TWI392815B - Drive roller chain - Google Patents

Description

驅動用滾子鏈

本發明係關於驅動用滾子鏈，特別是關於能謀求輕量化之驅動用滾子鏈。

在日本特開2006－064049號公報記載之滾子鏈，其所具備之鏈板，比鏈銷之銷孔更前端側之外形，從銷孔中心觀察係以和中心線的夾角45度的方向最大的方式圓滑地鼓出。依據該滾子鏈之鏈板，可抑制重量增加而增大強度。

另外，日本特開平4－210144號公報記載之無聲鏈條的導鏈板，使其對負荷的變形量和鏈板相同，以減少施加於鏈銷之應力。該導鏈板上，除了供鏈銷通過之銷孔以外，還形成有開口或狹縫。

〔專利文獻1〕日本特開2006－064049號公報〔專利文獻2〕日本特開平4－210144號公報

專利文獻1所記載的滾子鏈，雖然程度不大但因形成有鼓出部，因此其重量之減輕有限。另一方面，專利文獻2所記載之無聲鏈，由於設有開口和狹縫，可期望一定程度的輕量化。然而，僅藉由以變形量和鏈板相同的方式來決定導鏈板的形狀，針對在維持強度以抑制對負荷的變形下同時達成輕量化的要求，並無法提供令人滿意的形狀。

本發明之目的係提供一種驅動用滾子鏈，其對負荷具有充分的強度，且能謀求輕量化。

為了解決上述課題之本發明之第1特徵，係將複數個鏈板互相用連結構件連結而成之驅動用滾子鏈，在前述鏈板設置：用來插嵌前述連結構件之二個連結用孔、形成於該二個連結用孔間之矩形窗。

本發明之第2特徵之驅動用滾子鏈，係由具有一對鏈銷孔之外鏈板以及具有一對襯套孔之內鏈板所構成，用兩端嵌合於前述內鏈板的襯套孔之襯套、插通該襯套且兩端嵌合於前述鏈銷孔之鏈銷，來使前述外鏈板及內鏈板互相連結而構成驅動用滾子鏈；前述外鏈板，係具有形成於前述一對鏈銷孔間之外窗，前述內鏈板，係具有形成於前述一對襯套孔間之內窗。

此外，本發明之第3特徵，係將前述外窗之外鏈板寬方向尺寸和前述鏈銷孔的直徑設為大致相同，將前述內窗之內鏈板寬方向尺寸和前述襯套孔的直徑設為大致相同。

此外，本發明之第4特徵，前述外鏈板及內鏈板，其長方向及寬方向都是形成對稱形狀。

此外，本發明之第5特徵，前述外窗及內窗係形成大致矩形；本發明之第6特徵，前述外窗及內窗之隅角係形成圓角。

本發明之第7特徵，前述外鏈板及內鏈板係具備：長方向兩端部之圓弧部分、從該圓弧部分大致直線地朝向長方向中央且朝該外鏈板及內鏈板的寬方向外側之邊；前述邊，係設定為朝向比前述外鏈板的前述圓弧部分之端部切線方向更內側。

本發明之第8特徵，前述外鏈板及內鏈板之外形及前述外窗及內窗的形狀，係根據應變能量的面方向分布之解析結果來決定。

依據第1~第4特徵，藉由在外鏈板及內鏈板開設窗，可謀求驅動用滾子鏈之輕量化。

依據第5及第6特徵，相較於圓形窗的情形其輕量化效果更佳。依據第6特徵，藉由使窗的隅角形成圓角，可將窗加大並避免應力集中。

依據第7特徵，能從外鏈板及內鏈板各個之兩端部的圓弧部分，以大致直線狀形成朝寬方向擴大且與圓弧部分相連之邊，而能形成儘量小的形狀。

依據第8特徵，藉由解析應變能量之面方向分布，能將傳送較大力量的部分和不太能傳送的部分予以區別，可正確地除去無用的部分而達成輕量化。

以下參照圖式說明本發明之一實施形態。第3圖係本發明的一實施形態之驅動用滾子鏈之主要部分立體圖，第4圖係其俯視圖。該驅動用滾子鏈，例如用來在機車內將引擎的輸出傳送至驅動輪。驅動用滾子鏈1，係將內鏈部2和外鏈部3依序連結成必要的長度而構成。內鏈部2，係由一對內鏈板(以下簡稱「內板」)4和形成於該內板4之襯套孔5內所插嵌之襯套6所構成。另一方面，外鏈部3，係由一對外鏈板(以下簡稱「外板」)7和形成於該外板7之銷孔8內所插嵌之鏈銷9所構成。

在內板4，除具有2個成一對的襯套孔5，還具有位於該襯套孔5間之矩形的開口(以下稱「內窗」)10。同樣地，在外板7，除具有2個成一對的銷孔8，還具有位於該銷孔8間之矩形的開口(以下稱「外窗」)11。

