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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Sachgebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kettenrad mit einer Vielzahl von Zähnen, die derart ausgebildet sind, dass sie mit einer Kette zusammengreifen, und einen Übertragungsmechanismus.
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Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
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Ein Übertragungsmechanismus, der ein Kettenrad mit einer Vielzahl von Zähnen, die an einer Umfangsfläche eines Hauptkörpers desselben ausgebildet sind, und eine Kette, die über das Kettenrad läuft, aufweist, wird üblicherweise als Übertragungsmechanismus zum sicheren Übertragen einer Drehung verwendet.
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Wenn die Zähne des Kettenrads mit der Kette zusammengreifen, können die Steuerung und die Drehkraft sicher zwischen einer Vielzahl von Kettenrädern übertragen werden, Geräusch und Vibrationen, die durch dieses Zusammengreifen erzeugt werden, können jedoch nicht vermieden werden.
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Im Fall eines Übertragungsmechanismus, der periodische Lastmomentschwankungen bei seiner Drehung aufweist, ist zum Abmildern von Spannungsschwankungen durch Synchronisieren der Spannungsschwankungen mit den periodischen Lastmomentschwankungen ein bekanntes Kettenrad vorgesehen zum Bilden eines Phasenschwankungsmusters, bei dem die Phase alternierend zwischen einer positiven und einer negativen Seite schwankt, wenn die Phase, bei der eine Vielzahl von Zähnen in gleichen Intervallen mit einer Kette zusammengreift, null ist, so dass der Einfluss der Spannungsschwankungen, die den Lastmomentschwankungen entsprechen, abgemildert wird und Geräusch und Vibrationen unterdrückt werden (siehe zum Beispiel Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2009-156320).
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ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Bei dem bekannten Kettenrad kann ein Geräusch, das auf die Vibrationen der Kette zurückzuführen ist, durch Verringern der Spannungsschwankungen unterdrückt werden, da jedoch die Lastmomentschwankungen periodisch sind, wird unvermeidlich ein zugeordneter Schall, der den Zyklen entspricht, erzeugt.
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Des Weiteren können dann, wenn die sich Phase in den Lastmomentschwankungen verschiebt oder eine Resonanz aufgrund der Beziehung zwischen der Drehzahl des Kettenrads und der Eigenfrequenz der Kette auftritt, die Spannungsschwankungen im Gegenzug verstärkt werden oder können Geräusch und Vibrationen verstärkt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist auf eine Lösung dieser Probleme gerichtet, und der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kettenrad bereitzustellen, mit dem die Erzeugung von geordnetem Schall, der den Lastmoment-Schwankungszyklen entspricht, unterdrückt wird, eine Verstärkung von Spannungsschwankungen, Geräusch und Vibrationen, die zum Beispiel durch eine Phasenverschiebung in den Lastmomentschwankungen und die Resonanz hervorgerufen werden, verhindert wird, wobei die Spannungsschwankungen, die den Lastmomentschwankungen entsprechen, abgemildert werden und das Geräusch und die Vibrationen unterdrückt werden.
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Zur Lösung der Probleme weist ein Kettenrad gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Zähnen auf, die derart ausgebildet sind, dass sie mit einer Kette zusammengreifen, wobei die Vielzahl von Zähnen derart angeordnet ist, dass sie ein Phasenschwankungsmuster mit einer Wellenform bildet, die die Phase aufweist, welche zwischen einer positiven und einer negativen Seite schwankt, wenn die Phase, in der die Zähne in gleichen Intervallen mit der Kette zusammengreifen, null ist und das Phasenschwankungsmuster derart festgelegt ist, dass es Teile mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweist.
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Das Kettenrad nach Anspruch 1 ist derart vorgesehen, dass es ein Phasenschwankungsmuster mit einer Wellenform bildet, die eine Phase aufweist, welche zwischen einer positiven und einer negativen Seite schwankt, wenn die Phase, in der die Zähne in gleichen Intervallen mit der Kette zusammengreifen, null ist, so dass der Einfluss der Spannungsschwankungen, die periodischen Lastmomentschwankungen entsprechen, abgemildert werden kann und Geräusch und Vibrationen unterdrückt werden können.
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Da das Phasenschwankungsmuster derart festgelegt ist, dass es Teile mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweist, verschieben sich Lastmoment-Schwankungszyklen und eine Vielzahl von Phasenschwankungszyklen teilweise und kann die Erzeugung von geordnetem Schall, der den Lastmoment-Schwankungszyklen entspricht, unterdrückt werden, kann eine Resonanz unterdrückt werden und kann eine Verstärkung von Spannungsschwankungen, Geräusch und Vibrationen, die auf die Phasenverschiebung der Lastmomentschwankungen, die Resonanz und dergleichen zurückzuführen sind, verhindert werden.
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Bei der Konfiguration nach Anspruch 2 ist eine Wellenlänge des Phasenschwankungsmusters derart festgelegt, dass sie sich kontinuierlich von lang zu kurz oder von kurz zu lang in einer Umfangsrichtung verändert, und daher kann sich die Zeitspanne, während der die Phasenverschiebung zwischen dem Lastmoment-Schwankungszyklus und dem Phasenschwankungsmusterzyklus auftritt, sanft verändern, so dass die Erzeugung von geordnetem Schall weiter unterdrückt werden kann.
