專(zhuān)利名稱(chēng)：滾柱鏈的隨機(jī)化鏈輪的制作方法
本申請(qǐng)要求于1997.10.03申請(qǐng)的、流水號(hào)為60/060,806的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該案在本文被參考引用。
本發(fā)明的背景本發(fā)明涉及一種滾柱鏈的鏈輪，該鏈輪被這樣設(shè)計(jì)，可用來(lái)調(diào)節(jié)普能滾柱鏈的嚙合頻率而不需將嚴(yán)厲的沖擊載荷施加在滾柱或襯套上。本發(fā)明在調(diào)節(jié)滾柱的嚙合時(shí)采用的方法是使?jié)L柱在徑向上的安置位置隨機(jī)化，同時(shí)在安置的滾柱之間保持恒定的弦長(zhǎng)。具體地說(shuō)，鏈輪根(或在鏈輪齒之間用來(lái)安置滾柱的部分)的根直徑沿鏈輪的圓周被隨機(jī)化。
無(wú)聲鏈早就采用隨機(jī)化的鏈輪，企圖用來(lái)調(diào)節(jié)鏈節(jié)和鏈輪的嚙合頻率。但鏈輪的隨機(jī)化在傳統(tǒng)上是通過(guò)從某些鏈輪齒的側(cè)邊淺削或去除少量的材料來(lái)完成的。淺削的鏈輪齒一般按預(yù)定模式環(huán)繞鏈輪被間布在未淺削的鏈輪齒之間。這樣構(gòu)成的鏈驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可對(duì)來(lái)自以俯仰振動(dòng)頻率(pitch freqnency)嚙合的噪聲進(jìn)行調(diào)制。這種鏈條的一個(gè)例子公開(kāi)于美國(guó)專(zhuān)利No.3,377,875。
當(dāng)無(wú)聲鏈與這樣一個(gè)普通隨機(jī)化的鏈輪接觸時(shí)，鏈節(jié)的弦位置會(huì)自鏈輪齒至鏈輪齒變化。結(jié)果，鏈條內(nèi)的某些鏈節(jié)當(dāng)與跟隨一系列淺削齒(veliaved teeth)的一個(gè)未淺削的鏈輪齒嚙合時(shí)就會(huì)受到較高的沖擊載荷。
采用這種具有淺削齒的鏈輪的滾柱鏈將使一些滾柱受到較高的沖擊載荷，導(dǎo)致滾柱發(fā)生過(guò)早的疲勞損壞。由于滾柱疲勞是高速滾柱鏈的一個(gè)主要損壞、模式，因此這個(gè)問(wèn)題成為滾柱鏈采用普通隨機(jī)化鏈輪的一個(gè)主要障礙。
美國(guó)專(zhuān)利No 3,448,629的目標(biāo)是在滾柱鏈中減少鏈的沖擊，它的做法是根據(jù)理論上相對(duì)于給定鏈條的正確底直徑修正鏈輪根的底直徑，并將鏈輪相鄰齒之間的間隙放寬到足可使修正的鏈輪與鏈條嚙合。這種鏈輪并沒(méi)有使圍繞鏈輪圓周的鏈輪根的根直徑隨機(jī)化。
1997.03.27公告的PCT國(guó)際公報(bào)WO 97/11292曾公開(kāi)一種滾柱鏈定時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其目標(biāo)是減少?zèng)_擊噪聲，做法是使齒變薄并延長(zhǎng)每一對(duì)齒之間的根面。通過(guò)詳細(xì)的計(jì)算，根面被延長(zhǎng)，導(dǎo)致齒從驅(qū)動(dòng)齒側(cè)到滑行齒側(cè)(Coast Flank)的厚度的減少。結(jié)果是在整個(gè)鏈條的設(shè)計(jì)壽命內(nèi)所有卷繞在鏈輪上的滾柱都能保持接觸。
本發(fā)明的綜述本發(fā)明的目標(biāo)是變化滾柱在徑向上的安置位置，同時(shí)在安置的滾柱之間保持恒定的弦長(zhǎng)。這個(gè)變化或隨機(jī)化是用來(lái)產(chǎn)生噪聲調(diào)制的效果，同時(shí)避免普通隨機(jī)化的鏈輪產(chǎn)生的高沖擊所帶來(lái)的負(fù)面影響。
