CN103867645A - 低摩擦铰接套筒链 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低摩擦铰接套筒链。本发明涉及一种铰接套筒链，其包括借助于链接头交替地连接于彼此的内链节和外链节，内链节包括至少一个内板和两个联结套筒，而外链节包括至少两个外板和使该至少两个外板互连的两个联结销，每个链接头由内链节的联结套筒和外链节的联结销限定，并且链接头构造为摇杆接头，其中，联结销的摇动表面在接头移动期间在联结套筒的凸起内摇杆轮廓上滚动。联结销的摇动表面具有比根据给定的公式计算到的极限值大的摇动半径。因此，防止了联结销的摇动表面在联结套筒的摇杆轮廓上滑动。此外，本发明涉及一种讨论中的类型的链传动件。

Description

低摩擦铰接套筒链

技术领域

本发明涉及一种铰接套筒链，其包括借助于链接头交替地连接于彼此的内链节和外链节，内链节包括至少一个内板和两个联结套筒，而外链节包括至少两个外板和使该至少两个外板互连的两个联结销，每个链接头由内链节的联结套筒和外链节的联结销限定，并且链接头构造为摇杆接头，其中，联结销的摇动表面在接头移动期间在联结套筒的凸起内摇杆轮廓上滚动。

背景技术

例如，从US 5176587中知道了这种铰接套筒链。这种铰接套筒链主要旨在用于例如内燃机的定时链传动件中。这种链传动件在极端负载条件下操作，并且因此经受显著磨损和较高的动态负载。所描述的链包括交替的内链节和外链节。内链节由通过两个间隔开的联结套筒互连的两个平行的内板构成。联结套筒在其一侧变形，以使它们在截面上为肾形的，由此方向向内的凸起摇杆轮廓形成在内侧。每个外链节由借助于两个间隔开的联结销互连的两个间隔开的外板构成。这些联结销中的每一个延伸穿过相邻内链节的联结套筒的开口，并且具有大致偏离圆形形状的截面，并且该截面具有凸起的摇杆形状。联结销的摇动表面与相关联的联结套筒的摇杆轮廓接触。在链的枢转期间，尤其是在与链轮接合和脱离期间，摇动表面在此处旨在于摇杆轮廓上滚动。这种摇杆接头引起显著小于具有圆柱形联结销和联结套筒的常规铰接链的摩擦。然而，这种铰接套筒链到现在为止还只是理论，并且在定时链传动件的实践中还未实现这些铰接套筒链中的任一个。其原因在于，尽管理论上的摩擦功率更低，但是这种链的使用寿命证明是不够的。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种开头指定的类型的铰接套筒链，该铰接套筒链具有改进的使用寿命。

