非圓形的旋轉(zhuǎn)部件的制作方法
【專利摘要】提供了旋轉(zhuǎn)部件，包括具有非圓形周邊的本體和圍繞本體的周邊定位的多個齒。該本體的非圓形周邊導(dǎo)致在旋轉(zhuǎn)部件圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)期間在與旋轉(zhuǎn)部件接合的循環(huán)傳動構(gòu)件中產(chǎn)生的張緊力的變化。谷部將每個齒和相鄰的每個齒分開。每個谷部的寬度和齒距中的至少一者與在旋轉(zhuǎn)部件圍繞軸線旋轉(zhuǎn)期間當(dāng)谷部接納帶齒時在循環(huán)傳動構(gòu)件中產(chǎn)生的張緊力的量大致相關(guān)。在優(yōu)選的實施方式中，谷部寬度和齒距兩者均與在旋轉(zhuǎn)部件圍繞軸線旋轉(zhuǎn)期間當(dāng)谷部接納帶齒時在循環(huán)傳動構(gòu)件中產(chǎn)生的張緊力的量大致相關(guān)。
【專利說明】非圓形的旋轉(zhuǎn)部件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及非圓形的旋轉(zhuǎn)部件，該非圓形的旋轉(zhuǎn)部件特別地但非唯一地用于同步 傳動裝置，并且本發(fā)明涉及構(gòu)造這種部件的方法。該部件可以包括特別地但非唯一地在內(nèi) 燃發(fā)動機中用于消除或減少機械振動的非圓形的鏈輪部件。

【背景技術(shù)】
[0002] 同步傳動系統(tǒng)，如基于正時皮帶的系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于機動車輛中以及工業(yè)應(yīng)用中。 例如，在機動車輛中，正時皮帶或鏈被用來驅(qū)動打開和關(guān)閉發(fā)動機進氣門和排氣門的凸輪 軸。另外，其他設(shè)備如水泵、燃油泵等也可以由同一根皮帶或鏈驅(qū)動。
[0003] 內(nèi)燃發(fā)動機在其運行期間會產(chǎn)生多種類型的機械振動，并且這些振動通常通過同 步傳動系統(tǒng)中的正時皮帶或鏈傳遞。機械振動的特別集中的來源由進氣門和排氣門以及打 開和關(guān)閉這些進氣門和排氣門的凸輪軸提供。打開和關(guān)閉進氣門和排氣門導(dǎo)致了稱為扭轉(zhuǎn) 振動的振動類型。當(dāng)這些振動的頻率接近傳動系統(tǒng)的自然頻率時，發(fā)生系統(tǒng)共振。在共振 時，扭轉(zhuǎn)振動和皮帶段張緊力波動處于其最大值。
[0004] 扭轉(zhuǎn)振動導(dǎo)致皮帶或鏈的張緊力波動，這能夠增加磨損并減短皮帶或鏈的壽命。 扭轉(zhuǎn)振動還可以引起正時誤差，并產(chǎn)生不期望的噪聲量。
[0005] 已知在這種傳動系統(tǒng)中提供非圓形的鏈輪部件以嘗試減少或消除振動。然而，至 少一些這種鏈輪設(shè)計成具有恒定的齒距和恒定的谷部寬度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 提供了一種非圓形的旋轉(zhuǎn)部件，其包括具有非圓形周邊的本體和圍繞本體的周邊 定位的多個齒。該本體的非圓形周邊導(dǎo)致在旋轉(zhuǎn)部件圍繞軸線旋轉(zhuǎn)期間在與旋轉(zhuǎn)部件接合 的循環(huán)傳動構(gòu)件中產(chǎn)生的張緊力變化。谷部將每個齒與相鄰的每個齒分開。每個谷部的寬 度和齒距中的至少一者與在旋轉(zhuǎn)部件圍繞軸線旋轉(zhuǎn)期間當(dāng)谷部接納皮帶齒時在循環(huán)傳動 構(gòu)件中產(chǎn)生的張緊力的量大致相關(guān)。在優(yōu)選的實施方式中，谷部寬度和齒距兩者均與在旋 轉(zhuǎn)部件圍繞軸線旋轉(zhuǎn)期間當(dāng)谷部接納皮帶齒時在循環(huán)傳動構(gòu)件中產(chǎn)生的張緊力的量大致 相關(guān)。
