专利名称：带有交替节距的链轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种链轮，特别是带有圓形齿环的用于正时链传动装置的链 轮，所述齿环带有多个围绕其圓周分布的以不同的节距相互交替的齿和齿隙。 另外，本发明还涉及相应的链传动装置，特别是带有传动链和至少一个此类链 轮的正时链传动装置。
背景技术：
在汽车研发中，NVH特性(振动、噪声、平顺性)具有不断增加的意义。 除购买者追求高的振动舒适性的希望之外，对驾驶员的较低的噪声载荷和振动 载荷对于主动安全性也有贡献。另外，振动载荷特别地影响了相关部件的寿命 和必要的尺寸设计。
在汽车中，多个部件同时作为振动和噪声的激励源。除内燃机本身外，激 励源还有传动系，变速器，通风机，进气设备，排气设备，以及轮胎和底盘， 其中单独的声源和振动源的份额不可忽略。不过，传动系的振动和噪声激励(例 如曲轴和凸轮轴的旋转振动，飞轮的不规则旋转运动，曲轴的轴承载荷以及角 速度变化和转矩激励)在此起到主导作用。传动系(特别是包括曲轴链轮，至 少一个凸轮轴链轮和传动链的内燃机正时链传动装置)的这种动态载荷在整个 汽车内主导地进行，且与所有其它声源和振动源叠加。
多年以来，传动系内的动态载荷的降低-无论是齿带传动还是齿链传动-一直是内燃机研发中的重点。在此，从DE37 39 336 C2中已知，通过使用振动 阻尼器来克服旋转振动，然而这要求了明显的附加成本和结构空间。在DE 39 20 528 Cl中建议，通过液压制动装置来克服来自凸轮轴的交变转矩。对于齿带传 动，DE 195 20 508A1描述了用作凸轮轴带轮的非圆形带轮，以降低振动激励。 在此，所示出的非圓形带專仑具有四个突出的区域和四个凹入的区域，它们以夫见 则的间距围绕带轮布置。此外，已从JP 10266868 A中已知了用于齿带正时传 动的椭圓形的曲轴主动小齿轮。此外，DE 202 20 367 Ul和DE 203 19 172 Ul
4描述了不限于齿带的同步传动设备的研发，该同步传动设备通过至少一个齿带 轮上的非圆形的外形(特别是椭圓形外形)以反向波动的修正转矩降低了传动 系的动态载荷。
降低了载荷的正时链传动装置例如也已从EP 907 041 Bl和EP 1 308 646
A2中已知。在此，链轮的齿隙在其齿根圓直径内(即在径向位置内)相对于常 规的均匀的齿根圓偏置。以此方式，链节铰链的径向啮合位置在链轮齿之间变 化，而处于啮合的链节铰链之间的节距保持恒定。在此，齿隙-齿根圓直径的 布置或者随机分布地选择，或针对均匀正时链载荷来选择。
此外，从DE 43 31 482 A2中已知了带有链和链轮的链传动装置，所述链 由不同长度的链节形成，而所述链轮带有相应的不同的齿节距。链在链轮齿内 的啮合的重复次序的降低减小了周期性振动激励和链传动装置的噪声辐射。取 决于链节的不同长度，不同的齿节距的设计在链轮上以总是相同的设计而重复。 虽然此链传动装置使振动能量分布在三个频率上，但链轮以及由不同长度的链 节形成的链的生产是昂贵的，且在更换时尤其容易导致安装错误。
许多从现有技术中已知的用于降低传动系的噪声和振动载荷的解决方案 在其使用范围内被证明是很好的。目前进一步改进汽车中的NVH特性的大量 努力要求即使是在主导的传动系声源和振动源中的进一步研发努力。此外，传 动装置的动态载荷在迄今为止可供利用的解决方案中总是相对较高。因此，在 正时传动中的进一步载荷降低是希望的，且在正时传动的范围内也能通过尺寸 降低的效果而导致成本降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题因此是降低传动系内、特别是正时链传动装置内 的动态载荷且同时避免已知的解决方案的缺点，而具有尽可能相同的或仅微小 降低的性能。