本发明通过设置具有大于根据以下公式计算到的极限值G的摇动半径的联结销的摇动表面而实现了讨论中的类型的铰接套筒链的该目的：

其中，R_bushing对应于以毫米为单位的套筒滚动半径，

z对应于具有≤24的值的整数，

P_ol代表P_{outer chain link}，对应于以毫米为单位的外链节的节距，并且

μ_sf代表μ_{static friction}，对应于联结销和联结套筒的静摩擦系数。

发明人发现，由联结套筒和联结销构成的摇杆接头原理上可引起摩擦的显著减小，但是尤其是如果使用了具有相对小的齿数的链轮，并且这种链轮用于定时链传动件中为很普通的，则出现了至今未被发现的影响。由于链移入与链轮的接合的事实，故前面的链节相对于随后的链节枢转。当在彼此上滚动的两个凸起的摇杆接头区域具有常规结构设计时，将产生横向力，在最坏的情况下(即，当超过静摩擦极限值时)，该横向力引起联结销相对于联结套筒的滑动。发明人还发现，联结销的摇动表面的半径和联结套筒的摇杆轮廓的半径为非常重要的。不用说，联结销材料和联结套筒材料的组合也是找出静摩擦系数表达式的重要情形。此外，该公式经由外链节的节距P_ol考虑了接触点相对于该节距P_ol的迁移。至于设计，由于套筒由于其内部轮廓而经受更大限制，故相对于联结销的摇动半径存在最宽的范围。测试显示出联结销的摇动表面应构造成使得其具有最大的可能摇动半径，该最大的可能摇动半径一般大致大于至今已知的、经常使用的这种联结销的摇动半径。由于特别大的半径(正的或负的)证明是有利的事实，故尤其是联结销的摇动表面的笔直形状(即，摇动半径∞)将适合作为特殊形式。该特殊形式原理上已经从EP 0563362 B1中知道用于其它链类型和没有联结套筒的摇杆接头构造。然而，那里所描述的链构造为齿链，其被认为是已经改进到两个联结销在彼此上滚动的程度，不再使用用于之前形式的这种齿链中的两个联结销，而是一个联结区域现在由板的开口限定，而另一个由联结销限定。针对在没有第二联结销的情况下产生新型摇杆接头的US 5176587从类似的情形开始。尽管EP 0563362 B1涉及用于定时传动件中以作为用途的可能情况中的至少一种，但是用于具有≤24的齿数的链传动件的这种链的用途实际上为未知的。目前为止，还没有认识到可由联结销相对于联结套筒的滑动引起的负面影响，这是因为实际上，在具有相对大的齿数的链轮方面，该影响完全没有出现。

根据本发明，当适合于影响因素的更大半径用于联结销的摇动表面时，将防止联结销在联结套筒上滑动，由此将显著地减小摩擦功率，这还将引起磨损的显著减小。与具有圆柱形联结销和圆柱形联结套筒的相等大小的套筒链相比，摩擦功率可至少以因数5减小。与US 5176587中示出的类型的铰接套筒链相比，在将发生侧向滑动的情况下，仍可能以近似2.5的因数减小。这些值显示，根据本发明的实施例具有以数量级节省的巨大潜力，现今这可在汽车领域和相关内燃机中进行的开发中仅很少地实现。

接下来，再进一步说，在此处还应指出的是，套筒链还可构造为滚子链，其中，联结套筒具有附加地布置在其上的可旋转地支承的滚子。摇动半径使用的值优选为正值，然而，略微凹入的形状(当半径为负的时)也将工作。仅必要的是，套筒的摇动半径和滚动半径在此处设置成参与接头的移动的相应联结表面区域中的指定大小。还可想象的是，只要考虑了有效的区中的极限值，则套筒的摇动半径值和滚动半径值改变。尤其是在联结销的摇动表面的略微凹入的形状的情况下，摇动半径的值应优选为大于P_ol的8倍，以便保证摇杆接头的低摩擦函数。

根据实施例，凸起的摇动表面的极限值G可大于P_ol，优选为大于P_ol的两倍或4倍，并且更优选为大于P_ol的8倍，并且/或者凹入摇动表面的极限值G的值可大于P_ol的8倍。在凸起摇动表面与凹入摇动表面之间的过渡范围z中，存在笔直的摇动表面(极限值G=∞)，在此处旨在包括该笔直的摇动表面。由于不可另外保证能够操作的链接头的所有齿数、材料组合等，故这些最低要求的满足是相关的，尤其是对于凹入摇动表面而言。然而，对于一般使用的标准节距和一般使用的材料组合以及对于内摇杆轮廓的实际滚动半径R_bushing而言，这由该公式保证。

当联结套筒的摇杆轮廓的滚动半径处于0.125×P_ol到0.625×P_ol，优选为0.25×P_ol到0.5×P_ol，以及更优选为0.3×P_ol到0.4×P_ol的范围内时，将是有利的。结果，有利的强度条件在该范围内出现。一方面，必须考虑赫兹应力，该赫兹应力必须不变得过高，而另一方面，必须不超过某一半径，这是因为另外的所述半径可不再找到联结套筒的内轮廓的合理表达式。

值z应优选为处于16到24的范围内，更优选为处于17到23的范围内。一般而言，出于安装空间的原因，将努力使用可能的最小曲柄轴链轮，例如，用于内燃机中的定时传动件。由于链接头的显著枢转，故较小的齿数总是有问题。本发明有效地提供了用于限制也在较小齿数的情况下的链接头内的磨损的结构措施。更进一步减少齿数相对于越来越大的多边效应一般没有意义，并且因此，以上范围将被认为是本发明的应用的优选范围。这种铰接套筒链总是相对于旨在使用的传动件来构造，并且因此，最小链轮的齿数在此处对链的结构设计具有决定性影响。这通过值z来考虑。

