转轴线倾斜取向的齿圈或齿轮传动装置的表面。这种设计可以以类似于齿轮传动装置20的方式操作，但使用相对较少的部件。

除了几处例外之外，图4和5显示的实施方式以与齿轮传动装置20类似的方式运行。例如，在图4的齿轮传动装置120和图5的齿轮传动装置220中，当各自的齿圈载扭矩的作用下平移时，弹簧152和252将在部件之间没有相互滑动作用下压缩，然后扩张以使部件朝共轴对准返回。

尽管图8的实施方式具有某些相同的操作原理，但在若干方面还是不同于前面提到的实施方式。在操作过程中，齿圈422将在轴承423上围绕毂部分426a和426b旋转。齿圈422将被朝着与第一毂部分426a共轴对准偏置，但在足够大的扭矩施加到齿圈422时将从与第一毂部分426a共轴对准的状态平移。借助液压力对弹簧452的预加载可对应于齿轮传动装置420上较强的载荷为平移位移提供较高的阈值。当齿圈422平移时，其又迫使轴承423、装配环424和第二毂部分426b与其一起移动。图8中所示，第二毂部分426b克服弹簧452偏置的移动将引起最左侧的流体加压活塞482对室478中的流体加压并向腔459供应加压流体，增加或保持其中的流体压力，并因此通过压力表面457施加液压力以预加载弹簧452。同时，图8中最右侧的流体加压活塞482将通过阀490将流体吸入腔478中。当齿圈422由于弹簧452的偏置而朝与第一毂部分426a共轴对准返回时，流体加压活塞482的操作可以颠倒。以此方式，齿圈422的平移可保持腔459中的流体压力，流体压力又提供合适的偏置力，以使齿圈422朝其希望位置偏置。随着腔459中的流体压力增加，毂部分426a和426b将倾向于被朝着完全分离的位置迫动。因此，增加腔459中的流体压力使套管456移动到未覆盖环面468的位置，且流体可流向排放口470。这样，来自腔459中的流体压力对弹簧452的预加载可保持在希望的范围内，并且在降低时也会恢复。

齿轮传动装置420可被构造成由于一侧上的特定载荷而相对快地平移，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，齿轮传动装置420允许曲轴齿轮419和/或凸轮机构418经历通过传动机构彼此间的相互作用力与传统方案相比大大地降低了的各自动态振荡。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的惯性适应载荷，而不产生巨大反冲以及其它不利反应。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可具有固有频率，即一个毂部分相对另一个平移的频率，该频率有效地追踪齿轮418和419输出的频率。然而，由于弹簧452的较弱的弹簧比率，弹簧452能够适应较快的位移，而齿轮传动装置420的部件基本不会在来自弹簧452的支持力的短暂变化下显著移动。换句话说，在给定的弹簧比率下，弹簧452能够适应强的冲击载荷，而不要求齿轮传动装置420的其他部件有很大移动。这允许毂部分426a和426b之间的少量平移，以适应相对较大的载荷。

因此，齿轮传动装置420的作用可以是相对轻且响应性好的空转齿轮，其能够适应其他齿轮的运动和冲击，而不会在传动机构411中传递有问题的冲击。结果，在齿轮传动装置中传递的稳态或者“正常”载荷可以是从曲柄齿轮418向凸轮齿轮419传递足够能量以将凸轮齿轮419的速度保持在希望速度所需要的载荷。

此外，通过活塞458施加预载荷提供了足够的弹簧力，以按照预期偏置齿轮传动装置420，并在不希望平移时限制在载荷的作用下毂部分426a和426b之间的平移。弹簧452的预加载可引起对齿轮传动装置420的例如大约150牛顿米的扭矩预载荷，尽管在其他发动机和齿轮系统中该值可以不同。经过削去来自相关凸轮轴和曲柄轴的高脉冲扭矩的峰值，弹簧452的相对弱的弹簧比率结合他们的预载荷提供的足够的反作用力允许更加稳定的转矩通过传动机构411。而且，借助来自腔459的作用在活塞458上的力提供足够弹簧力需要的液压力由活塞482的泵送动作来提供。以此方式，齿轮传动装置420利用传递到活塞482的齿圈22的平移动作自我补偿，以提供使齿圈422能够在其响应于冲击载荷而平移后朝其希望的共轴位置返回的偏置力。

