CN117685352A - 链轮及链条传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，提供一种能够减轻与负荷转矩变化相对应的张力变化的影响且抑制噪音和振动，并且能够使链条举动稳定化，能够抑制链轮的耐久性的降低及旋转次声的产生的链轮及链条传动机构。具体而言，链轮的在邻接的齿之间形成的齿底包含具有齿底偏移量的构成，所述齿底偏移量被设定在与齿的齿距对应的规定的数量值范围内并从标准齿形的齿底圆起向半径方向离开，且通过使齿底半径根据角度位置发生改变而形成的相位变化模式的波形的振幅被设定为，相对于最大振幅Amax在(1/7)Amax的范围内变化。链条传动机构的卷挂有链条的多个链轮之中的至少一个是由上述链轮构成。

Description

链轮及链条传动机构

技术领域

本发明涉及一种形成有多个与链条啮合的齿的链轮及使用了该链轮的传动机构。

背景技术

作为可切实地传递旋转的传动机构，常用有在链轮上卷挂有链条的传动机构，所述链轮在周面上形成有多个齿。

虽然通过链轮齿与链条啮合，可在多个链轮之间切实地传递定时和旋转力，但伴随着链轮齿与链条的啮合，不可避免会产生噪音和振动。

对于这种问题，公知有一种链轮，在伴随着旋转而负荷转矩发生周期性变化的链条传动机构的情况下，为了与负荷转矩的周期变化同步来减轻张力变化，是通过将多个齿配置成，在将各齿以等间隔与链条啮合的相位作为零时，形成相位向正侧及负侧交互变化的相位变化模式，来减轻与负荷转矩变化相对应的张力变化的影响，并抑制噪音和振动。

例如，在专利文献1中公开有一种链轮，在邻接的齿之间，链条以无负荷落位时的无负荷落位点的半径方向的位置被设置成在圆周方向上连续性变化，且多个无负荷落位点的半径方向的位置具有根据角度位置而增减的相位变化模式。

专利文献

专利文献1：日本特开2020-085041号公报

发明内容

即使像上述专利文献1所述的链轮那样，在使齿距恒定的状态下使齿底半径改变时，只要将链条和链轮的传动负荷均匀地负荷分担到多个齿上，则也不会降低链轮的耐久性。

然而，根据相位变化模式的波形的振幅和周期，链条的多边形动量会变大且动能增大。其结果，由于链条举动会变得不稳定，会使负荷分担恶化，因此会导致链轮的强度降低。

如此，实际情况是难以一边维持链条和链轮的耐久性一边抑制噪音或振动。此外，当负荷分担恶化时，则还存在有链轮的齿的磨损变快，噪音降低效果提前受损这样的问题。

本发明是解决这些问题的发明，所要解决的技术问题是提供一种能够减轻与负荷转矩变化相对应的张力变化的影响且抑制噪音和振动，并且能够使链条举动稳定化，能够抑制链轮的耐久性的降低及旋转次声的产生的链轮及链条传动机构。

本发明所涉及的链轮形成有与链条啮合的多个齿，其可通过下述内容来解决所述课题，即，将所述多个齿排列成，在将各齿以等间隔与链条啮合的相位作为零时，形成有相位向正侧及负侧变化的波形的相位变化模式，形成在邻接的齿之间的齿底包含，具有从标准齿形的齿底圆向半径方向离开的齿底偏移量的构成，将所述齿底偏移量的最大值设定在所述齿的齿距的2～7％的大小的范围内，所述相位变化模式是通过使齿底半径根据角度位置发生改变而形成，所述相位变化模式的波形的振幅被设定为，相对于最大振幅Amax在(1/7)Amax的范围内变化。

在此，标准齿形是指，各齿的齿底圆半径恒定，且距轴中心的齿角度恒定(用在周向上邻接的齿的中心间距离来表示的齿形间距恒定)。

本发明所涉及的链条传动机构具有：多个链轮，包含设置在曲轴上的驱动侧链轮及设置在凸轮轴上的从动侧链轮；及链条，被卷挂在所述多个链轮上，通过利用上述链轮构成所述驱动侧链轮及所述从动侧链轮中的至少一个，可解决前述课题。