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Bei der Konfiguration nach Anspruch 3 weist das Phasenschwankungsmuster einen Teil mit einer Wellenlänge gleich einer Wellenlänge einer Hauptmomentschwankung auf, so dass der Einfluss auf die Momentschwankungen, die größere Geräusche oder Vibrationen hervorrufen können, auf effektive Weise abgemildert werden können.
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Bei der Konfiguration nach Anspruch 4 ist eine Wellenlänge des Phasenschwankungsmusters derart festgelegt, dass eine Wellenlänge gleich einer Hälfte oder dem Zweifachen der Wellenlänge der Hauptmomentschwankung vorgesehen ist, und daher kann ein Großteil von geordnetem Schall, der dem Zyklus der Hauptmomentschwankung entspricht, noch effektiver abgemildert werden.
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Bei der Konfiguration nach Anspruch 5 weist das Phasenschwankungsmuster eine Vielzahl von Zyklen pro Drehung des Kettenrads auf und ist die Vielzahl von Zähnen in einer Umfangsrichtung angeordnet, so dass die Anzahl von Zähnen, die einen Zyklus mit einer maximalen Wellenlänge bei dem Phasenschwankungsmuster bildet, kleiner ist als die Anzahl von Zähnen, über die die Kette läuft, so dass unvermeidlich ein Teil mit einer großen Phasenschwankung und ein Teil mit einer kleinen Phasenschwankung an einem Teil vorhanden sein kann, über den die Kette läuft, so dass die Kettenspannungsschwankungen verringert werden können.
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Bei der Konfiguration nach Anspruch 6 ist die Vielzahl von Zähnen in einer Umfangsrichtung angeordnet, so dass ein Winkelbereich mit einer maximalen Wellenlänge in dem Phasenschwankungsmuster einen Bereich aufweist, der mindestens zweimal so groß ist wie ein Winkelbereich mit einer minimalen Wellenlänge, und dass sich die Wellenlänge kontinuierlich verändert, und daher kann die Kettenspannungsschwankung weiter verringert werden.
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Bei der Konfiguration nach Anspruch 7 weist das Phasenschwankungsmuster Muster auf, zwischen denen maximale Schwankungsphasen unterschiedliche Pegel (Wellenhöhen) aufweisen, und daher kann der Betrag an Phasenverschiebung verändert werden, so dass eine Erzeugung von geordnetem Schall weiter unterdrückt werden kann.
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Figurenliste
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- 1 zeigt grafische Darstellungen von Phasenschwankungsmustern und Spannungsschwankungen aufgrund von Kettenrädern gemäß einer ersten und einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 2 zeigt eine grafische Darstellung eines Phasenschwankungsmusters aufgrund eines Kettenrads nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein Kettenrad gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Vielzahl von Zähnen auf, die derart ausgebildet sind, dass sie mit einer Kette zusammengreifen, wobei die Vielzahl von Zähnen derart angeordnet ist, dass sie ein Phasenschwankungsmuster mit einer Wellenform bildet, die eine Phase aufweist, welche zwischen einer positiven und einer negativen Seite schwankt, wenn die Phase, in der die Zähne mit der Kette in gleichen Intervallen zusammengreift, null ist, das Phasenschwankungsmuster derart festgelegt ist, dass es Teile mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweist, so dass eine Erzeugung von geordnetem Schall, der Zyklen entspricht, unterdrückt wird und eine Verstärkung von Spannungsschwankungen, Geräusch und Vibrationen, die auf die Phasenverschiebung in den Lastmomentschwankungen, Resonanz oder dergleichen zurückzuführen sind, verhindert werden kann, wobei der Einfluss von Spannungsschwankungen, die Lastmomentschwankungen entsprechen, abgemildert wird und Geräusch oder Vibrationen unterdrückt werden. Das Kettenrad kann jede spezifische Konfiguration aufweisen, wenn Vorstehendes erfüllt ist.
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Die Kette, die über das Kettenrad läuft, kann jede beliebige einer geräuschlosen Kette, einer Rollenkette und einer Buchsenkette oder ein flexibles Übertragungselement, wie z.B. ein Steuerriemen sein, wenn das Element mit den Zähnen des Kettenrads zusammengreifen kann.
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Die Zahnteilung variiert vorzugsweise als spezifisches Verfahren zum Bilden eines Phasenschwankungsmusters, wobei ein Phasenschwankungsmuster zum Beispiel durch Verändern der Form der Zahnzusammengreiffläche oder der Zusammengreifposition zwischen den Zähnen und der Kette in der radialen Richtung gebildet werden kann.