因此，齿轮传动装置420通常被构造成响应于动态载荷频率相对自由地平移，在需要时在传动机构411中提供柔性，但液压将允许在与平均载荷相关的频率抵消位移，从而允许这些载荷传递通过齿轮传动装置420。换句话说，希望的扭矩可容易地在齿轮传动装置420中传递，而不希望的扭矩则不容易传递。还可以进一步想到齿轮传动装置420的设计在现存的封装限制中实施，且利用液压力来预加载弹簧452消除了在组件内定位高度压缩的弹簧的需要。然而，在其他实施方式中，可以省去液压补偿部件和用于弹簧452的一些其他类型的预加载。

空转齿轮520和空转齿轮620可以以与这里描述的其他实施方式类似但具有某些不同的方式操作，以缓和和/或削弱扭矩波动/峰值。与图8的实施方式类似，齿圈旋转轴线Y₁和Y₂可在第一停止位置和第二停止位置之间平移，并可被朝着第一停止位置偏置。代替利用弹簧和液压预载荷的预加载机构，如在图8的实施方式中使用的，柔性机构542和642的预加载可不包括液压加载。因此，通常不会借助空转齿轮520和620的移动对液压流体发生泵送。而且，可在空转齿轮520和620中使用比其他实施方式总数更少的部件的更加紧凑的设计。空转齿轮520和620的组件还可不同于这里描述的其他实施方式以及更早的设计，并可以具有相对少的组装步骤。对较硬的弹簧预加载到通常几百磅的高预载荷会产生一定的挑战。可以从这里对组装空转齿轮520的描述注意到，不需要为了获得对弹簧部件544的期望预载荷和将预载荷状态的柔性机构542与空转齿轮520的其他部件组装而使用特别的工具、固定装置或其他笨重和/或昂贵或耗时的技术。

因此，本发明为能够通过平移来削弱冲击载荷的齿轮传动装置提供了各种设计。这与旨在类似目标的利用转动柔性的传统策略相反。本发明还与致力于处理接近振荡源(即发动机传动机构环境中的凸轮齿轮和曲柄齿轮)的动态行为的更早设计不同。许多传统的传动机构往往开始时候刚性很大，因此，齿轮在齿轮之间的啮合力方向上平移相对合适的量会通过削弱轮齿之间能量的传递而显著降低齿轮齿处的峰值力水平。在根据本发明设计和操作的系统中，齿轮敲击、噪声以及对传动机构的相关磨损和破坏都降低了。传动机构中的峰值扭矩和整体动态行为也显著降低了，并且轮齿彼此可更好地保持啮合。在一些实施方式中，现有的传动机构可以按照本发明的柔性齿轮传动装置来改进。此外，可以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，并且无论如何都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背景下所述柔性齿轮传动装置的使用，但这并不是对本发明的限制。希望在啮合的齿轮之间存在某种柔性的任何齿轮系统都会得益于本发明的教导。另外，虽然在曲轴齿轮和凸轮机构之间保持正时在内燃机背景下往往比较重要，且因此认为柔性齿轮传动装置能够应用到具有一定传动机构构造的发动机，但是，不应当认为这里的描述是用来将此处教导限制应用于特定的传动机构样式。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 (14)