根据有利的实施例，联结销的摇动表面可具有凸起弯曲形状，或者其可在最大曲率的极限值的状态下在形状上为平面的。凸起曲率尤其提供了相对于滚动情况的优化可能性。平面实施例表示解决方案，在优选的齿数范围内，在大多数使用情况下，该解决方案鉴于力的合成关系而防止横向力超过静摩擦力。这是由于如下事实：平面的摇动表面总是切向地邻接在联结套筒的凸起的内摇杆轮廓上，并且因此最小的可能的横向力的优化十分接近平面的摇动表面。此外，平面表面容易生产。

根据有利实施例，静摩擦系数μ_sf处于0.1到0.15的范围内。对于钢与钢的材料组合，静摩擦系数处于0.12。因此，联结销和联结套筒优选为均由钢材料制成。这引起与低成本结合的高强度。

根据实施例，联结套筒可具有圆柱形外圆周表面，并且其壁厚度可至少在圆周的子区域内变化，以便形成内摇杆轮廓。例如，可通过挤压或MIM工艺(模型注入模制)或烧结来生产这种套筒。此外，圆柱形外圆周表面引起相关联的内板中的应力的均匀分布。

此外，本发明涉及铰接链在快速运行的链传动件优选为定时链传动件中的用途，铰接链包括具有≤24的齿数z的至少一个链轮，其中，铰接链包括借助于链接头连接于彼此的交替的内链节和外链节，每个链接头由内链节的联结开口和外链节的联结销限定，并且链接头构造为摇杆接头，其中，联结销的摇动表面在接头移动期间在联结开口的凸起内摇杆轮廓上滚动，并且其中，联结销的摇动表面具有比根据以下公式计算到的极限值G大的摇动半径：

其中，R_o对应于以毫米为单位的联结开口的滚动半径，

P_ol对应于以毫米为单位的外链节的节距，并且

μ_sf对应于联结销和联结开口的静摩擦系数。

因此，联结销可直接在联结开口上滚动。联结套筒为绝对不必要的。现有技术中至今未描述这种链在包括具有≤24的齿数的小链轮的快速运行的链传动件中的使用，并且其关于连接销在联结开口的摇杆轮廓上的滑动的合成防止不明显。

在该方面，还应考虑的是，尤其是在齿链的情况下，由于所述链轮上的齿接合(这可发生在内侧以及外侧)，故可给出链轮上的引导，所述引导原理上防止联结销和联结开口相对于彼此在横向方向上的侧向位移。

此外，本发明涉及链传动件，该链传动件包括至少两个链轮和根据权利要求1至7中的一项的铰接套筒链，其中，至少一个链轮具有≤24的齿数。

附图说明

在下文，将参照附图更详细地描述本发明的实施例，在该附图中：

图1示出了根据本发明的链传动件的正视图，链以示意性的完整截面视图示出，

图2以正视图示出了根据本发明的铰接套筒链的一部分的放大图示，

图3以俯视图示出了根据图2的铰接套筒链，

图4以完整截面视图示出了根据图3的铰接套筒链，仅示出一个内链节和一个外链节，

图5以放大的俯视图示出了根据图3的链的内链节，

图6以放大的俯视图示出了根据图3的链的外链节，

图7以完整截面视图示出了未对应于根据本发明的铰接套筒链的铰接套筒链，

图8以放大的图示示出了刚好移入与链轮的接合的根据图7的铰接套筒链，

图9a,9b,9c示出了其中根据图7的链以联结销滑动来移入与链轮的接合的过程，

图10示出了表示铰接套筒链的各种类型的接头之间的比较的图表。

具体实施方式

图1中示出的链传动件1仅为示例性地示出的链传动件，其中，两个链轮2,3的大小为相等的，即，设置有相等齿数(这里为24)。环绕链轮2,3的不断地联结的铰接套筒链4可刚好还用于具有曲柄轴链轮和例如两个顶置凸轮轴链轮的内燃机的定时链传动件中。借助于圆弧5和6，示意性地指示了张紧轨以及导轨，这种轨原理上是公知的，尤其是用于定时链传动件的轨。圆弧6代表导轨，紧密跨度的铰接套筒链4沿该导轨滑动，而圆弧5代表沿松弛跨度的铰接套筒链4滑动的张紧轨。链轮2为顺时针旋转的传动链轮。