此技术问题以此类链轮通过如下方式解决，即，使多个(优选至少三个) 相继的节距在圆形齿环的第一区域上连续增加，且使多个(优选至少三个)相 继的节距在圆形齿环的随后的区域上连续地减小。在此，节距的连续变化可以 均匀地也可不均匀地进行，其中原理上正弦的节距变化是最合理的。但各带有 两级台阶的台阶形的节距也已获得了积极的效果。在带有连续增加的节距和连续减小的节距的区域之间可以布置带有恒定节距(例如平均节距)的区域。然而，优选地，交替的区域相互邻接地布置，以达到节距的尽可能积极的性能曲线。
置内导致了与振动载荷方向相反的附加振动激励，以此振动激励降低了在正时链传动装置内出现的链条力。在共振位置的区域上对正时传动装置的此有针对
性的附加激励的设计使得链条力明显下降，且因此除改进了 NVH特性外，在相同的效率和初始条件下也实现了较小的正时链传动装置的尺寸。
在此，带有连续增加的节距的齿环区域和带有连续减小的节距的齿环区域优选地相互交替，以使得在正时链传动装置内的链条力尽可能均匀地降低。
链轮自身或作为链传动装置的部分的一种有利的构造是，齿环的带有连续增加的节距的区域和/或带有连续减小的节距的区域至少具有四个不同的节距。节距的逐步的变化实现了緩慢建立的振动激励，或由正时链传动装置内的链轮导致的链条力的緩慢升高或部分的补偿。
链轮的一种合适的构造是，最大节距和最小节距之间的差异最多为最大节
距的35%,优选地最多为15%。对于不同节距的这种限界使得在相对于反向张
力激励的平衡条件下链轮本身或是在根据本发明的链传动装置中仍能够具有足
够的或者说良好的同步运行特性，并实现了链传动装置的载荷降低。
为与非圆形链轮相比实现链段的横向激励的降低，齿环的齿^^艮圆可以构成
圓形的外形，使得各齿隙具有相同的齿根圓半径。在此，对于尽可能均匀的圆形齿环外形，尽管齿环的齿顶圆的不同节距也可形成圆形的外形，使得齿也具有相同的齿顶圓半径。
另外，本发明涉及链传动装置，特别是正时链传动装置，该链传动装置带有传动链和至少一个带有圓形齿环的链轮，所述链轮具有多个在齿环的圓周上分布地布置的以不同的节距相互交替的齿和齿隙，其中多个相继的节距在圆形齿环的区域上连续地增加，且多个相继的节距在所述圆形齿环区域的随后的优选地与所述圆形齿环区域邻接的区域上连续地减小。在此类的链传动装置中，明显的振动幅值可显著降低。这样的振动幅值例如在正时链传动装置中通过链传动装置的由内燃机引入的动态载荷产生。安装在曲轴上的带有不同的节距的链轮可以在正时链传动装置中引入一种振动，该振动特别地在发动机激励的共振范围内引起振动叠加，通过所述振动叠加以消除效应实现了链条力和共振振动的降低。在此，振动叠加可以事先通过在内燃机的共振范围上的仿真来调整。通过齿环的不同的节距，齿隙的角位置也分别位移，其中在增加的节距中，在两个相邻的齿中心线以及齿隙中心线之间的角度也增加。通过相应地调整的，优选地借助于仿真计算的间距，使不同的节距以及齿隙角度之间的角度位移与现有的振动特性匹配。
为在均衡的载荷降低的情况下实现良好的同步特性，最大节距和最小节距
之间的差异最多为最大节距的35%,优选地最多为15%。如果在此使用常规的传动链，即，具有带有基本相同的链距的链节的传动链，则不同的节距优选地小于或等于链距。然而，在为避免约束力的谨慎设计中，也可以出现大于链距的节距。在相同的链距的传动链中，可使用标准链，例如滚子链或铰接链，这除廉价的制造外也实现了无限定的链位置的简单的安装。小于或等于所属传动链的链距的节距防止了链在齿上的夹紧，且因此也防止了约束力的出现。