根据本技术方案1所涉及的链轮，通过将多个齿排列为形成相位变化模式，基本上能够动态地对应负荷转矩变化来减轻链条的张力变化的影响，并抑制噪音和振动。

而且，通过使各齿的齿底半径根据角度位置发生改变来形成相位变化模式，并通过使相位变化模式的波形的振幅在规定范围内变化，链条相对于链轮的卷绕会变好。因此，由于承接链条张力的链轮的齿的数量增加，因而能够使链条移动时的链条的举动稳定化。其结果，能够在抑制啮合次声的产生的同时，能够实现啮合音的次数的分散化。此外，由于能够实现负荷分担的均匀化且不会产生过剩的接触力，因此能够降低啮合部的磨损并抑制耐久性的降低。

根据本技术方案2所涉及的构成，由于能够抑制链条移动时产生链条的起伏，因此能够使链条举动更进一步稳定化。

根据本技术方案3所涉及的构成，由于能够减少链条的多边形动量，因此能够减少链条上下方向的速度并降低动能，进而能够降低链条传动机构整体的噪音(整体(overall)声音)。此外，由于相对于链条节距的链轮的齿距扩大，链条的“游隙”减少，因此能够防止负荷分担的不均衡的产生，能够实现链轮和链条的强度提高。在此，“游隙”是指，因在链轮的齿上失去周期性，而卷挂有链条的链轮的齿未承受负荷的状态。

根据本技术方案4所涉及的构成，通过使链条的多边形动量增减，能够降低周期性产生的啮合次声。

根据本技术方案5所涉及的构成，能够防止负荷分担的不均衡的产生并且有效地得到次声降低。

根据本技术方案6所涉及的构成，由于通过提高链轮的齿面的油保持性，能够增加与链条的接触部的润滑区域，因此能够实现降低磨损，同时，通过多孔能够使空气振动衰减进而得到噪音降低效果。此外，通过利用烧结密度来控制质量，能够使啮合时的共振点错开。

根据本技术方案7所涉及的链条传动机构，通过利用上述链轮来构成驱动侧链轮及从动侧链轮中的至少一个，能够减轻与负荷转矩变化相对应的张力变化的影响并抑制噪音和振动，并且能够使链条举动稳定化，同时能够抑制链轮的耐久性的降低及啮合次声的产生。

根据本技术方案8所涉及的构成，通过将从动侧链轮构成为具有与驱动侧链轮的相位变化模式相反相位的相位变化模式，并将变化的轴间距离的大小通过2个轴以上组合到齿底半径上，能够使啮合音的次数分散化。此外，由于能够抑制轴间距离的变化，因此能够降低链条张力。由此，链轮齿形的变化变少，能够长期维持整体噪音(OA)和啮合次声(特定频率噪音)的降低效果。

