專利名稱：帶有交替節距的鏈輪的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鏈輪，特別是帶有圓形齒環的用于正時鏈傳動裝置的鏈 輪，所述齒環帶有多個圍繞其圓周分布的以不同的節距相互交替的齒和齒隙。 另外，本發明還涉及相應的鏈傳動裝置，特別是帶有傳動鏈和至少一個此類鏈 輪的正時鏈傳動裝置。
背景技術：
在汽車研發中，NVH特性(振動、噪聲、平順性)具有不斷增加的意義。 除購買者追求高的振動舒適性的希望之外，對駕駛員的較低的噪聲載荷和振動 載荷對于主動安全性也有貢獻。另外，振動載荷特別地影響了相關部件的壽命 和必要的尺寸設計。
在汽車中，多個部件同時作為振動和噪聲的激勵源。除內燃機本身外，激 勵源還有傳動系，變速器，通風機，進氣設備，排氣設備，以及輪胎和底盤， 其中單獨的聲源和振動源的份額不可忽略。不過，傳動系的振動和噪聲激勵(例 如曲軸和凸輪軸的旋轉振動，飛輪的不規則旋轉運動，曲軸的軸承載荷以及角 速度變化和轉矩激勵)在此起到主導作用。傳動系(特別是包括曲軸鏈輪，至 少一個凸輪軸鏈輪和傳動鏈的內燃機正時鏈傳動裝置)的這種動態載荷在整個 汽車內主導地進行，且與所有其它聲源和振動源疊加。
多年以來，傳動系內的動態載荷的降低-無論是齒帶傳動還是齒鏈傳動-一直是內燃機研發中的重點。在此，從DE37 39 336 C2中已知，通過使用振動 阻尼器來克服旋轉振動，然而這要求了明顯的附加成本和結構空間。在DE 39 20 528 Cl中建議，通過液壓制動裝置來克服來自凸輪軸的交變轉矩。對于齒帶傳 動，DE 195 20 508A1描述了用作凸輪軸帶輪的非圓形帶輪，以降低振動激勵。 在此，所示出的非圓形帶專侖具有四個突出的區域和四個凹入的區域，它們以夫見 則的間距圍繞帶輪布置。此外，已從JP 10266868 A中已知了用于齒帶正時傳 動的橢圓形的曲軸主動小齒輪。此外，DE 202 20 367 Ul和DE 203 19 172 Ul
4描述了不限于齒帶的同步傳動設備的研發，該同步傳動設備通過至少一個齒帶 輪上的非圓形的外形(特別是橢圓形外形)以反向波動的修正轉矩降低了傳動 系的動態載荷。
降低了載荷的正時鏈傳動裝置例如也已從EP 907 041 Bl和EP 1 308 646
A2中已知。在此，鏈輪的齒隙在其齒根圓直徑內(即在徑向位置內)相對于常 規的均勻的齒根圓偏置。以此方式，鏈節鉸鏈的徑向嚙合位置在鏈輪齒之間變 化，而處于嚙合的鏈節鉸鏈之間的節距保持恒定。在此，齒隙-齒根圓直徑的 布置或者隨機分布地選擇，或針對均勻正時鏈載荷來選擇。
此外，從DE 43 31 482 A2中已知了帶有鏈和鏈輪的鏈傳動裝置，所述鏈 由不同長度的鏈節形成，而所述鏈輪帶有相應的不同的齒節距。鏈在鏈輪齒內 的嚙合的重復次序的降低減小了周期性振動激勵和鏈傳動裝置的噪聲輻射。取 決于鏈節的不同長度，不同的齒節距的設計在鏈輪上以總是相同的設計而重復。 雖然此鏈傳動裝置使振動能量分布在三個頻率上，但鏈輪以及由不同長度的鏈 節形成的鏈的生產是昂貴的，且在更換時尤其容易導致安裝錯誤。
許多從現有技術中已知的用于降低傳動系的噪聲和振動載荷的解決方案 在其使用范圍內被證明是很好的。目前進一步改進汽車中的NVH特性的大量 努力要求即使是在主導的傳動系聲源和振動源中的進一步研發努力。此外，傳 動裝置的動態載荷在迄今為止可供利用的解決方案中總是相對較高。因此，在 正時傳動中的進一步載荷降低是希望的，且在正時傳動的范圍內也能通過尺寸 降低的效果而導致成本降低。
發明內容
本發明要解決的技術問題因此是降低傳動系內、特別是正時鏈傳動裝置內 的動態載荷且同時避免已知的解決方案的缺點，而具有盡可能相同的或僅微小 降低的性能。