优选的实施形式在于，链的啮合圓周在链轮的齿环上形成非圆形的外形。啮合圓通过链的接触点或者啮合中的链的铰接轴的位置的弯曲连接而形成。尽管形成为圆形的齿环，通过根据本发明的不同节距的设计，形成了链的啮合圆的此类的非圆形外形。
在下文中将结合实施例详细解释本发明，各图为
图1示出了根据本发明的链轮的俯视图；和
图2示出了根据本发明的带有两个链轮的链传动装置的俯视图。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明的链轮1的视图，链轮1带有轮毂部分2和圆形的齿环3。在齿环3上布置有多个围绕其圆周分布布置的相互交替的齿4和齿隙5。链轮1的中心点6同时是其旋转轴线。
导引通过各齿4的尖端的弯曲的圓周形成了链轮1的齿顶圆7,其中齿4的尖端和中心点6之间的距离形成了齿顶圓半径8。同样，链轮1的齿根圓9由通过每个齿隙的最深区域的弯曲的圓周形成。齿根圆半径10相应于齿隙5
7的最深点和链轮1的中心点6之间的距离。
链轮1的节圓11和节圓半径12在此通过传动链14 (在此为滚子链)的各链铰接轴13在齿隙5内的位置的弯曲连接而确定，这与链14及其在相互邻接的链节铰链之间的-即在各链节铰链或者铰链滚子15在齿隙5内处于最优位置处的情况下-链距KT无关。如图所示，节圆11通过铰链滚子15以及铰链套筒的链铰接轴13的弯曲的连接得到，所述铰链滚子15以及铰链套筒彼此不连接地松弛地插入到齿隙5内。在此，所有齿隙5基本上大小相同，且铰链滚子15布置在关于齿隙5的最优位置内。节圆半径12则相应于链铰接轴13在齿隙5内的独立位置和链轮l的中心点6之间的距离。由此也可得到链轮1的节距T,该节距T由链节铰链的链铰接轴13在齿隙5内的独立位置以及链铰接轴13在下一个齿隙5内的独立位置之间的直线距离给出。在齿隙5形状均匀的情况下，即在镜像形式的齿隙侧的情况下，节距T也等于两个相邻的齿隙5的齿隙平分线与链轮1的节圆11的交点之间的距离。如果传动链14形成为齿链，则节圓11和节圆半径12通过齿链的齿与齿隙5的侧面的接触点而形成。
在图1中图示的链轮1具有不同的节距T1至T7。在圆形的齿环3的第一区域(T1至T4)内，节距T1至T4不断增加。除用于链条力的均匀升高的均匀增加外，在希望的链条力上升的特定的形式中，非均匀的增加也是可以的。在齿环3的与之相连接的区域(T5至T7)夕卜，节距T5至T6持续减小。因此，T1小于T2， T2小于T3，且T3小于T4。同样，T5大于T6，且T6大于T7。相互邻接的节距T4和T5二者在此可以大约大小相同，或T5小于T4，使得节距T4也可视作齿环3的持续减小的第二区域的一部分。链轮1的不同的节距同时也导致所属齿隙的齿隙平分线之间的不同的角度，使节距T1至T7的减小和增加也可类似地通过齿隙平分线之间的不同的角度限定。
虽然节距T1至T7不同，但各齿隙5的大小和形状相同。节距的变化因此仅影响齿4的尺寸，齿4与节距一起连续增加和减小。齿隙5因此随节距或齿隙平分线的角度的变化而移动。
与链距为KT的传动链14 一起使用的常规链轮相比，根据本发明的链轮1不仅具有圆周上较小的节圓11,而且具有较小的齿顶圆7和齿根圆9。由此可得，链轮l的圆形齿环3整体上具有较小的圓周尺寸。
图2示出了带有两个链轮1、 21和围绕链轮1、 21放置的环形传动链14的简单的链传动装置20。在传动链的载荷段中设有导轨22,导轨22在链轮1， 21之间支撑传动链14。在传动链14的空载段内设有另一个张紧轨23,张紧轨 23向传动链14施加向外作用的恒定预紧力。张紧轨23为施加预紧力而被相应 地支承(未示出)，以便与张紧设备(未示出)连接。