根据本技术方案9所涉及的构成，能够减轻与曲轴的变化相对应的链条的张力变化的影响，并抑制噪音和振动。

根据本技术方案10所涉及的构成，能够有效地减轻对成为主要噪音和振动原因的转矩变化的影响。

附图说明

图1是示意性表示本发明的实施例1所涉及的链轮的一个构成例的一部分的图。

图2是表示实施例1所涉及的链轮的相位变化模式的一个例子的图。

图3A是表示链条相对于标准齿形的链轮上的齿的接触力的经时性变化的图。

图3B是表示链条相对于实施例1所涉及的链轮上的齿的接触力的经时性变化的图。

图4是表示链条相对于链轮的接触力的最大值的经时性变化的图。

图5是表示比较用链轮1的相位变化模式的一个例子的图。

图6是表示链条相对于比较用链轮1上的齿的接触力的经时性变化的图。

图7是表示实施例1所涉及的链轮上的链条振动量的经时性变化的图。

图8是表示比较用链轮2的相位变化模式的一个例子的图。

图9是示意性表示本发明的实施例2所涉及的链轮的一个构成例的一部分的图。

图10是表示实施例2所涉及的链轮的相位变化模式的一个例子的图。

图11是表示实施例2所涉及的链轮的整体声音及啮合音的1次成分的声音的根据转速的变化的图。

图12是表示链条相对于比较用链轮3的接触力的最大值的经时性变化的图。

图13是表示链条相对于比较用链轮3上的齿的接触力的经时性变化的图。

图14是表示链条相对于实施例2所涉及的链轮上的齿的接触力的经时性变化的图。

图15是表示链条相对于实施例2所涉及的链轮的接触力的最大值的经时性变化的图。

图16是示意性表示本发明的链条传动机构的一个例子的构成的图。

图17是表示驱动侧链轮的齿底的排列位置与产生发动机的燃烧变化的啮合位置的关系的图。

图18A是表示本发明所涉及的链条传动机构的整体声音及啮合音的1次成分的声音的根据曲轴的转速而变化的图。

图18B是表示本发明所涉及的链条传动机构的整体声音及啮合音的2次成分的声音的根据曲轴的转速而变化的图。

图19是表示本发明所涉及的链条传动机构的与曲轴的旋转速度相对应的链条张力的变化的图。

符号说明

100-链轮；101-齿；102-齿底；110-链条传动机构；111-驱动侧链轮；112-从动侧链轮；115-链条；D-标准齿形的齿底圆；G-张紧杆；rs-标准齿形的齿底圆的半径；T-张紧装置。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施例进行说明。

(实施例1)

实施例1所涉及的链轮例如被排列成，将各齿以等间隔与链条啮合的相位作为零时，与滚子链的滚子啮合的多个齿形成，相位向正侧及负侧变化的波形的相位变化模式。

如图1所示，在实施例1所涉及的链轮100上，多个齿101在圆周方向上以等齿距排列，在邻接的齿101之间形成的齿底102包含具有从标准齿形的齿底圆D向半径方向外方侧或半径方向内方侧离开的齿底偏移量的齿底。齿底偏移量的最大值被设定在齿101的齿距的2～6.5％的大小的范围内，由此，能够实现各齿101的负荷分担的均匀化。图1中的rs为齿底圆D的半径。

相位变化模式是通过使齿底半径(r1、r2、r3、r4、r5、…)根据角度位置在圆周方向上以连续性增减的方式变化而形成。图2示出齿底偏移量的相位变化模式的波形的一个例子。图2中的纵轴是齿底偏移量相对于齿距的比例(％)，将齿底半径比标准齿形的齿底半径更小的情况表示为负。图2中的横轴为齿底的排列编号。

该齿底偏移量的相位变化模式是齿数为18的链轮所涉及的模式，例如具有6次周期P1～P6，且波长被设定为，在周向上从大到小连续变化。另外，本发明中的“周期”的术语为，将相位变化模式的波形之中向正侧(峰)及负侧(谷)各变化1次的1组作为1个“周期”，且作为还包含波长变化的概念而使用。

如此，通过将多个齿101排列成形成相位变化模式，能够动态地对应负荷转矩变化来减轻链条的张力变化的影响，并能够抑制噪音和振动。

此外，齿底偏移量的相位变化模式被设定为，使波形的振幅相对于最大振幅Amax在(1/7)Amax的范围内变化。即，将波形的最小振幅Amin设定为比(1/7)Amax更小。

虽然通过改变链轮100的齿底半径，例如滚子链上的滚子的落位位置可根据齿底半径的大小而在半径方向上变化，但通过将波形的振幅限制为规定范围内的大小来使其变化，能够将链条的多边形动量抑制成较小。因此，由于承接链条张力的链轮的齿101的数量增加，因此链条相对于链轮100的卷绕性提高，能够使移动的链条的举动稳定化。其结果，能够抑制啮合次声的产生，并且能够实现啮合次声的分散化。

此外，由于能够实现负荷分担的均匀化且不产生过剩的接触力，因此能够降低啮合部的磨损且抑制耐久性的降低。即，当着眼于各个齿时，则链条相对于链轮的齿的接触力处于随着时间经过而上升并达到峰值，其后随着时间经过而缓慢减少的趋势。由于在标准齿形的链轮上，多个齿以规定时间间隔依次啮合，因此如图3A所示，各齿的负荷分担实质上是均匀的，此外，如图4中点划线的曲线所示，从链轮整体上观察，在接触力的最大值的经时性变化中，不会产生急剧的接触力的变化和链条张力的上升。在图3A及图4中，方便起见，仅示出有链条相对于与链条依次啮合的彼此邻接的任意3个齿t1～t3的接触力。