此技術問題以此類鏈輪通過如下方式解決，即，使多個(優選至少三個) 相繼的節距在圓形齒環的第一區域上連續增加，且使多個(優選至少三個)相 繼的節距在圓形齒環的隨后的區域上連續地減小。在此，節距的連續變化可以 均勻地也可不均勻地進行，其中原理上正弦的節距變化是最合理的。但各帶有 兩級臺階的臺階形的節距也已獲得了積極的效果。在帶有連續增加的節距和連續減小的節距的區域之間可以布置帶有恒定節距(例如平均節距)的區域。然而，優選地，交替的區域相互鄰接地布置，以達到節距的盡可能積極的性能曲線。
置內導致了與振動載荷方向相反的附加振動激勵，以此振動激勵降低了在正時鏈傳動裝置內出現的鏈條力。在共振位置的區域上對正時傳動裝置的此有針對
性的附加激勵的設計使得鏈條力明顯下降，且因此除改進了 NVH特性外，在相同的效率和初始條件下也實現了較小的正時鏈傳動裝置的尺寸。
在此，帶有連續增加的節距的齒環區域和帶有連續減小的節距的齒環區域優選地相互交替，以使得在正時鏈傳動裝置內的鏈條力盡可能均勻地降低。
鏈輪自身或作為鏈傳動裝置的部分的一種有利的構造是，齒環的帶有連續增加的節距的區域和/或帶有連續減小的節距的區域至少具有四個不同的節距。節距的逐步的變化實現了緩慢建立的振動激勵，或由正時鏈傳動裝置內的鏈輪導致的鏈條力的緩慢升高或部分的補償。
鏈輪的一種合適的構造是，最大節距和最小節距之間的差異最多為最大節
距的35%,優選地最多為15%。對于不同節距的這種限界使得在相對于反向張
力激勵的平衡條件下鏈輪本身或是在根據本發明的鏈傳動裝置中仍能夠具有足
夠的或者說良好的同步運行特性，并實現了鏈傳動裝置的載荷降低。
為與非圓形鏈輪相比實現鏈段的橫向激勵的降低，齒環的齒^^艮圓可以構成
圓形的外形，使得各齒隙具有相同的齒根圓半徑。在此，對于盡可能均勻的圓形齒環外形，盡管齒環的齒頂圓的不同節距也可形成圓形的外形，使得齒也具有相同的齒頂圓半徑。
另外，本發明涉及鏈傳動裝置，特別是正時鏈傳動裝置，該鏈傳動裝置帶有傳動鏈和至少一個帶有圓形齒環的鏈輪，所述鏈輪具有多個在齒環的圓周上分布地布置的以不同的節距相互交替的齒和齒隙，其中多個相繼的節距在圓形齒環的區域上連續地增加，且多個相繼的節距在所述圓形齒環區域的隨后的優選地與所述圓形齒環區域鄰接的區域上連續地減小。在此類的鏈傳動裝置中，明顯的振動幅值可顯著降低。這樣的振動幅值例如在正時鏈傳動裝置中通過鏈傳動裝置的由內燃機引入的動態載荷產生。安裝在曲軸上的帶有不同的節距的鏈輪可以在正時鏈傳動裝置中引入一種振動，該振動特別地在發動機激勵的共振范圍內引起振動疊加，通過所述振動疊加以消除效應實現了鏈條力和共振振動的降低。在此，振動疊加可以事先通過在內燃機的共振范圍上的仿真來調整。通過齒環的不同的節距，齒隙的角位置也分別位移，其中在增加的節距中，在兩個相鄰的齒中心線以及齒隙中心線之間的角度也增加。通過相應地調整的，優選地借助于仿真計算的間距，使不同的節距以及齒隙角度之間的角度位移與現有的振動特性匹配。
為在均衡的載荷降低的情況下實現良好的同步特性，最大節距和最小節距
之間的差異最多為最大節距的35%,優選地最多為15%。如果在此使用常規的傳動鏈，即，具有帶有基本相同的鏈距的鏈節的傳動鏈，則不同的節距優選地小于或等于鏈距。然而，在為避免約束力的謹慎設計中，也可以出現大于鏈距的節距。在相同的鏈距的傳動鏈中，可使用標準鏈，例如滾子鏈或鉸接鏈，這除廉價的制造外也實現了無限定的鏈位置的簡單的安裝。小于或等于所屬傳動鏈的鏈距的節距防止了鏈在齒上的夾緊，且因此也防止了約束力的出現。
優選的實施形式在于，鏈的嚙合圓周在鏈輪的齒環上形成非圓形的外形。嚙合圓通過鏈的接觸點或者嚙合中的鏈的鉸接軸的位置的彎曲連接而形成。盡管形成為圓形的齒環，通過根據本發明的不同節距的設計，形成了鏈的嚙合圓的此類的非圓形外形。