参考图2至6，现在将更详细地说明使用的铰接套筒链4的结构设计。铰接套筒链4包括交替地布置的内链节7和外链节8，相应的链节经由链接头9连接于彼此。内链节7由平行地间隔开的两个内板10和使这些内板10互连的两个间隔开的联结套筒11构成。为此，每个内板10包括两个间隔开的圆柱形开口12，构造有圆柱形圆周表面的联结套筒11压入两个间隔开的圆柱形开口12中。联结套筒11略微侧向地突出到内板10的方向向外的面之外。联结套筒11之间的距离选择成使得链轮的齿可接合在其间。联结套筒11展现了对应于节距P_n的中心到中心的距离(在本情况下为8mm)。节距P_n(节圆处测量到的)对应于标准节距。该节距必须与链节节距区别开，该链节节距与链接头9有关，也就是内链节7的节距P_il，P_il代表P_{inner chain link}，和外链节8的节距P_ol，P_ol代表P_{outer chain link}。联结套筒11的联结开口13的截面大致为豆形或肾形的。由于铰接套筒链4旨在以其链接头9沿两个方向枢转，故联结开口13构造成相对于内链节7的纵轴线L₁对称。在更靠近内链节7的端部定位的相应联结开口侧，联结开口13设置有相应的凸起摇杆轮廓14，其也构造成相对于纵轴线L₁对称。在本情况下，摇杆轮廓14的半径R_bushing为2.7mm。相应的摇杆轮廓14相对于联结套筒11的中心设置成使得其沿内链节7的端部的方向侧向地移位。

每个外链节8由两个平行的间隔开的外板15和使这些外板15互连的两个间隔开的联结销16构成。联结销16以节距P_ol布置，并且压入外板15中的充分地成形的开口17中。联结销16的端部突出到外板15的外表面之外。联结销16的截面形状可被称为没有任何凹陷区域的扁平的肾形。本实施例的摇动表面18构造为平面表面，并且因此垂直于外链节8的纵轴线L_A延伸。其它侧部由邻接的圆形区段形成。联结销16与纵轴线L_A对称地布置，以使在该轴线的上方以及下方设置相同截面的子区域。联结销16和联结开口13的截面区域适合于彼此，使得联结销16可在联结开口13内枢转，其中，其摇动表面18在相关联的联结套筒11的凸起摇杆轮廓上滚动。

铰接套筒链4的所有部分由钢材料制成。

例如，出于强度的原因，内链节7的节距P_il和外链节8的节距P_ol可为相等或不同的。在本情况下，节距P_il为8.5mm，而节距P_ol为7.5mm。摇动表面18由于其笔直形状而具有半径∞。因此，优选的使用范围内的结构设计在任何情况下满足摇动表面18的半径R_B应具有的预定极限值G。该极限值G根据以下公式来计算：

其中，G对应于摇动表面18的可容许的最小滚动半径，

R_bushing对应于摇杆轮廓14的滚动半径，

z对应于链传动件中的最小链轮的齿数，

P_ol对应于外链节的节距，并且

μ_sf对应于联结销和联结套筒的静摩擦系数。

在钢/钢组合的摇杆接头9的情况下，μ_sf为0.12。

在该背景下，应指出的是该公式为近似的，然而，其在实践中提供了非常良好的值。基于下文中的以下表格，将示例性地示出18到24的齿数，由该公式产生的滚动半径R_B的可容许的最小极限值G。

这种链主要旨在用于定时链传动件中。定时链传动件为高度动态的快速运行的链传动件，其中，曲柄轴在高达每分钟几千转的rpm范围内旋转。到目前为止，链接头9中的摩擦情况具有决定性的重要性。此外，不断在努力将内燃机的CO₂排放物减小到可能的最小值，并且因此，改进独立构件的摩擦功率非常重要。与包括圆柱形联结销和相关联的联结套筒的普通铰接套筒链相比，用于已经示出的铰接套筒链4中的摇杆接头9导致具有相同大小的链的超过五倍的摩擦功率减小(齿数z在此处为24并且转数为1,000rpm)。