而且，虽然在实施例1所涉及的链轮100上，啮合开始的时机会根据齿底半径的大小而发生变化，但由于是根据齿101的齿距来设定齿底偏移量，并且是使相位变化模式的波形上的振幅在规定范围内变化，因此如图3B所示，各齿的负荷分担实质上维持了均匀的状态，并且如图4中实线的曲线所示，在接触力的最大值的经时性变化中，能够抑制急剧的接触力的变化和链条张力的上升。由此，能够抑制链条张力的上升，同时，产生应力也变得轻微，从而能够避免耐久性的降低。在图3B中，方便起见，仅示出有链条相对于与链条依次啮合的彼此邻接的任意3个齿t1～t3的接触力。

与此相反，如图5所示，在将最小振幅Amin设定成比1/7Amax更小的比较用链轮1上，如图6所示，在各齿的负荷分担变得不均匀，同时如图4中虚线的曲线所示，在接触力的最大值的经时性变化中，产生有急剧的接触力的变化，会导致负荷分担恶化。因此，链轮的齿的磨损变快，且会提前损害噪音降低效果。在图6中，方便起见，仅示出有链条相对于与链条依次啮合的彼此邻接的任意3个齿t1～t3的接触力。

以上，相位变化模式被设定成，齿的周期在周向上从小到大连续变化。在此，“齿的周期”是指，齿底偏移量一致的正弦曲线(Asin(Bx))的周期(相当于正弦曲线周期)。例如，在位于第n个齿的链轮旋转方向下游侧的第n个齿底的齿底偏移量与周期为“a”的正弦曲线所表示的变化模式中的第n个齿底的齿底偏移量一致时，则该第n个齿的周期为“a”。

优选将齿的周期的最小值例如设定在2～10的范围内，此外，优选将用齿的周期的最大值与最小值的差来表示的齿的周期性变化幅度设定在21以下。由此，由于如图7中实线的曲线所示，能够将链条的振动量抑制成较小，能够抑制链条移动时产生链条的起伏，因此能够使链条举动更进一步稳定化。在此，链条的振动量为，以无负荷时的链条的位置为基准(振动量0mm)，通过利用间隙传感器测定链条的位置而得到。

另一方面，如图8所示，在具有齿的周期的最小值被设定为小于2的相位变化模式的比较用链轮上，如图7中虚线的曲线所示，链条的举动变得不稳定而产生有过大的振动。因此，链条张力上升且耐久性降低。此外，在将相位变化模式设定为齿的周期的最小值超过10的情况下，链条的强度会变得不稳定并产生过大的振动，会导致产生链条张力上升、耐久性降低这样的不便。

此外，在将相位变化模式设定为齿的周期性变化幅度超过21时，难以将相位变化模式的波形设定成齿的周期的最小值为2以上，链条的强度会变得不稳定并产生过大的振动，会导致产生链条张力上升、耐久性降低这样的不便。

上述的链轮100可由能够浸渍并保持润滑油的具有多孔结构的烧结体形成。

由此，由于能够增加与链条的接触部的润滑区域，因此能够提高链轮100的齿面的油保持性，实现降低磨损，并且能够通过多孔使空气振动衰减从而得到噪音降低效果。此外，通过利用烧结密度来控制质量，能够使啮合时的共振点错开。

以上，虽然对将多个齿排列成齿形间距在圆周方向上恒定的构成进行了说明，但多个齿也可以构成为，包含在周向上邻接的齿的齿形间距不同的齿。

优选将齿形间距例如设定为，根据角度位置，与齿底偏移量的相位变化模式相对应地进行变化，并使齿形间距相对于标准齿形的齿形间距的变化量为±1％的范围内的大小。由此，通过使链条的多边形动量增减，能够进一步降低周期性产生的啮合次声。

(实施例2)

图9是示意性表示本发明的实施例2所涉及的链轮的构成的一部分的俯视图。

除了将所有的齿底102形成为齿底半径(r1、r2、r3、r4、r5、…)比标准齿形的齿底圆D的半径rs更大以外，实施例2所涉及的链轮100具有与实施例1所涉及的链轮相同的构成。即，如图10中实线的曲线所示，实施例2所涉及的链轮100上的各个齿底102不包含：具有从标准齿形的齿底圆D的半径rs(图10中矩形标记的曲线所示)向半径方向内方侧离开的齿底偏移量的构成。