在下文中將結合實施例詳細解釋本發明，各圖為
圖1示出了根據本發明的鏈輪的俯視圖；和
圖2示出了根據本發明的帶有兩個鏈輪的鏈傳動裝置的俯視圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據本發明的鏈輪1的視圖，鏈輪1帶有輪轂部分2和圓形的齒環3。在齒環3上布置有多個圍繞其圓周分布布置的相互交替的齒4和齒隙5。鏈輪1的中心點6同時是其旋轉軸線。
導引通過各齒4的尖端的彎曲的圓周形成了鏈輪1的齒頂圓7,其中齒4的尖端和中心點6之間的距離形成了齒頂圓半徑8。同樣，鏈輪1的齒根圓9由通過每個齒隙的最深區域的彎曲的圓周形成。齒根圓半徑10相應于齒隙5
7的最深點和鏈輪1的中心點6之間的距離。
鏈輪1的節圓11和節圓半徑12在此通過傳動鏈14 (在此為滾子鏈)的各鏈鉸接軸13在齒隙5內的位置的彎曲連接而確定，這與鏈14及其在相互鄰接的鏈節鉸鏈之間的-即在各鏈節鉸鏈或者鉸鏈滾子15在齒隙5內處于最優位置處的情況下-鏈距KT無關。如圖所示，節圓11通過鉸鏈滾子15以及鉸鏈套筒的鏈鉸接軸13的彎曲的連接得到，所述鉸鏈滾子15以及鉸鏈套筒彼此不連接地松弛地插入到齒隙5內。在此，所有齒隙5基本上大小相同，且鉸鏈滾子15布置在關于齒隙5的最優位置內。節圓半徑12則相應于鏈鉸接軸13在齒隙5內的獨立位置和鏈輪l的中心點6之間的距離。由此也可得到鏈輪1的節距T,該節距T由鏈節鉸鏈的鏈鉸接軸13在齒隙5內的獨立位置以及鏈鉸接軸13在下一個齒隙5內的獨立位置之間的直線距離給出。在齒隙5形狀均勻的情況下，即在鏡像形式的齒隙側的情況下，節距T也等于兩個相鄰的齒隙5的齒隙平分線與鏈輪1的節圓11的交點之間的距離。如果傳動鏈14形成為齒鏈，則節圓11和節圓半徑12通過齒鏈的齒與齒隙5的側面的接觸點而形成。
在圖1中圖示的鏈輪1具有不同的節距T1至T7。在圓形的齒環3的第一區域(T1至T4)內，節距T1至T4不斷增加。除用于鏈條力的均勻升高的均勻增加外，在希望的鏈條力上升的特定的形式中，非均勻的增加也是可以的。在齒環3的與之相連接的區域(T5至T7)夕卜，節距T5至T6持續減小。因此，T1小于T2， T2小于T3，且T3小于T4。同樣，T5大于T6，且T6大于T7。相互鄰接的節距T4和T5二者在此可以大約大小相同，或T5小于T4，使得節距T4也可視作齒環3的持續減小的第二區域的一部分。鏈輪1的不同的節距同時也導致所屬齒隙的齒隙平分線之間的不同的角度，使節距T1至T7的減小和增加也可類似地通過齒隙平分線之間的不同的角度限定。
雖然節距T1至T7不同，但各齒隙5的大小和形狀相同。節距的變化因此僅影響齒4的尺寸，齒4與節距一起連續增加和減小。齒隙5因此隨節距或齒隙平分線的角度的變化而移動。
與鏈距為KT的傳動鏈14 一起使用的常規鏈輪相比，根據本發明的鏈輪1不僅具有圓周上較小的節圓11,而且具有較小的齒頂圓7和齒根圓9。由此可得，鏈輪l的圓形齒環3整體上具有較小的圓周尺寸。
圖2示出了帶有兩個鏈輪1、 21和圍繞鏈輪1、 21放置的環形傳動鏈14的簡單的鏈傳動裝置20。在傳動鏈的載荷段中設有導軌22,導軌22在鏈輪1， 21之間支撐傳動鏈14。在傳動鏈14的空載段內設有另一個張緊軌23,張緊軌 23向傳動鏈14施加向外作用的恒定預緊力。張緊軌23為施加預緊力而被相應 地支承(未示出)，以便與張緊設備(未示出)連接。
圖2中示意地示出的鏈傳動裝置20可以用作四缸內燃機的最小正時鏈傳 動裝置。在此，較小的鏈輪1與內燃機的曲軸(未示出)相連，而較大的鏈輪 21則與內燃機的凸輪軸(未示出)相連。