在一個(gè)實(shí)施例中，滾柱鏈和鏈輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的滾柱鏈具有多對(duì)交錯(cuò)排列的鏈節(jié)。這些對(duì)鏈節(jié)都由樞軸銷(xiāo)互連。每一互連樞軸銷(xiāo)含有一個(gè)可自由環(huán)繞該銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)而一般為圓形的滾柱件。
滾柱鏈的構(gòu)造使它能環(huán)繞一個(gè)一般為圓形而在其圓周上設(shè)有多個(gè)間隔的齒的鏈輪旋轉(zhuǎn)。鏈輪齒具有位在相鄰齒之間用來(lái)接納滾柱并使?jié)L柱安置的根部。
每一根部都有一個(gè)根半徑，其定義為鏈輪中心與根部上最接近鏈輪中心之點(diǎn)在徑向上的距離。至少某些根部具有第一根半徑，而其余根部中的至少某些根部具有比第一根半徑小的第二根半徑。
第一根半徑和第二根半徑是這樣確定的，使相鄰滾柱中心之間的距離沿安置在鏈輪根部?jī)?nèi)滾柱大致相等。換句話說(shuō)，弦線上的節(jié)距，即在鏈條內(nèi)相鄰滾柱中心之間的距離在成對(duì)相鄰滾柱之間都相同。
滾柱鏈和鏈輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可包括一個(gè)鏈輪，其上有多個(gè)根部，具有第一根半徑，還有多個(gè)根部，具有第二根半徑。具有第一根半徑的根部隨機(jī)排列，而具有第二根半徑的根部按照預(yù)定模式排列在鏈輪周邊上。所謂隨機(jī)排列意謂其模式是在第一半徑和第二半徑之間交錯(cuò)，并且不是一種在第一和第二半徑之間純粹交替的模式。
滾柱鏈和鏈輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還可包括多個(gè)具有比第二根半徑小的第三根半徑的根部。這樣，第一、第二和第三根半徑便分別為環(huán)繞鏈輪的最大、公稱(chēng)和最小根半徑。這時(shí)具有第三根半徑的根部隨機(jī)排列，而具有第一根半徑的根部和具有第二根半徑的根部則按預(yù)定模式排列在鏈輪的周邊上。預(yù)定模式最好這樣排列，使至少有一個(gè)具有第二根半徑或公稱(chēng)半徑的根部總是被排列在一個(gè)具有第一半徑或最大半徑的根部和一個(gè)具有第三半徑或最小半徑的根部之間。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為滾柱鏈鏈輪的一部分的側(cè)立視圖，用來(lái)說(shuō)明根直徑、節(jié)圓直徑和外直徑的位置；圖2為相鄰鏈輪齒的剖視圖，用來(lái)說(shuō)明公稱(chēng)安置半徑、上安置半徑和下安置半徑；圖3為鏈輪一部分的側(cè)剖視圖，用來(lái)說(shuō)明相關(guān)滾柱鏈的滾柱的安置情況；及圖4為一滾柱和相關(guān)鏈輪齒的剖視圖。
本發(fā)明的說(shuō)明本發(fā)明的目標(biāo)是滾柱鏈的隨機(jī)鏈輪，其中鏈輪齒在徑向和圓周方向上的位置從原來(lái)傳統(tǒng)的均勻間隔的布置被略加調(diào)節(jié)(即隨機(jī)化)。在這種方式中，滾鏈輪齒之間的徑向安置位置有變化，而在安置的滾柱之間的節(jié)距(或弦長(zhǎng))保持不變。
在構(gòu)制隨機(jī)鏈輪時(shí)，首先確定一個(gè)平均的安置半徑，使在鏈輪上的開(kāi)始和終止位置平滑地地連結(jié)。安置半徑被這樣調(diào)節(jié)使?jié)L柱安置在兩個(gè)鏈輪齒之間的根部?jī)?nèi)的徑向距離或?yàn)楣Q(chēng)安置半徑，或?yàn)樯?最大)安置半徑，或?yàn)橄?最小)安置半徑。作為替代方式，滾柱安置在兩個(gè)鏈輪齒之間的根部?jī)?nèi)的徑向距離也可以是最大安置半徑或最小安置半徑。