如图10中虚线的曲线所示，即使是具有从标准齿形的齿底圆D的半径rs向半径方向内方侧离开的齿底偏移量的比较用链轮3，也能够将整体声音(图11中虚线的曲线B0所示)及啮合音的1次成分的声音(图11中虚线的曲线B1所示)降低到比标准齿形的链轮更低。在图11中，以点划线的曲线C0表示标准齿形的链轮上的整体声音，以点划线的曲线C1表示啮合音的1次成分的声音。

然而，如果是齿底偏移量的最大值被设定为小于齿101的齿距的2％的大小的范围内的相位变化模式，则如图12所示，从链轮整体上观察，在接触力的最大值的经时性变化中，不会产生链条相对于链轮的接触力的急剧的变化，但如图13所示，在各齿的负荷分担上会产生不均衡。另外，在图12及图13中，方便起见，仅示出有链条相对于与链条依次啮合的彼此邻接的任意3个齿t1～t3的接触力。

然而，通过使齿底半径(r1、r2、r3、r4、r5、…)比标准齿形的齿底圆D的半径rs更大，链条的多边形动量会减少。因此，链条上下方向的速度会减少且动能降低，从而能够进一步降低整体声音(图11中实线的曲线A0所示)及啮合音的1次成分的声音(图11中实线的曲线A1所示)。

而且，通过扩大齿底半径，相对于链条节距的链轮的齿距会扩大，链条的“游隙”会减少。由此，如图14所示，能够抑制各齿的负荷分担的不均衡。此外，如图15所示，如果从链轮整体上观察，则在接触力的最大值的经时性变化中，不会产生急剧的接触力的变化和链条张力的上升，因而，可带来链轮和链条上的滚子等的强度提高。另外，“游隙”是指，在链轮的齿上失去周期性，而卷挂有链条的链轮的齿未承受负荷的状态。此外，在图14及图15中，方便起见，仅示出有链条相对于与链条依次啮合的彼此邻接的任意3个齿t1～t3的接触力。

下面，以用作发动机上的定时系统的情况为例，对使用有上述链轮的本发明所涉及的链条传动机构进行列举说明，所述发动机在气缸盖上具备驱动吸排气阀的两根凸轮轴。

如图16所示，该链条传动机构110具有：驱动侧链轮111，被设置在曲轴上；2个从动侧链轮112，被设置在凸轮轴上；及链条115，被卷挂在驱动侧链轮111和从动侧链轮112之间。图16中的符号T为张紧装置，该张紧装置通过张紧杆G来赋予链条115的松弛侧以适当的张力，以抑制移动时产生的振动。

在本实施例中，驱动侧链轮111及从动侧链轮112各个具有通过使齿底半径根据角度位置在圆周方向上以连续性增减的方式变化而形成的相位变化模式，且将从动侧链轮112构成为具有与驱动侧链轮111的相位变化模式相反相位的相位变化模式。

如图17所示，驱动侧链轮111被形成为，具有比标准齿形的齿底半径(图17中点划线的曲线所示)更大的齿底半径的齿底不位于产生有发动机的燃烧变化时的啮合位置(图17中虚线所示)上。在该实施例中，具有相对于标准齿形的链轮的齿底半径在负侧表示有峰值的齿底偏移量的齿底位置(例如No.4、No.10、No.16)与产生发动机的燃烧变化时的啮合位置一致。

由此，能够减轻与曲轴的变化相对应的链条的张力变化的影响，并抑制噪音和振动。图17是将各齿底102的齿底半径的值从共通的原点起配置成放射状的雷达曲线图，箭头表示驱动侧链轮111的旋转方向。

此外，优选将驱动侧链轮111的相位变化模式形成为，相位符合于凸轮轴的周期性的负荷变化。由此，能够有效地减轻对成为主要噪音或振动原因的转矩变化的影响。

由于在上述的链条传动机构110中，能够减轻与负荷转矩变化相对应的链条张力变化的影响，因此如图18A及图18B所示，与将标准齿形的链轮用作驱动侧链轮及从动侧链轮的比较用链条传动机构相比，能够降低整体声音(图18A及图18B中以实线表示的曲线A0)、啮合音的1次成分的声音(图18A中以实线表示的曲线A1)及啮合音的2次成分的声音(图18B中以实线表示的曲线A2)，并且能够实现啮合次声的分散化。图18A及图18B中以虚线表示的曲线B0为，比较用链条传动机构中的整体声音，图18A中以虚线表示的曲线B1为，比较用链条传动机构中的啮合音的1次成分的声音，图18B中以虚线表示的曲线B2为，比较用链条传动机构中的啮合音的2次成分的声音。