凸輪軸鏈輪1相應地具有圍繞鏈輪的中心點6布置的圓形齒環3,所述齒 環3帶有并排布置的齒4和齒隙5，其中根據本發明，相繼的節距在齒環的第 一區域上持續增加，且在與齒環的第一區域鄰接的區域內持續減小。凸輪軸-鏈輪21相應地也具有圓形齒環3'，該齒環3'圍繞鏈輪21的中心點6'圓形地布 置。在此，與曲軸鏈輪l相比，凸輪軸鏈輪21的齒環3'具有雙倍數量的齒4和 齒隙5。
在運行中，在根據本發明的鏈傳動裝置20中，在此形成為鉸接鏈或套筒 鏈的傳動鏈14的鉸鏈滾子或套筒嚙合在鏈輪1的齒隙5內。優選地，鏈距KT 在鏈的長度上在傳動鏈14的鏈節的鉸鏈軸13之間保持相同。但在需要的情況 下，也可以使用低噪聲的帶有略微不同的鏈距的隨機鏈。鏈輪l的不同的節距 Tl至T7與傳動鏈14的鏈距KT以及平均鏈距不同。除大約等于鏈距KT -即 常規的鏈輪的標稱值-的節距外，鏈輪也具有較小的節距T。較大的節距在原 理上也是可以的，但與名義節距相比其效果可忽略。此外，在與鏈距KT相比 節距過大時出現了約束力，該約束力使鏈14被鏈輪的齒4夾緊，使得較大的節 距僅在很小的尺度上且在輕微的超尺寸上是合理的。因此，對其本身而言，節 距Tl至T7與平均節距相比通常變化±5%。此外，技術上的效率為直至約土 20 % 。
在鏈節鉸鏈嚙合在帶有較小的節距(例如Tl至T3、 T6和T7)的齒隙5 內時，鏈14在相對于節圓11略大的嚙合圓上運行，因為鏈節鉸鏈不能自由地 且獨立地插入齒隙5內，而是僅能與傳動鏈14的相鄰的鏈節相關聯地插入齒隙 5內。如果齒隙5的節距T接近傳動鏈的^t連距KT的標稱值，則嚙合圓也4妄近 由齒隙5給出的名義節圓11。如果節距T達到鏈距KT的值，則節圓ll和鏈 14的嚙合圓相重合。在節距T與鏈距KT相比較大時，嚙合圓也形成在節圓11上方。
根據本發明的鏈輪11的構造自身或作為鏈傳動裝置21的一部分通過在齒 環的第一區域上的相繼的節距的連續增加以及在齒環的與第一區域鄰接的第二 區域上的節距的連續減小而導致了在鏈輪1的圓形齒環3上的鏈14的嚙合圓的 非圓形外形。嚙合圓的非圓形外形通過在傳動鏈14上的明顯不同的鏈條力影響 了鏈傳動裝置的振動激勵，該振動激勵在鏈傳動裝置的現有的振動運動中，例 如在內燃機的正時鏈傳動裝置中可用于通過振動疊加而消除。通過優選地對于 共振范圍設計的此類的方向相反的鏈傳動裝置20的激勵，可顯著降低作用在傳 動鏈14上的鏈條力。通過振動疊加的消除效果也降低了鏈傳動裝置20的噪聲 形成，特別是在共振范圍內的噪聲形成。因此，除改進NVH特性外，根據本 發明的鏈輪1還實現了用于內燃機的正時鏈傳動裝置的尺寸降低。與在現有技 術中已知的非圓形鏈輪不同，通過根據本發明的這樣的鏈輪1降低了鏈回行段 (Kettentmmme )的 一黃向;敫^力。
不同的節距的最優次序、節距在齒環的不同區域內的次序以及節距增加和 節距減小的區域的在齒環圓周上的布置、以及均勻或不均勻變化的節距在齒環 的各區域內的決定可以以合適的方式通過仿真這樣地相互確定，4吏得特別地在 鏈傳動裝置20的共振范圍內形成盡可能最優的振動疊加，使得所得到的消除效 果優選地在最大振動激勵和噪聲激勵的區域內調節。
權利要求
1.一種鏈輪(1)，特別是用于正時鏈傳動裝置的鏈輪，帶有圓形齒環(3)，所述齒環(3)具有多個在齒環圓周上布置的相互交替的齒(4)和齒隙(5)以及不同的節距(T)，其特征在于至少三個相繼的節距(T)在所述齒環(3)的第一區域上連續地增加，且至少三個相繼的節距(T)在隨后的齒環(3)區域上連續地減小。
2. 根據權利要求1所述的鏈輪(1)，其特征在于所述齒環(3)的第一 區域和所述隨后的齒環(3 )區域相互鄰接。