在整個(gè)鏈輪上滾柱安置在鏈輪齒之間的位置可按預(yù)定的模式隨機(jī)變化。該模式最好是在每一個(gè)具有最大或最小安置半徑的滾柱之前和之后設(shè)置一個(gè)具有公稱(chēng)安置半徑的滾柱。當(dāng)只采用兩種安置半徑時(shí)，安置半徑的模式應(yīng)為隨機(jī)的，而不是交替在最大值和最小值之間變化。
滾柱安置半徑的變化可調(diào)節(jié)滾柱連續(xù)沖擊鏈輪的定時(shí)。但在安置滾柱之間的節(jié)距維持不變時(shí)，在滾柱和鏈輪齒之間的沖擊載荷會(huì)被減少。
在圖1中示出的鏈輪10上有安置在兩個(gè)齒18、20上的相關(guān)滾柱鏈的三個(gè)滾柱12、14、16。鏈輪的特征為外直徑(OD)、根直徑(RD)和節(jié)圓直徑(PD)。外直徑為從鏈輪中心點(diǎn)到齒的最外點(diǎn)的距離。根直徑為從鏈輪中心點(diǎn)到位在兩個(gè)相鄰鏈輪齒之間的根部最低點(diǎn)的距離。節(jié)圓直徑為從鏈輪的中心點(diǎn)到鏈輪的節(jié)圓的距離。每滾柱還具有一個(gè)尺寸為D的直徑。
在圖2、3和4中示出與滾柱的最大安置半徑(R3)、最小安置半徑(R1)、和公稱(chēng)安置半徑(R2)相應(yīng)的圓弧。隨著滾柱從兩個(gè)鏈輪齒之間的一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，滾柱安置的徑向位置也在變化，從最大半徑變到公稱(chēng)半徑再變到最小半徑。鏈輪的角位移是在一個(gè)位置的滾柱中心與在另一個(gè)相近位置的滾柱中心兩者之間的角距離。環(huán)繞鏈輪從一個(gè)位置到另一個(gè)位置，角位移被有效地改變著。本發(fā)明在于這樣一個(gè)構(gòu)思，即從一個(gè)根部到另一個(gè)根部的角位移上極小的變化能對(duì)滾柱與安置位置接合的定時(shí)有很大的影響，因此能對(duì)沖擊噪聲的產(chǎn)生有很大的影響。沖擊噪聲既包括從滾柱或襯套撞擊到根部底的徑向分量，也包括從滾柱或襯套撞擊到根部一側(cè)(或齒)的切向分量。本發(fā)明主要在于徑向分量的隨機(jī)化，這一點(diǎn)正好與某些現(xiàn)有技術(shù)的鏈輪中用淺削齒側(cè)來(lái)修正切向分量的方法相反。
與此同時(shí)，在安置滾柱之間的節(jié)距(或弦長(zhǎng))保持不變。這樣可減少滾柱施加在齒上的沖擊載荷。從一個(gè)齒到另一個(gè)齒在安置位置上的變化可調(diào)節(jié)接觸沖擊的定時(shí)。這個(gè)調(diào)節(jié)可減少鏈驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的俯仰振動(dòng)頻率噪聲。
由于根直徑的修正，沿齒上任一點(diǎn)量得的有效齒厚從一個(gè)齒到另一個(gè)齒環(huán)繞整個(gè)鏈輪都將發(fā)生變化。但將滾柱夾持在安置位置上的根部或槽的幾何形狀從一個(gè)齒到另一個(gè)齒一般保持不變。本發(fā)明的設(shè)計(jì)目標(biāo)是保持滾柱與鏈輪根的接合(或安置)，只是從一個(gè)齒到另一個(gè)齒沿徑向變化根的位置。因此本發(fā)明的修正目標(biāo)是根的位置而不是齒的輪廓。
可以選定各齒環(huán)繞鏈輪行進(jìn)時(shí)安置位置變化的模式。該模式最好是隨機(jī)的，即它在環(huán)繞鏈輪時(shí)是不規(guī)則地變化的。最好在模式中并不包含從上安置位置或下安置位置到另一個(gè)極端位置的任何突變而不通過(guò)公稱(chēng)安置位置至少一個(gè)齒。避免突變可使鏈條平穩(wěn)運(yùn)行、減少機(jī)械噪聲并減少滾柱的磨損。