参照图7至9c，现在将基于与根据本发明的铰接套筒链不同的铰接套筒链来更详细地说明本发明的原理。

相对于图7中示出的铰接套筒链4的唯一差别在于，联结销16的摇动表面18为具有半径R_B的凸起，半径R_B不满足以上公式的标准，但小于理论上计算到的极限值G。用于图7至9c的附图标记对应于用于以上铰接套筒链和以上链传动件的附图标记，以使附加地对以上铰接套筒链4和链传动件1的结构设计和操作模式进行参照。

图8示出了根据图7的铰接套筒链移入与链轮2的接合的过程。完整地示出的外链节8仍占据了水平的切向位置，然而之前的内链节7已经由链轮2的齿接合并且弯曲。具有为24的齿数的链轮2的弯曲角α为15°。弯曲移动或枢转移动具有的影响是，下联结套筒11的摇杆轮廓14在联结销16的凸起摇动表面18上滚动。

在示出的位置处，在联结套筒11与联结销16之间传输的力F_t垂直于两个元件之间的切向表面。当力三角形现在包括在附图中时，力F_t被分成水平分力F_h和竖直分力F_v。然而，在本情况下，分力F_v超过两个联结伙伴的静摩擦力。鉴于联结销16在联结开口13中布置有一定量的游隙的事实，由于仅内链节由链轮2的齿接合，故整个外链节8现在可在前部区域中向上滑动。因此，沿摇杆轮廓14的摇动表面18的滑动移动将出现。图9a至9c非常好地示出了该过程。图9b中示出了滑动移动开始的瞬间。如图9c所示，联结销16向上滑动并且在极端情况下可以以其上圆边撞击联结开口13。为了使事物更清楚，待观看的链接头9以虚线正方形包围。

该滑动过程引起相对大的摩擦功率，而在最终分析中，引起链接头9的磨损。这可为试图在定时链驱动件中使用摇杆接头到目前为止大多失败的事实的原因，该定时链传动件中可包括具有相对小齿数的链轮。

除了以上摇动表面，图4中所示类型的笔直或平的摇动表面18将总是具有如下效果：合力垂直地作用到联结销16的摇动表面18上，并且因此将不产生大致径向地引导到链轮2的中心的分力。然而，只要它们不超过两个联结伙伴的静摩擦力，则即使较小的竖直分力也是无害的。这通过以上公式来保证。如果摇动表面18的半径R_B变得小于极限值G，则该不利的滑动影响将出现。如果半径处于高于计算到的极限值G的范围内，则静摩擦将更高，并且将防止滑动。公式包括对节距P_ol的参照。以该方式，考虑的是，接触点在外链节8枢转时迁移，并且在铰接套筒链4的笔直情况下测量到的节距P_ol略微变化。

原理上，之前未描述包括摇杆接头的链的使用，尤其是未相对于可能产生的问题来描述，该摇杆接头具有用于带链轮(其齿数≤24)的链传动件的这种结构设计。

绝对可能的是，将这种摇杆接头设计为包括联结销和板开口的直接匹配对。接着，这种板开口的摇杆轮廓具有半径R_o。

基于图10，相对于在1000rpm的转速下的图1中示出的链传动件(包括链轮2和3以及为24的齿数)相对时间画出了摩擦功率。该线示出了0.010秒内的以瓦特为单位的摩擦功率的分布。在该转数的情况下，这基本上是其中两个内链节7和两个外链节8移入与链轮2的接合的时间。具有图4中所示类型的摇杆接头的铰接套筒链4的摩擦功率由上实线指示。

下点划线示出了与其相比较的具有圆柱形联结销和相关联的联结套筒的相同大小的铰接套筒链。结果，与根据图4的铰接套筒链的情况下的摩擦功率和波动相比，摩擦功率高得多，然而波动没有大很多。