3. 根據權利要求1或2所述的鏈輪(1 ),其特征在于所述齒環(3 )的 帶有連續增加的節距(T)的區域和所述齒環(3)的帶有連續減小的節距(T) 的區域相互交替。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的鏈輪(1 )，其特征在于所述齒環 (3)的帶有連續增加的節距(T)的區域和/或帶有連續減小的節距(T)的區域至少具有四個不同的節距(T)。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的鏈輪(1 )，其特征在于最大節距 和最小節距之間的差最多為最大節距的35%,優選地最多為最大節距的15%。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的鏈輪(1 )，其特征在于所述齒環 (3)的齒根圓(9)具有圓形外形。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的鏈輪(1 )，其特征在于所述齒環 (3)的齒頂圓(7)具有圓形外形。
8. —種鏈傳動裝置(20),特別是正時鏈傳動裝置，帶有傳動鏈(14)和 至少一個鏈輪(1 )，所述鏈輪(1 )帶有通常為圓形的齒環(3 ),所述齒環(3 ) 具有多個在齒環圓周上布置的相互交替的齒(4)和齒隙(5)以及不同的節距(T),其特征在于至少三個相繼的節距(T)在所述齒環(3)的第一區域上連續地增加，且 至少三個相繼的節距(T)在隨后的齒環(3)區域上連續地減小。
9. 根據權利要求8所述的鏈傳動裝置(20)，其特征在于所述齒環(3) 的第一區域和所述隨后的齒環(3)區域相互鄰接。
10. 根據權利要求8或9所述的鏈傳動裝置(20)，其特征在于所述齒環(3)的帶有連續增加的節距(T)的區域和所述齒環(3)的帶有連續減小的 節距(T)的區域相互交替。
11. 根據權利要求8至10中任一項所述的鏈傳動裝置(20),其特征在于 所述齒環(3 )的帶有連續增加的節距(T)的區域和/或帶有連續減小的節距(T) 的區域至少具有四個不同的節距(T)。
12. 根據權利要求8至11中任一項所述的鏈傳動裝置(20)，其特征在于 最大節距和最小節距之間的差最多為最大節距的35%，優選地最多為最大節距 的15%。
13. 根據權利要求8至12的一項所述的鏈傳動裝置(20),其特征在于 所述齒環(3)的齒根圓(9)具有圓形外形。
14. 根據權利要求8至13中任一項所述的鏈傳動裝置(20)，其特征在于 所述齒環(3)的齒頂圓(7)具有圓形外形。
15. 根據權利要求8至14中任一項所述的鏈傳動裝置(20)，其特征在于 所述傳動鏈(14)具有多個帶有基本上相同鏈距(KT)的鏈節。
16. 根據權利要求15所述的鏈傳動裝置(20 )，其特征在于所述齒環(3 ) 的不同的節距(T)小于或等于所述鏈距(KT)。
17. 根據權利要求8至16中任一項所述的鏈傳動裝置(20),其特征在于 所述鏈(14)的嚙合圓在所述鏈輪(1 )的所述齒環(3)上形成為非圓形外形。
全文摘要
本發明涉及帶有圓形齒環(3)的鏈輪(1)，齒環(3)帶有多個圍繞其圓周分布的以不同的節距(T)相互交替的齒(4)和齒隙(5)，其中多個相繼的節距(T)在齒環(3)的第一區域內連續增加，且在隨后的區域內連續地減小。本發明還涉及鏈傳動裝置(20)，特別是帶有傳動鏈(14)和至少一個此類鏈輪(1)的正時鏈傳動裝置。
文檔編號F16H55/30GK101517273SQ200780035538
公開日2009年8月26日 申請日期2007年4月26日 優先權日2006年7月25日
發明者安德烈亞斯·里茨 申請人:伊威斯發動機系統兩合公司