在組裝時，在內板4的襯套孔5插嵌襯套6而形成內鏈部2。又在1片外板7之銷孔8插嵌鏈銷9的一端。接著，使插嵌於外板7之鏈銷9的前端抵接於內鏈部2的一側面，在襯套6內插通遊嵌鏈銷9。另外，將貫穿襯套6而突出至相反側之鏈銷9的另一端，插嵌於另1片外板7之銷孔8。如此般組裝成1組的驅動用滾子鏈1。

此外，襯套6是以既定的緊固量塑性壓入襯套孔5，鏈銷9是以既定的緊固量塑性壓入銷孔8。又上述組裝順序僅是一例，也能採用各種變形。

進一步說明內板4及外板7的形狀。第1圖為內板4的前視圖，第2圖為外板7的前視圖，都是顯示1/4模型。亦即，內板4及外板7，在長方向及寬方向都是形成對稱形狀。

從第1圖可知，內窗10，在與內板4的長方向(襯套孔5、5之連結線方向)正交的方向(亦即寬方向)之尺寸h1，係和襯套孔5之直徑d1大致相同。

同樣地，從第2圖可知，外窗11，在與外板7的長方向(銷孔8、8之連結線方向)正交的方向(亦即寬方向)之尺寸h2，係和銷孔8之直徑d2大致相同。

此外，內板4及外板7各個，形成長方向兩端之部分圓41、71的圓弧角α 1、α 2，係比習知之內板、外板之圓弧角更小。為比較起見，在圖中用鏈線代表習知的內板及外板之外形和端部圓弧角(符號α 1－0、α 2－0)。亦即，本實施形態之內板4及外板7，係將習知設定成較大之端部部分圓的面積縮小，並將內板4及外板7的寬方向外形部分(邊)42、72設定成大致直線狀，且比起端部部分圓之切線方向T，係朝更內側延伸。

又內板4之邊42，係比外板7之邊72拉出直線度稍低的弧形。其原因在於，在內板4的情形，若邊42從端部圓弧部分起直線延伸，襯套孔5之緣部和邊42間的距離變得過短，可能無法傳送相當的負荷。藉由使邊42稍往外側鼓出，可獲得良好的耐負荷性。為了使邊42形成與邊72相同的直線，只要將圓弧角α 1設定成稍大於圓弧角α 2即可。藉此，能確保襯套孔5緣和邊42間具有足夠的距離。

內窗10及外窗11不限於矩形，如第2圖所示，在外板7及內板4之長方向中央部其寬度可稍縮小。此外，在內窗10及外窗11的隅角，為了避免應力集中可形成圓角。

如此般，本實施形態之驅動用滾子鏈1，係在內板4及外板7分別設置內窗10及外窗11，並將端部部分圓41、71之圓弧角縮小以減少其面積，相較於習知品可大幅地輕量化。例如，第1圖、第2圖所示者可達成約23%的輕量化。

其次說明，決定上述輕量化的內板4及外板7的形狀之程序。第5圖係顯示決定形狀的程序之流程圖。該決定形狀之程序包含：相位最佳化、形狀最佳化以及應力比較。

首先在步驟S1，將設計變數定為外板的1/4模型全區域之網格密度，將目的函數定為剛性最大化，將限制條件定為重量減少30%，進行相位最佳化。

相位最佳化是採用密度法來進行。在密度法，係假定外板7的材料之縱彈性模數E和密度ρ的N次方成比例(E＝ρ^N E0)，以各網格之密度比為設計變數而求出最佳相位。E0為所設定之縱彈性模數。藉由使各網格之密度ρ在0.0~1.0之間變化，而使計算相位最佳化時所使用之縱彈性模數E在0.0~E0之間變動。在計算最佳化時，係以模型12之全區域的各網格作為設計變數，該設計變數，為了滿足重量減少30%之限制條件、同時實現目的函數之剛性最大化，係反覆進行計算而求出最佳解。用以求出最佳解之有限元素分析軟體、有限元素模型製作程式等，可使用既有之物。

第6圖係顯示相位最佳化對象之滾子鏈模型之網格資料。有限元素模型12，係習知滾子鏈所使用之外板的1/4模型。解析時，係限制模型12之對稱邊界13、14，對銷孔8施加朝箭頭15方向作用的負荷P。又省略分割網格之圖示。

第6圖之濃淡圖案代表，計算相位最佳化所得之最佳解的密度分布。圖案濃的部分代表密度比淡的部分更大之區域，在該區域，外板可傳送更大的力量。亦即可判斷，滾子鏈之外板中，對能量傳送而言高濃度部分代表重要部分，而低濃度部分則是不太重要的部分。在模型12中，留白之區域16、17、18等，對滾子鏈之外板而言根本不重要，可考慮將其除去。

在第5圖之步驟S2，係進行形狀拓樸(topology)的決定。在步驟S2，根據相位最佳化所得之重要部分和不重要的部分，抽出外板7之期望形狀。亦即，解析人員係判斷，根據第6圖的圖案濃度而能分擔應變能量之最佳形狀，經由人工操作來決定控制點。