在虚线的情况下，出现了不同的情况。该链在此处为不对应于根据本发明的铰接套筒链和图7中示出的铰接套筒链的铰接套筒链。在此处可清楚地看到的摩擦功率中的极端异常值A在0.0005秒到0.001秒之间的范围内以及在0.0055秒到0.006秒之间的范围内。尽管该曲线大体主要在点划线与实线之间移动，但异常值A指示了高峰值负载在链接头9中出现。如已经根据图9a至9c说明的，这些异常值A示出了联结销16沿联结套筒11滑动。这种滑动一般将仅在链移入与链轮2的接合时在每隔一个链接头9的情况下出现，而其将在其中内链节7在前面(即，首先弯曲)的链接头9的情况下出现，而不出现在其中外链节8在前面(即，首先弯曲)的后链接头9中。

该曲线图还示出了，由于该实施例产生了至少在定时链传动件中的普通齿板区中始终满足根据以上公式的极限值G的链，故笔直或平面的摇动表面18证明是尤其有利的特例。此外，由于优化滚动情况(赫兹应力的改进等)，故与其中凸起摇动伙伴在彼此上滚动的摇杆接头相比，甚至可改进摩擦功率。

因此，当用于内燃机中时，此处提出的本发明将有助于内燃机的CO₂排放物的显著减少。

Claims (9)

1.一种铰接套筒链(4)，其包括借助于链接头(9)交替地连接于彼此的内链节(7)和外链节(8)，所述内链节(7)包括至少一个内板(10)和两个联结套筒(11)，而所述外链节(8)包括至少两个外板(15)和使所述至少两个外板(15)互连的两个联结销(16)，每个链接头(9)由所述内链节(7)的联结套筒(11)和所述外链节(8)的联结销(16)限定，并且所述链接头(9)构造为摇杆接头，其中，所述联结销(16)的凸起弯曲摇动表面(18)在所述接头的移动期间在所述联结套筒(13)的凸起内摇杆轮廓上滚动，其特征在于，所述联结销的凸起弯曲摇动表面(18)具有比根据以下公式计算到的极限值G大的摇动半径(R_B)：

其中，R_bushing对应于以毫米为单位的所述联结套筒的滚动半径，

z对应于≤24的整数，

P_ol对应于以毫米为单位的所述外链节的节距，

μ_sf对应于所述联结销和所述联结套筒的静摩擦系数。

2.根据权利要求1所述的铰接套筒链(4)，其特征在于，对于凸起摇动表面(18)，所述极限值(G)大于P_ol，优选为大于P_ol的两倍或4倍，并且更优选为大于P_ol的8倍。

3.根据权利要求1或2所述的铰接套筒链(4)，其特征在于，所述联结套筒(11)的内摇杆轮廓(14)的滚动半径(R_bushing)处于0.125×P_ol到0.625×P_ol，优选为0.25×P_ol到0.5×P_ol，以及更优选为0.3×P_ol到0.4×P_ol的范围内。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的铰接套筒链(4)，其特征在于，z处于16到24的范围内，优选为处于17到21的范围内。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的铰接套筒链(4)，其特征在于，μ_sf处于0.1到0.15的范围内。

6.根据权利要求5所述的铰接套筒链(4)，其特征在于，所述联结销(16)和所述联结套筒(11)均由钢材料制成。

7.根据前述权利要求中的一项所述的铰接套筒链(4)，其特征在于，所述联结套筒(11)具有圆柱形外圆周表面，并且其壁厚度至少在所述圆周的子区域内变化，以便形成所述内摇杆轮廓(14)。

8.一种铰接链在快速运行的链传动件优选为定时链传动件中的用途，所述铰接链包括具有≤24的齿数z的至少一个链轮，其中，所述铰接链包括借助于链接头连接于彼此的交替的内链节和外链节，并且每个链接头由所述内链节的联结开口和所述外链节的联结销限定，并且所述链接头构造为摇杆接头，其中，所述联结销的凸起弯曲摇动表面在所述接头移动期间在所述联结开口的凸起内摇杆轮廓上滚动，其特征在于，所述联结销的凸起弯曲摇动表面具有比根据以下公式计算到的极限值G大的摇动半径(R_B)：

其中，R_o对应于以毫米为单位的所述联结开口的滚动半径，

P_ol对应于以毫米为单位的所述外链节的节距，并且

μ_sf对应于所述联结销和所述联结开口的静摩擦系数。

9.一种链传动件(1)，其包括至少两个链轮(2,3)和根据权利要求1至7中的一项的铰接套筒链(4)，其中，至少一个链轮(2,3)具有≤24的齿数。

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