[0007] 如本文所描述并在圖6中所示的，還提供了一種用于形成非圓形的旋轉(zhuǎn)部件的輪 廓的方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 現(xiàn)在將參考附圖通過示例的方式對實施方式進行描述，在附圖中：
[0009] 圖la為用于D0HC(雙頂置凸輪軸）機動車輛內(nèi)燃發(fā)動機的結(jié)合了非圓形鏈輪的 同步傳動裝置的示意圖；
[0010] 圖lb為用于S0HC(單頂置凸輪軸）機動車輛內(nèi)燃發(fā)動機的結(jié)合了非圓形鏈輪的 同步傳動裝置的示意圖；
[0011] 圖2為圖lb中示出的非圓形鏈輪的放大圖；
[0012] 圖3為示出形成非圓形鏈輪的一種方法的流程圖；
[0013]圖4a為可以例如在機動車輛內(nèi)燃發(fā)動機中使用的非圓形鏈輪部件的示意圖；[0014]圖4b為在用于構(gòu)造非圓形鏈輪部件的方法中使用的非圓形多邊形模型的示意 圖；
[0015] 圖5a和圖5b示出了扭轉(zhuǎn)振動對現(xiàn)有技術(shù)中的圓形鏈輪的鏈輪位置和皮帶張緊力 的影響；
[0016] 圖6a_6c示出了扭轉(zhuǎn)振動對非圓形鏈輪的鏈輪位置和皮帶張緊力的影響；
[0017] 圖7a_7c示出了確定頂點的位置以形成圖2中所示的多邊形的方法；
[0018] 圖8為非圓形鏈輪處于選定的方位并且與皮帶接合的示意圖；以及 [0019]圖9為非圓形鏈輪處于另一選定的方位并且與皮帶接合的示意圖。

【具體實施方式】
[0020] 參照圖la，其為根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的用于車輛內(nèi)燃發(fā)動機14(示意性地 示為矩形）的同步傳動系統(tǒng)10的圖示。該同步傳動系統(tǒng)10包括循環(huán)傳動構(gòu)件11 (例如， 其可以是正時皮帶），第一旋轉(zhuǎn)部件12、第二旋轉(zhuǎn)部件12和第三旋轉(zhuǎn)部件12 (分別以12a、 12b和12c示出），以及附加的旋轉(zhuǎn)部件13 (分別以13a和13b示出）。旋轉(zhuǎn)部件12和旋轉(zhuǎn) 部件13也可以稱為旋轉(zhuǎn)體或鏈輪。然而，當(dāng)使用術(shù)語"鏈輪"時，應(yīng)當(dāng)理解的是，作為替代， 旋轉(zhuǎn)部件12或旋轉(zhuǎn)部件13也可以是另一種類型的旋轉(zhuǎn)部件。在整個公開內(nèi)容中，為了閱讀 方便，循環(huán)傳動構(gòu)件11可以稱作為皮帶或正時皮帶，然而應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用其他類 型的同步循環(huán)傳動構(gòu)件。皮帶11具有多個齒15,所述多個齒15被中間谷部16彼此分開。 每個鏈輪具有本體8,本體8具有多個齒17和中間谷部18,其中，齒17接合皮帶11的谷部 16。為了閱讀方便，本文中旋轉(zhuǎn)體12可以稱作為鏈輪，然而應(yīng)當(dāng)理解的是，可以根據(jù)所使用 的循環(huán)傳動構(gòu)件的類型而使用其他類型的旋轉(zhuǎn)體。旋轉(zhuǎn)體13a為皮帶張緊器的一部分，并 且被壓靠在皮帶11的無齒側(cè)，從而以已知的方式使皮帶11張緊。旋轉(zhuǎn)體13b是支承在正 時皮帶11的無齒側(cè)上的固定的惰輪。
[0021] 鏈輪12a聯(lián)接至內(nèi)燃發(fā)動機的曲軸（以24示出），并且鏈輪12b和12c聯(lián)接至用 于內(nèi)燃發(fā)動機14的凸輪軸26a和26b(凸輪軸26a和26b分別控制進氣門和排氣門的操 作）。雖然在本示例中的發(fā)動機14為D0HC(雙頂置凸輪軸）設(shè)計，但應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使 用任何其他合適類型的發(fā)動機，例如S0HC(單頂置凸輪軸）設(shè)計。