為了形成本發(fā)明的鏈輪的輪廓，必須確定每一根部的安置半徑的位置(或鏈輪齒之間安置滾柱的空間)。在安排每一滾柱的安置位置時(shí)，安置滾柱之間的節(jié)距必須保持不變。
首先選定平均節(jié)圓半徑R2的起始值。可選擇節(jié)距的值即公稱(chēng)節(jié)圓半徑的值1/2×P×1/Sin(180/N)，其中N為鏈輪齒的數(shù)目。換句話說(shuō)，R2的起始值可以是在相關(guān)鏈條上相鄰安置滾柱之間的節(jié)距P1除以2×Sin(180/N)。
然后可從從均節(jié)圓半徑值計(jì)算出最小和最大節(jié)圓半徑值。最小半徑，即R1可從R2減去齒頂?shù)烬X頂節(jié)圓半徑的變化值(Delta)的一半計(jì)算出來(lái)，最大半徑R3可從R2加上齒頂?shù)烬X頂節(jié)圓半徑的變化值(Deolta)的一半計(jì)算出來(lái)。然后可將第一滾柱的中心設(shè)置在鏈輪的上止點(diǎn)距離鏈輪中心為R2的地方。接著可設(shè)置下一個(gè)鄰近的滾柱的中心，使離開(kāi)第一滾柱中心的弦長(zhǎng)(或公稱(chēng)節(jié)距值)為一恒定值而離開(kāi)鍵輪中心點(diǎn)的徑向距離R1、R2或R3則取決于所選用的隨機(jī)模式。接下來(lái)再設(shè)置下一個(gè)鄰近的滾柱，使它離第二滾柱的中心為恒定的弦長(zhǎng)P，而離開(kāi)鏈輪中心點(diǎn)的徑向距離R1、R2或R3則取決于所選用的隨機(jī)模式。
作為一個(gè)例子，在一商品的發(fā)動(dòng)機(jī)定時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用的滾柱鏈的標(biāo)準(zhǔn)鏈輪中曾采用過(guò)本發(fā)明。最大和最小半徑之間的變化被任意定為1mm。于是將根半徑的差異定為1/2mm或1/4mm。也可采用其他半徑差異，取決于鏈輪大小和其他方面的考慮。
如圖所示，滾柱12和14以節(jié)距P1隔開(kāi)，滾柱14和16以節(jié)距P2隔開(kāi)。按照本發(fā)明，P1當(dāng)與P2相同，并且環(huán)繞整個(gè)鏈輪在安置滾柱之間的其余節(jié)距都應(yīng)相同。但當(dāng)滾柱環(huán)繞鏈輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，各滾柱被安置在離開(kāi)鏈輪10的中心點(diǎn)(C)不同的距離上。例如，滾柱12被安置在半徑R1上、滾柱14被安置在半徑R2上、滾柱16被安置在半徑R1上。
為了完成整個(gè)鏈輪，在所安置的第一滾柱和所安置的最后一個(gè)滾柱之間的弦線節(jié)距也必須等于公稱(chēng)節(jié)距。如果弦線節(jié)距與其他安置的滾柱不同，那么必須增加或減少平均節(jié)圓半徑R2并重新形成鏈輪的輪廓。一旦安置的滾柱被合適地定位在該輪廓上，鏈輪齒便可這樣定位，使每一根部或安置位置的徑向位置在安裝位置和其配合滾柱之間以所需的間隙設(shè)定，并且齒間空隙的中心線與從鏈輪中心到配合滾柱中心的徑線重合。鏈輪的最終輪廓也可能需要用到兩個(gè)相鄰齒間的混合半徑。
這樣，在所提供的鏈輪輪廓件，安置滾柱的中心之間的距離(或節(jié)距或弦長(zhǎng))可沿整個(gè)鏈輪保持恒定，而每一滾柱的安置位置則可變化，使相關(guān)滾柱的中心處在離鏈輪中心點(diǎn)的三個(gè)徑向距離中的一個(gè)距離的弧線上。
本發(fā)明可用于軸套鏈上，其中在軸套的外面沒(méi)有滾柱，由軸套直接與鏈輪齒接觸。本發(fā)明也可用于無(wú)聲鏈上，其中無(wú)聲鏈鏈節(jié)在鏈輪上的沖擊可用與上述相同的方式予以修正。
權(quán)利要求