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Die Wellenform des Phasenschwankungsmusters kann einen Zyklus oder eine Vielzahl von Zyklen um das gesamte Kettenrad herum aufweisen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass sich der Ausdruck „Zyklus“ hier auf einen „Zyklus“ bezieht, der einem Satz einer Schwankung zu der positiven (Scheitel-) Seite und eine Schwankung zu der negativen (Tal-) Seite in der Wellenform des Phasenschwankungsmusters entspricht und die Idee einer Wellenform mit einer variierenden Wellenlänge innerhalb eines „Zyklus“ darstellt.
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Ein beispielhaftes Kettenrad gemäß der vorliegenden Erfindung mit 40 Zähnen zur Verwendung in einer Nockenwelle eines Reihen-Vierzylinder-Viertakt-DOHC-Motors wird beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist die Nockenwelle in dem Reihen-Vierzylinder-Viertakt-DOHC-Motor zwei Lastmomentschwankungen pro Umdrehung auf.
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Wenn ein Mechanismus zur variablen Ventilsteuerung vorgesehen ist, verändert sich die Phase in den Lastmomentschwankungen, wie in 1 gezeigt ist.
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Zunächst weist das bekannte Kettenrad, das in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2009-156320 offengelegt ist, ein Phasenschwankungsmuster mit zwei Zyklen auf, die synchronisiert sind, um die Lastmomentschwankungen aufzuheben, wie bei dem bekannten Beispiel von 1 gezeigt ist.
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In diesem Zustand ist die Kettenspannung in einem idealen Zustand gleichförmig, wie in 1 gezeigt ist, die Spannung ist in der Praxis jedoch nicht gleichförmig, zum Beispiel aufgrund von Temperaturveränderungen und Kettenlängung, und es treten zwei periodische Kettenspannungsschwankungen auf.
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Wenn sich die Phase in den Lastmomentschwankungen verschiebt, treten zwei periodische Kettenspannungsschwankungen auf, wie in 1 gezeigt ist.
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Im Gegensatz dazu weist, wie in 1 gezeigt ist, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, ein Kettenrad gemäß der ersten Ausführungsform ein Phasenschwankungsmuster mit einer Wellenform mit vier Zyklen auf, was das Zweifache der Lastmomentschwankungen ist, und die Wellenlänge ist derart festgelegt, dass sie sich kontinuierlich von lang zu kurz in jedem Zyklus und zwischen den Zyklen in der Umfangsrichtung verändert.
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Folglich schwankt die Kettenspannung, die Schwankungen weisen jedoch kleinere Wellenlängen auf als die Lastmomentschwankungen und werden ungeordnet, und selbst wenn sich die Phase in den Lastmomentschwankungen verschiebt, weist die Kettenspannung kleinere Wellenlängen auf als die Lastmomentschwankungen, die ungeordnet gehalten werden.
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Dadurch kann der Einfluss der Spannungsschwankungen, die den Lastmomentschwankungen entsprechen, abgemildert werden, kann die Erzeugung von geordnetem Schall, der Zyklen entspricht, unterdrückt werden, wobei Geräusch und Vibrationen unterdrückt werden, so dass eine Verstärkung der Spannungsschwankungen, des Geräuschs und der Vibrationen, die zum Beispiel auf die Phasenverschiebung in den Lastmomentschwankungen und eine Resonanz zurückzuführen sind, verhindert werden.
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Ein Kettenrad gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein Phasenschwankungsmuster mit einer Wellenform mit drei Zyklen auf, und die Wellenlänge des Phasenschwankungsmusters ist derart festgelegt, dass sie sich kontinuierlich von lang zu kurz in jedem Zyklus und zwischen den Zyklen in der Umfangsrichtung verändert, und die maximale Wellenlänge ist derart festgelegt, dass sie mit der Wellenlänge der Lastmomentschwankungen übereinstimmt und das Zweifache der minimalen Wellenlänge ist.
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Folglich weisen die Kettenspannungsschwankungen noch kleinere Wellenlängen auf als diejenigen der Lastmomentschwankungen und ist die Wellenlänge besonders klein, wenn sich die Phase der Lastmomentschwankungen verschiebt.
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Wie in 2 gezeigt ist, weist ein Kettenrad gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 21 Zähne auf, weist das Phasenschwankungsmuster fünf Zyklen auf und ist die Wellenlänge des Phasenschwankungsmusters derart festgelegt, dass sie sich von dem ersten zu dem fünften Zyklus kontinuierlich von lang zu kurz in der Umfangsrichtung verändert.
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Die maximale Schwankungsphase (Wellenlänge) in der positiven Richtung ist auf 0,3° vom ersten Zyklus zum dritten Zyklus und kleiner in dem vierten und dem fünften Zyklus festgelegt, während die maximale Schwankungsphase in der negativen Richtung auf 0,3° im zweiten Zyklus und kleiner im ersten Zyklus und im dritten bis fünften Zyklus festgelegt ist.
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Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen spezifische Beispiele der Phasenschwankungsmuster der erfindungsgemäßen Kettenräder betreffen, dürfen die beschriebenen Ausführungsformen nicht als Einschränkung der erfindungsgemäßen Kettenräder verstanden werden, und die Erfindung kann verschiedenen Modifikationen unterzogen werden.