[0022] 正時皮帶11與鏈輪12a、鏈輪12b和鏈輪12c接合，使得曲軸鏈輪12a驅(qū)動皮帶 11并且凸輪軸鏈輪12b和凸輪軸鏈輪12c被皮帶11驅(qū)動。
[0023] 在圖lb中示出了類似的布置，不同之處在于僅有一個凸輪軸26 (發(fā)動機14為 S0HC設(shè)計），并且因此僅有一個凸輪軸鏈輪12。在圖lb中示出的發(fā)動機14還具有第三附 加旋轉(zhuǎn)體13c，第三附加旋轉(zhuǎn)體13c可以被皮帶11驅(qū)動以驅(qū)動附件，如水泵。
[0024] 由于發(fā)動機活塞（未示出）的往復(fù)運動，能夠在曲軸24處發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動，并且由 于通過凸輪軸上的凸輪（未示出）控制的進氣門和排氣門（未示出）的打開和關(guān)閉，能夠 在凸輪軸26處發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動。為了減少扭轉(zhuǎn)振動，曲軸鏈輪12a和凸輪軸鏈輪12b中的一 者或兩者可以被設(shè)置有非圓形輪廓。曲軸鏈輪12a的非圓形輪廓（在圖2中以19放大示 出）被選擇成調(diào)節(jié)皮帶11的張緊力，進而將在扭轉(zhuǎn)振動期間由皮帶11施加至凸輪軸鏈輪 12b的扭矩改變?yōu)榕c施加至鏈輪12b的扭矩大致相等并且反向。以此種方式，在鏈輪12b處 的扭轉(zhuǎn)振動可以被減小或甚至消除。非圓形輪廓的結(jié)果是皮帶11的張緊力可以在大致恒 定的上值與下值之間正弦地循環(huán)，如圖6c中所示，（而對于具有圓形輪廓的常規(guī)鏈輪，由于 扭轉(zhuǎn)振動和通過扭轉(zhuǎn)振動產(chǎn)生的共振，皮帶11的張緊力可以以較低的一致性在更大的張 緊力范圍內(nèi)循環(huán)（如圖5b中所示））。該輪廓19也示于圖4a中。該輪廓19可以是大致橢 圓形并且因此可以具有長軸20和相關(guān)聯(lián)的長軸半徑Rmaj以及短軸21和相關(guān)聯(lián)的短軸半 徑Rmin。在圖4a中，A表示鏈輪12的旋轉(zhuǎn)中心。
[0025] 帶11中的張緊力的量導(dǎo)致帶11中的成比例的伸長量。因此，張緊力越高，皮帶11 伸展越多，并且張緊力越低，帶11伸展越少。將指出的是，在以l〇a和10b示出的分別位于 曲軸鏈輪12a的正好上游和正好下游的皮帶段中，張緊力將會不同。皮帶段10a在曲軸鏈 輪12a與進氣門凸輪軸鏈輪12b之間延伸。皮帶段10b在曲軸鏈輪12a與排氣門凸輪軸鏈 輪12c之間延伸。假設(shè)曲軸鏈輪12a的旋轉(zhuǎn)在圖lb中所示的視圖中是順時針方向，則皮帶 段10a可以位于曲軸鏈輪12a的"緊"側(cè)上，并且皮帶段10b可以位于曲軸鏈輪12a的"松" 偵讓。換句話說，因為皮帶段l〇a通過鏈輪12a被拉，所以皮帶段10a比皮帶段10b具有更 高的張緊力。本討論將著重于皮帶段l〇a。
[0026] 皮帶齒的寬度（在圖2中以Wbt示出）隨著皮帶張緊力而變化，齒距（以Pb示出） 也是如此。鏈輪12a的非圓形輪廓19可以包括改變谷部18的尺寸以使得谷部18與皮帶 張緊力同步，從而在皮帶張緊力較高時，谷部18較寬，而在張緊力較低時，谷部18較窄。鏈 輪谷部寬度在圖2中以Wsv示出。通過在較高的皮帶張緊力時使鏈輪谷部18變寬并且增 大鏈輪12a的齒距（以Ps示出），當(dāng)齒16與鏈輪谷部18嚙合時，谷部18可以更好地容納 變寬的皮帶齒16。進而，這可以減小否則將在下述情況下產(chǎn)生的應(yīng)力：比公稱尺寸寬的皮 帶齒15與針對具有公稱寬度的帶齒15而設(shè)定其尺寸的鏈輪谷部18嚙合，這可以發(fā)生在皮 帶與具有恒定齒距和恒定谷部寬度的鏈輪接合的情況下。