图2中示意地示出的链传动装置20可以用作四缸内燃机的最小正时链传 动装置。在此，较小的链轮1与内燃机的曲轴(未示出)相连，而较大的链轮 21则与内燃机的凸轮轴(未示出)相连。
凸轮轴链轮1相应地具有围绕链轮的中心点6布置的圆形齿环3,所述齿 环3带有并排布置的齿4和齿隙5，其中根据本发明，相继的节距在齿环的第 一区域上持续增加，且在与齿环的第一区域邻接的区域内持续减小。凸轮轴-链轮21相应地也具有圆形齿环3'，该齿环3'围绕链轮21的中心点6'圆形地布 置。在此，与曲轴链轮l相比，凸轮轴链轮21的齿环3'具有双倍数量的齿4和 齿隙5。
在运行中，在根据本发明的链传动装置20中，在此形成为铰接链或套筒 链的传动链14的铰链滚子或套筒啮合在链轮1的齿隙5内。优选地，链距KT 在链的长度上在传动链14的链节的铰链轴13之间保持相同。但在需要的情况 下，也可以使用低噪声的带有略微不同的链距的随机链。链轮l的不同的节距 Tl至T7与传动链14的链距KT以及平均链距不同。除大约等于链距KT -即 常规的链轮的标称值-的节距外，链轮也具有较小的节距T。较大的节距在原 理上也是可以的，但与名义节距相比其效果可忽略。此外，在与链距KT相比 节距过大时出现了约束力，该约束力使链14被链轮的齿4夹紧，使得较大的节 距仅在很小的尺度上且在轻微的超尺寸上是合理的。因此，对其本身而言，节 距Tl至T7与平均节距相比通常变化±5%。此外，技术上的效率为直至约土 20 % 。
在链节铰链啮合在带有较小的节距(例如Tl至T3、 T6和T7)的齿隙5 内时，链14在相对于节圓11略大的啮合圆上运行，因为链节铰链不能自由地 且独立地插入齿隙5内，而是仅能与传动链14的相邻的链节相关联地插入齿隙 5内。如果齿隙5的节距T接近传动链的^t连距KT的标称值，则啮合圓也4妄近 由齿隙5给出的名义节圆11。如果节距T达到链距KT的值，则节圆ll和链 14的啮合圓相重合。在节距T与链距KT相比较大时，啮合圆也形成在节圆11上方。
根据本发明的链轮11的构造自身或作为链传动装置21的一部分通过在齿 环的第一区域上的相继的节距的连续增加以及在齿环的与第一区域邻接的第二 区域上的节距的连续减小而导致了在链轮1的圆形齿环3上的链14的啮合圆的 非圆形外形。啮合圓的非圆形外形通过在传动链14上的明显不同的链条力影响 了链传动装置的振动激励，该振动激励在链传动装置的现有的振动运动中，例 如在内燃机的正时链传动装置中可用于通过振动叠加而消除。通过优选地对于 共振范围设计的此类的方向相反的链传动装置20的激励，可显著降低作用在传 动链14上的链条力。通过振动叠加的消除效果也降低了链传动装置20的噪声 形成，特别是在共振范围内的噪声形成。因此，除改进NVH特性外，根据本 发明的链轮1还实现了用于内燃机的正时链传动装置的尺寸降低。与在现有技 术中已知的非圓形链轮不同，通过根据本发明的这样的链轮1降低了链回行段 (Kettentmmme )的 一黄向;敫^力。
不同的节距的最优次序、节距在齿环的不同区域内的次序以及节距增加和 节距减小的区域的在齿环圆周上的布置、以及均匀或不均匀变化的节距在齿环 的各区域内的决定可以以合适的方式通过仿真这样地相互确定，4吏得特别地在 链传动装置20的共振范围内形成尽可能最优的振动叠加，使得所得到的消除效 果优选地在最大振动激励和噪声激励的区域内调节。
权利要求
1.一种链轮(1)，特别是用于正时链传动装置的链轮，带有圆形齿环(3)，所述齿环(3)具有多个在齿环圆周上布置的相互交替的齿(4)和齿隙(5)以及不同的节距(T)，其特征在于至少三个相继的节距(T)在所述齿环(3)的第一区域上连续地增加，且至少三个相继的节距(T)在随后的齿环(3)区域上连续地减小。