1.一种柔性齿轮传动装置，包括：

毂子组件，其包括能够将柔性齿轮传动装置装配到支撑元件的第一毂部件，所述第一毂部件包括前面和背面并限定延伸穿过所述第一毂部件并垂直于所述前面取向的第一轴线，所述毂子组件还包括能够相对于所述第一毂部件沿垂直于所述第一轴线的方向在第一停止位置和第二停止位置之间移动的第二毂部件；

齿圈，其装配在所述毂子组件上并能够相对于毂子组件旋转，所述齿圈限定齿圈旋转轴线并连接成随第二毂部件一起在第一停止位置和第二停止位置之间移动，其中，在所述第一停止位置，所述齿圈旋转轴线与所述第一轴线共线，在所述第二停止位置，所述齿圈旋转轴线与所述第一轴线平行但不共线；和

柔性机构，其连接在所述第一毂部件和所述第二毂部件之间并包括垫部件、第一螺旋弹簧和第二螺旋弹簧，所述柔性机构将所述第二毂部件朝着所述第一停止位置偏置；所述第一螺旋弹簧和所述第二螺旋弹簧均包括内侧弹簧端部和外侧弹簧端部；所述第一毂部件限定接收所述第一螺旋弹簧的内侧弹簧端部的第一弹簧孔和接收所述第二螺旋弹簧的内侧弹簧端部的第二弹簧孔；每个所述外侧弹簧端部接触所述垫部件，使得所述垫部件将所述第一螺旋弹簧和第二螺旋弹簧的偏置力传递到所述第二毂部件。

2.根据权利要求1所述的柔性齿轮传动装置，其中，所述垫部件限定接收所述第一螺旋弹簧的外侧弹簧端部的第三弹簧孔和接收所述第二螺旋弹簧的外侧弹簧端部的第四弹簧孔，并将所述偏置力沿垂直于所述第一轴线的偏置力方向传递。

3.根据权利要求2所述的柔性齿轮传动装置，其中，所述垫部件在所述第二停止位置与所述第一毂部件接触而在所述第一停止位置不与所述第一毂部件接触。

4.根据权利要求3所述的柔性齿轮传动装置，其中，所述齿圈旋转轴线能够响应于对所述齿圈施加的扭矩而与所述第二毂部件一起在所述第一停止位置和所述第二停止位置之间移动一行程距离，并且所述行程距离小于2毫米。

5.根据权利要求3所述的柔性齿轮传动装置，其中，所述第一螺旋弹簧限定第一纵向弹簧轴线并且所述第二螺旋弹簧限定第二纵向弹簧轴线，并且所述第一纵向弹簧轴线和所述第二纵向弹簧轴线彼此平行但不共线地取向。

6.根据权利要求2所述的柔性齿轮传动装置，其中：

所述第一毂部件包括具有前面和背面的块元件，以及从所述块元件的背面沿与所述第一轴线对准的方向延伸的装配突起，所述第一毂部件还具有在所述前面和所述背面之间延伸的外部周面，其包括第一外部引导表面、第二外部引导表面、第一外部端面以及第二外部端面；

所述第二毂部件包括限定空隙的内表面，所述块元件和所述柔性机构设置在所述空隙中，所述内表面包括抵靠所述第一外部引导表面的第一内部引导表面和抵靠所述第二外部引导表面的第二内部引导表面；和

所述第一停止位置是第一机械停止位置，其通过所述第一外部端面和所述第二毂部件的内表面之间的接触限制所述第二毂部件相对于所述第一毂部件沿第一方向的行程，所述第二停止位置是第二机械停止位置，其通过所述第二外部端面和所述垫部件之间的接触限制所述第二毂部件相对于所述第一毂部件沿第二方向的行程。

7.一种内燃机，包括：

发动机壳体；

传动机构，其装配到所述发动机壳体上并包括曲柄齿轮、凸轮齿轮以及连接在所述曲柄齿轮和所述凸轮齿轮之间并能够在两者之间传递扭矩的空转齿轮；

所述空转齿轮包括第一毂部件，所述第一毂部件将所述空转齿轮装配到所述发动机壳体上并包括前面和背面，而且限定延伸穿过所述第一毂部件并垂直于所述前面取向的第一轴线，所述空转齿轮还包括能够沿垂直于所述第一轴线的方向在第一停止位置和第二停止位置之间移动的第二毂部件，以及限定齿圈旋转轴线的齿圈；和