[0027] 鏈輪12a的輪廓可以根據(jù)以下所描述的原理并且參考在圖3中以300示出的方法 以及參考如在圖4a中示出的鏈輪12a來形成。在初始步驟中，確定齒17 (圖4a)的齒冠的 中心點的位置。齒17的齒冠以9示出。為了實施該步驟，在步驟302中，在測試裝置上使用 曲軸上具有給定直徑的圓形鏈輪來測量發(fā)動機的扭轉(zhuǎn)振動（其可以被稱為扭振）。實際上， 這些扭振是施加至發(fā)動機的一個或多個凸輪軸（并且因此施加至一個或多個凸輪鏈輪）的 波動扭矩。這些扭振導(dǎo)致了凸輪軸中的波動的正時誤差（例如，凸輪軸的實際旋轉(zhuǎn)位置相 對于凸輪軸以恒定的速度運動的情況下其期望的旋轉(zhuǎn)位置的波動差），而且還導(dǎo)致了皮帶 張緊力的波動。圖5a中示出了示例發(fā)動機的正時誤差波動關(guān)于發(fā)動機RPM的幅值。示出 了兩條曲線：曲線501示出了由第二階振動導(dǎo)致的正時誤差波動的幅值，以及曲線502示出 了由第四階振動導(dǎo)致的正時誤差波動的幅值。圖5b示出了由扭振所導(dǎo)致的皮帶張緊力波 動關(guān)于發(fā)動機的RPM的幅值。曲線503示出了由于第二階振動產(chǎn)生的皮帶張緊力波動的幅 值，以及曲線504示出了由于第四階振動產(chǎn)生的皮帶張緊力波動的幅值。曲線505是在兩 條曲線503和504之間產(chǎn)生的皮帶張緊力波動的平均幅值。為了減少扭振，可以向凸輪軸 施加修正扭矩，該修正扭矩與由于扭振而施加至凸輪軸的扭矩大致相等且反向。該扭矩可 以通過非圓形曲軸鏈輪12a的使用來施加。鏈輪12a的非圓形形狀影響由鏈輪12a施加至 皮帶11的扭矩并因此影響皮帶張緊力。皮帶張緊力影響由皮帶11施加在凸輪軸鏈輪12b 和12c上并因此影響施加在凸輪軸26上的扭矩。因此，通過控制皮帶張緊力，可以施加修 正扭矩至凸輪軸26以抵消由凸輪和氣門產(chǎn)生的扭矩。將理解的是，由皮帶11施加至凸輪 軸的扭矩與皮帶張緊力和凸輪軸鏈輪12的半徑相關(guān)。
[0028] 另外將理解的是，皮帶11可以像簡單的彈性元件那樣操作，因為基于皮帶的剛度 系數(shù)，皮帶段l〇a中的皮帶張緊力可以與皮帶段10a(假設(shè)皮帶張緊力在皮帶11的彈性范 圍內(nèi)）的皮帶長度直接相關(guān)，其中皮帶的剛度系數(shù)可以被比作以"k"來表示的皮帶的彈簧 常數(shù)。皮帶段l〇a的周期性伸長和收縮的幅值（用"B"來表示）與在凸輪軸處施加的相關(guān) 聯(lián)的修正扭矩（用"T"來表示）之間的關(guān)系可以用公式表示如下：
[0029] B = T/ (rk)
[0030] 其中，r是鏈輪26的有效半徑，扭矩從皮帶11通過鏈輪26傳遞。在同步帶傳動裝 置中，扭矩在鏈輪12A上的齒的齒冠9與皮帶上的谷部16之間傳遞。因此，有效半徑r將 是從鏈輪12b的旋轉(zhuǎn)中心到鏈輪12b上的齒17的齒冠9的半徑。
[0031] 皮帶11的彈簧常數(shù)k的值可以用張緊試驗來確定。對于彈簧已知的是，f = kx， 其中，f為施加至彈簧的力或力的變化，k為彈簧常數(shù)，并且x為彈簧長度的變化。因此，為 了確定皮帶11的k，可以進行試驗以確定實現(xiàn)皮帶11的長度的特定變化所需的力或力的變 化；可選擇地，該試驗使用與皮帶段l〇a長度相同的皮帶段。一旦f和x已知，k便能夠確 定為k = f/x。
[0032] -旦皮帶段10a的周期性伸長和收縮的期望幅值被確定，在步驟304 (即，一旦B 被確定）中，便能夠確定在橢圓形輪廓19的Rmaj與具有介于Rmaj和Rmin之間的半徑的 參考圓之間的偏移量，該偏移量可以被稱為偏心距并設(shè)為符號E。已經(jīng)確定出偏心距E與B 的值之間的關(guān)系為：E = 2B。確定E的步驟為步驟306。
[0033] 例如，如果確定對于給定的皮帶11和發(fā)動機的B的值是0. 5毫米，那么鏈輪12a 的偏心距是1毫米。