第7圖係顯示所決定的形狀之拓樸，符號18代表控制點。亦即，第6圖所示之包含高濃度部分的區域，係藉由特徵點之控制點18來定義，藉此決定外板7的形狀。銷孔8的形狀是用半徑來定義。

當決定形狀拓樸後，用步驟S3進行形狀最佳化。在步驟S2，僅決定出外板7之特徵點，在步驟S3，則加上尺寸進行計算。計算係使用用來進行形狀最佳化之既有程式。在進行形狀最佳化時，目標函數為剛性最大化，設計變數為控制點之移動，限制條件為重量減少30%。第8圖係顯示經形狀最佳化之控制點移動結果之網格資料。

在第5圖之步驟S4，係對經步驟S1~S3決定形狀後之外板7、和習知形狀之外板，進行CAE之應力比較。應力之評價，係計算其馮密士(Mises)應力。馮密士應力之計算可藉由汎用的構造解析程式來執行。又應力之評價，並不限於藉由計算馮密士應力來進行。

第9圖係顯示習知的外板的馮密士應力，第10圖係顯示經本實施形態之上述程序所決定出之外板的馮密士應力。該等圖中，應力較大的部分20、21都是位於銷孔8的週邊附近，且分布於外板7的外窗11以外的區域。如此可知，本實施形態之外板7形狀，係將習知外板中之應力小的部分除去，而保留應力大的部分。亦即，本實施形態之外板7，係將習知品之無用部分除去，並藉由相位最佳化以及形狀最佳化的手法來達成重量最小化。

除經由計算來進行應力解析外，對習知品之外板的銷孔施加朝外板長邊外周方向的負荷而進行拉伸試驗，製作出在銷孔周圍的四部位的應力－應變曲線圖。結果，隨著應力增大，銷孔週邊之外板長方向的應變變得極小，可知該部分係和剛性無關的區域。結果符合上述馮密士應力的分布，藉由上述相位最佳化、形狀最佳化以及應力比較、拉伸試驗等，可決定出最佳輕量化之外板7的形狀，內板4的形狀也能以相同的手法來決定。

1．．．驅動用滾子鏈

2．．．內鏈部

3．．．外鏈部

4．．．內板

5．．．襯套孔

6．．．襯套

7．．．外板

8．．．銷孔

9．．．鏈銷

10．．．內窗

11．．．外窗

12．．．有限元素模型

13．．．對稱邊界

42、72．．．邊

第1圖係構成本發明的一實施形態之驅動用滾子鏈的內板之前視圖。

第2圖係構成本發明的一實施形態之驅動用滾子鏈的外板之前視圖。

第3圖係本發明的一實施形態之驅動用滾子鏈之立體圖。

第4圖係本發明的一實施形態之驅動用滾子鏈之俯視圖。

第5圖係外板形狀的決定程序之流程圖。

第6圖係顯示相位最佳化對象之滾子鏈模型之密度的網格資料。

第7圖係顯示形狀的拓樸圖。

第8圖係顯示經形狀最佳化之控制點移動結果的網格資料。

第9圖係顯示習知的外板的馮密士應力。

第10圖係顯示依本實施形態的程序所決定之外板的馮密士應力。

4．．．內板

5．．．襯套孔

10．．．內窗

41．．．圓弧部分

42．．．邊

α 1,α 1－0．．．圓弧角

d1．．．襯套孔之直徑

h1．．．內窗之寬方向尺寸

r．．．圓角

T．．．切線方向

Claims (5)

1. 一種驅動用滾子鏈，係由分別具有一對鏈銷孔之複數個外鏈板以及分別具有一對襯套孔之複數個內鏈板所構成，用兩端嵌合於前述內鏈板的襯套孔之襯套、插通該襯套且兩端嵌合於前述鏈銷孔之鏈銷，來使前述外鏈板及內鏈板互相連結而構成驅動用滾子鏈；其特徵在於：前述外鏈板，係具有形成於前述一對鏈銷孔間之外窗；前述內鏈板，係具有形成於前述一對襯套孔間之內窗；前述外鏈板及內鏈板，其長方向及寬方向都是形成對稱形狀；前述外鏈板及內鏈板的外形係具備：長方向兩端部之圓弧部分、從該圓弧部分大致直線地朝向長方向中央且朝該外鏈板及內鏈板的寬方向外側之邊；前述外鏈板之邊，係設定為朝向比前述外鏈板的前述圓弧部分之端部切線方向更內側。
2. 如申請專利範圍第1項之驅動用滾子鏈，其中，前述外窗之外鏈板寬方向尺寸和前述鏈銷孔的直徑大致相同；前述內窗之內鏈板寬方向尺寸和前述襯套孔的直徑大致相同。
3. 如申請專利範圍第1項之驅動用滾子鏈，其中，前述外窗及內窗係形成大致矩形。
4. 如申請專利範圍第3項之驅動用滾子鏈，其中，前述外窗及內窗之隅角係形成圓角。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之驅動用滾子鏈，其中，前述外鏈板及內鏈板之外形及前述外窗及內窗的形狀，係根據應變能量的面方向分布之解析結果，以和該應變能量小的部位大致一致的方式來決定。