所述齿圈连接成随所述第二毂部件一起在所述第一停止位置和所述第二停止位置之间移动，其中，在所述第一停止位置，所述齿圈旋转轴线与所述第一轴线共线，在所述第二停止位置，所述齿圈旋转轴线与所述第一轴线平行但不共线，所述空转齿轮还包括连接在所述第一毂部件和所述第二毂部件之间的柔性机构，所述柔性机构包括垫部件、第一螺旋弹簧和第二螺旋弹簧，所述柔性机构将所述第二毂部件朝着所述第一停止位置偏置；所述第一螺旋弹簧和所述第二螺旋弹簧均包括内侧弹簧端部和外侧弹簧端部；所述第一毂部件限定接收所述第一螺旋弹簧的内侧弹簧端部的第一弹簧孔和接收所述第二螺旋弹簧的内侧弹簧端部的第二弹簧孔；每个所述外侧弹簧端部接触所述垫部件，使得所述垫部件将所述第一螺旋弹簧和第二螺旋弹簧的偏置力传递到所述第二毂部件。

8.根据权利要求7所述的内燃机，其中，所述第二毂部件包括限定空隙的内表面，所述第一毂部件、所述第一螺旋弹簧和第二螺旋弹簧以及所述垫部件设置在所述空隙中。

9.根据权利要求8所述的内燃机，其中，所述第一停止位置是第一机械停止位置，其通过所述第一毂部件和所述第二毂部件的内表面之间的接触限制所述第二毂部件相对于所述第一毂部件沿第一方向的行程，所述第二停止位置是第二机械停止位置，其通过所述第一毂部件和所述垫部件之间的接触限制所述第二毂部件相对于所述第一毂部件沿第二方向的行程。

10.根据权利要求8所述的内燃机，其中，所述第一螺旋弹簧和第二螺旋弹簧在所述第一停止位置具有较大的弹簧长度而在所述第二停止位置具有较小的弹簧长度。

11.根据权利要求10所述的内燃机，其中，所述第一螺旋弹簧限定第一纵向弹簧轴线并且所述第二螺旋弹簧限定与所述第一纵向弹簧轴线平行但不共线的第二纵向弹簧轴线，并且所述第一纵向弹簧轴线和所述第二纵向弹簧轴线均具有垂直于所述第一轴线的取向。

12.根据权利要求7所述的内燃机，其中，所述曲柄齿轮限定曲柄齿轮旋转轴线，所述凸轮齿轮限定凸轮齿轮旋转轴线，所述曲柄齿轮旋转轴线和所述凸轮齿轮旋转轴线限定一平面，并且所述齿圈旋转轴线能够随所述第二毂部件沿垂直于该平面的方向在所述第一停止位置和所述第二停止位置之间移动。

13.根据权利要求12所述的内燃机，其中，所述空转齿轮与所述曲柄齿轮和所述凸轮齿轮啮合。

14.根据权利要求7所述的内燃机，其中，所述空转齿轮包括第一空转齿轮，所述传动机构还包括与所述曲柄齿轮啮合的第二空转齿轮以及与所述第二空转齿轮和所述第一空转齿轮啮合的第三空转齿轮，其中，所述第三空转齿轮限定第三空转齿轮旋转轴线，所述凸轮齿轮限定凸轮齿轮旋转轴线，所述第三空转齿轮旋转轴线和所述凸轮齿轮旋转轴线限定一平面，所述齿圈旋转轴线能够随所述第二毂部件沿垂直于该平面的方向在所述第一停止位置和所述第二停止位置之间移动。

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