[0034] 鏈輪的Rmaj的值可以用偏心距來確定。輪廓19的第一齒17的齒冠9的中心點在 圖4a中以VI示出，該中心點是沿著具有Rmaj值的長軸20的點。為了更加確定，將理解的 是，長軸和短軸的原點是點A ( S卩，鏈輪12a的旋轉(zhuǎn)中心）。根據(jù)該第一點VI，能夠確定鏈輪 12a的所有其他齒17的齒冠9的中心點V2-V20,從而形成了在圖4b中以27示出的大致橢 圓形的多邊形，該多邊形具有邊28和頂點Vn (在示出的示例中有20個頂點，標(biāo)為V1-V20)， 其中，邊28的長度對應(yīng)于鏈輪12a的齒距。當(dāng)?shù)谝豁旤c的位置確定時，可以根據(jù)以下的公 式確定后續(xù)頂點的位置：

【權(quán)利要求】
1. 一種非圓形的旋轉(zhuǎn)部件，包括： 具有非圓形周邊的本體；以及 多個旋轉(zhuǎn)部件齒，所述多個旋轉(zhuǎn)部件齒圍繞所述本體的所述周邊定位，其中，所述本體 的所述非圓形周邊導(dǎo)致在所述旋轉(zhuǎn)部件圍繞軸線旋轉(zhuǎn)期間在與所述旋轉(zhuǎn)部件接合的循環(huán) 傳動構(gòu)件中產(chǎn)生的張緊力的變化，其中，谷部將每個旋轉(zhuǎn)部件齒與每個相鄰的旋轉(zhuǎn)部件齒 分開，其中，每個谷部具有寬度并且每對相鄰的旋轉(zhuǎn)部件齒具有相關(guān)聯(lián)的齒距， 其中，每個谷部的寬度和每對相鄰的旋轉(zhuǎn)部件齒之間的齒距中的至少一者與在所述旋 轉(zhuǎn)部件圍繞所述軸線旋轉(zhuǎn)期間當(dāng)所述谷部接納所述循環(huán)傳動構(gòu)件上的齒時在所述循環(huán)傳 動構(gòu)件中產(chǎn)生的張緊力的量大致相關(guān)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)部件，其中，所述谷部具有基本上根據(jù)正弦形式變化的 覽度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項所述的旋轉(zhuǎn)部件，其中，所述旋轉(zhuǎn)部件具有大致橢圓形 形狀，所述大致橢圓形形狀具有長軸和短軸，其中，所述谷部的寬度在最大寬度與最小寬度 之間變化，并且其中，具有所述最大寬度的所述谷部位于沿所述旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)方向在所 述長軸后方大約45度處。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)部件，其中，具有所述最小寬度的所述谷部位于沿所述 旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)方向在所述長軸前方大約45度處。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的旋轉(zhuǎn)部件，其中，所述旋轉(zhuǎn)部件為鏈輪。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的旋轉(zhuǎn)部件，其中，每個谷部的寬度和每對相鄰的 旋轉(zhuǎn)部件齒之間的齒距兩者均與在所述旋轉(zhuǎn)部件圍繞所述軸線旋轉(zhuǎn)期間當(dāng)所述谷部接納 所述循環(huán)傳動構(gòu)件上的齒時在所述循環(huán)傳動構(gòu)件中產(chǎn)生的張緊力的量大致相關(guān)。
【文檔編號】F01L1/02GK104364560SQ201380022009
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月25日
【發(fā)明者】維托爾德·蓋朱斯基, 阿林·科特勒烏 申請人:利滕斯汽車合伙公司