此外，由于能够抑制轴间距离的变化，因此如图19中实线的曲线α所示，与比较用链条传动机构(图19中虚线的曲线β所述)相比，能够降低链条张力。由此，链轮的齿形的变化变少，从而能够长期维持整体声音和啮合次声(特定频率噪音)的降低效果。

以上，虽然对本发明的一个实施方式进行了详述，但本发明不局限于上述实施方式，在不脱离技术方案的范围所记述的本发明的前提下，可进行各种设计变更。

例如，链轮上的多个齿无需彼此为相同形状，也可以包含齿部形状不同的齿。具体而言，例如也可以包含齿的高度、齿的齿面形状及其他构成不同的齿。

此外，虽然在上述链条传动机构中，将驱动侧链轮及从动侧链轮分别构成为具有相位变化模式，但在本发明中，只要将驱动侧链轮及从动侧链轮中的至少一个构成为具有相位变化模式即可。例如，也可以利用标准齿形的链轮来构成上述链条传动机构中的驱动侧链轮。此外，可以利用标准齿形的链轮来分别构成2个从动侧链轮，也可以利用标准齿形的链轮来仅构成任意一方的从动侧链轮。

此外，卷挂于链轮的链条也可以为静音链、滚子链、衬套链等任意的链条，此外，如果为与链轮的齿啮合的结构，则也可以为同步带等可挠性传动部件。

Claims (10)

1.一种链轮，形成有与链条啮合的多个齿，其特征在于，

所述多个齿被排列成，在将各齿以等间隔与链条啮合的相位作为零时，形成有相位向正侧及负侧变化的波形的相位变化模式，

形成在邻接的齿之间的齿底包含，具有从标准齿形的齿底圆向半径方向离开的齿底偏移量的构成，

所述齿底偏移量的最大值被设定在所述齿的齿距的2～7％的大小的范围内，

所述相位变化模式是通过使齿底半径根据角度位置发生改变而形成，所述相位变化模式的波形的振幅被设定为，相对于最大振幅Amax在1/7Amax的范围内变化。

2.根据权利要求1所述的链轮，其特征在于，

使所述齿距恒定，

所述相位变化模式被设定为，所述齿的周期在周向上从小到大连续变化，

所述齿的周期的最小值被设定在2～10的范围内，同时，用齿的周期的最大值与最小值的差来表示的齿的周期性变化幅度被设定为21以下。

3.根据权利要求1所述的链轮，其特征在于，

所述多个齿被形成为，齿底半径比标准齿形的齿底半径更大。

4.根据权利要求1所述的链轮，其特征在于，

所述多个齿包含齿形间距不同的齿，所示齿形间距是用在周向上邻接的齿的中心间距离来表示。

5.根据权利要求4所述的链轮，其特征在于，

所述齿形间距相对于标准齿形的齿形间距的变化量为±1％的范围内的大小。

6.根据权利要求1所述的链轮，其特征在于，

由可浸渍并保持润滑油的具有多孔结构的烧结体形成。

7.一种链条传动机构，具有：驱动侧链轮，被设置在曲轴上；从动侧链轮，被设置在凸轮轴上；及链条，被卷挂在驱动侧链轮和从动侧链轮之间，其特征在于，

所述驱动侧链轮及所述从动侧链轮的至少一个为权利要求1所述的链轮。

8.根据权利要求7所述的链条传动机构，其特征在于，

所述驱动侧链轮为权利要求1所述的链轮，

所述从动侧链轮被构成为，具有与所述驱动侧链轮的相位变化模式相反相位的相位变化模式。

9.根据权利要求7所述的链条传动机构，其特征在于，

所述驱动侧链轮被形成为，具有比标准齿形的齿底半径更大的齿底半径的齿底不位于产生发动机的燃烧变化的啮合位置上。

10.根据权利要求7所述的链条传动机构，其特征在于，

所述驱动侧链轮的相位变化模式被形成为，相位符合于凸轮轴的周期性负荷变化。