1．一種滾柱鏈和鏈輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括一條滾柱鏈，其上有多對(duì)交錯(cuò)排列的鏈節(jié)，所說(shuō)這些對(duì)鏈節(jié)都由樞軸銷(xiāo)互連，每一所說(shuō)樞軸銷(xiāo)都含有一個(gè)環(huán)繞所說(shuō)銷(xiāo)可自由旋轉(zhuǎn)的大致圓形的滾柱件；一個(gè)大致為圓形的鏈輪，在其圓周上設(shè)有多個(gè)間隔的齒，所說(shuō)鏈輪包括位在相鄰齒對(duì)之間用來(lái)接納所說(shuō)滾柱的根部，每一所說(shuō)根部有一個(gè)根半徑，其定義為所說(shuō)鏈輪中心與沿所說(shuō)根部最接近鏈輪中心之點(diǎn)在徑向上的距離，至少一個(gè)所說(shuō)根部具有第一根半徑，至少一個(gè)所說(shuō)根部具有第二根半徑，所說(shuō)第二根半徑小于所說(shuō)第一根半徑，所說(shuō)第一根半徑和所說(shuō)第二根半徑被這樣限定，使相鄰滾柱中心之間的距離一般等于安置在所說(shuō)鏈輪根部?jī)?nèi)的所說(shuō)滾柱中心之間的距離。
2．按照權(quán)利要求1的滾柱鏈和鏈輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征為，多個(gè)所說(shuō)根部具有所說(shuō)第一根半徑，多個(gè)所說(shuō)根部具有所說(shuō)第二根半徑，具有所說(shuō)第一根半徑的所說(shuō)根部隨機(jī)排列，而具有所說(shuō)第二根半徑的所說(shuō)根部按照預(yù)定模式排列在所說(shuō)鏈輪周邊上。
3．按照權(quán)利要求1的滾柱鏈和鏈輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征為，多個(gè)根部具有第三根半徑，所說(shuō)第三根半徑小于所說(shuō)第二根半徑。
4．按照權(quán)利要求3的滾柱鏈和鏈輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征為，具有所說(shuō)第三根半徑的所說(shuō)根部隨機(jī)排列，而具有所說(shuō)第一根半徑的所說(shuō)根部和具有所說(shuō)第二根半徑的所說(shuō)根部則按預(yù)定模式排列在所說(shuō)鏈輪周邊上。
5．按照權(quán)利要求4的滾柱鏈和鏈輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所說(shuō)預(yù)定模式為這樣的排列，使至少有一個(gè)具有所說(shuō)第二根半徑的根部總是排列在一個(gè)具有所說(shuō)第一根半徑的根部和一個(gè)具有所說(shuō)第三根半徑的根部之間。
6．按照權(quán)利要求4的滾柱鏈和鏈輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征為，所說(shuō)模式可部分包括下列根半徑的順序第一半徑、第二半徑、第三半徑、第三半徑、第二半徑、第一半徑。
全文摘要
本發(fā)明的目標(biāo)是要變化滾柱的徑向安置位置,同時(shí)在安置的滾柱之間保持恒定的弦長(zhǎng)。滾柱鏈的鏈輪齒之間的根部具有可在公稱(chēng)半徑、最大半徑和最小半徑之間變化的半徑。變化或隨機(jī)化的目的是要產(chǎn)生調(diào)制噪聲的效果,同時(shí)避免傳統(tǒng)的隨機(jī)化鏈輪帶來(lái)的高沖擊所引起的負(fù)面影響。
文檔編號(hào)F16H57/00GK1214421SQ9811943
公開(kāi)日1999年4月21日 申請(qǐng)日期1998年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月3日
發(fā)明者T·J·勒德維納, J·A·赫默 申請(qǐng)人:博格-華納汽車(chē)有限公司