2. 根据权利要求1所述的链轮(1)，其特征在于所述齿环(3)的第一 区域和所述随后的齿环(3 )区域相互邻接。
3. 根据权利要求1或2所述的链轮(1 ),其特征在于所述齿环(3 )的 带有连续增加的节距(T)的区域和所述齿环(3)的带有连续减小的节距(T) 的区域相互交替。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的链轮(1 )，其特征在于所述齿环 (3)的带有连续增加的节距(T)的区域和/或带有连续减小的节距(T)的区域至少具有四个不同的节距(T)。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的链轮(1 )，其特征在于最大节距 和最小节距之间的差最多为最大节距的35%,优选地最多为最大节距的15%。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的链轮(1 )，其特征在于所述齿环 (3)的齿根圆(9)具有圓形外形。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的链轮(1 )，其特征在于所述齿环 (3)的齿顶圓(7)具有圓形外形。
8. —种链传动装置(20),特別是正时链传动装置，带有传动链(14)和 至少一个链轮(1 )，所述链轮(1 )带有通常为圆形的齿环(3 ),所述齿环(3 ) 具有多个在齿环圆周上布置的相互交替的齿(4)和齿隙(5)以及不同的节距(T),其特征在于至少三个相继的节距(T)在所述齿环(3)的第一区域上连续地增加，且 至少三个相继的节距(T)在随后的齿环(3)区域上连续地减小。
9. 根据权利要求8所述的链传动装置(20)，其特征在于所述齿环(3) 的第一区域和所述随后的齿环(3)区域相互邻接。
10. 根据权利要求8或9所述的链传动装置(20)，其特征在于所述齿环(3)的带有连续增加的节距(T)的区域和所述齿环(3)的带有连续减小的 节距(T)的区域相互交替。
11. 根据权利要求8至10中任一项所述的链传动装置(20),其特征在于 所述齿环(3 )的带有连续增加的节距(T)的区域和/或带有连续减小的节距(T) 的区域至少具有四个不同的节距(T)。
12. 根据权利要求8至11中任一项所述的链传动装置(20)，其特征在于 最大节距和最小节距之间的差最多为最大节距的35%，优选地最多为最大节距 的15%。
13. 根据权利要求8至12的一项所述的链传动装置(20),其特征在于 所述齿环(3)的齿根圆(9)具有圓形外形。
14. 根据权利要求8至13中任一项所述的链传动装置(20)，其特征在于 所述齿环(3)的齿顶圆(7)具有圆形外形。
15. 根据权利要求8至14中任一项所述的链传动装置(20)，其特征在于 所述传动链(14)具有多个带有基本上相同链距(KT)的链节。
16. 根据权利要求15所述的链传动装置(20 )，其特征在于所述齿环(3 ) 的不同的节距(T)小于或等于所述链距(KT)。
17. 根据权利要求8至16中任一项所述的链传动装置(20),其特征在于 所述链(14)的啮合圆在所述链轮(1 )的所述齿环(3)上形成为非圆形外形。
全文摘要
本发明涉及带有圆形齿环(3)的链轮(1)，齿环(3)带有多个围绕其圆周分布的以不同的节距(T)相互交替的齿(4)和齿隙(5)，其中多个相继的节距(T)在齿环(3)的第一区域内连续增加，且在随后的区域内连续地减小。本发明还涉及链传动装置(20)，特别是带有传动链(14)和至少一个此类链轮(1)的正时链传动装置。
文档编号F16H55/30GK101517273SQ200780035538
公开日2009年8月26日 申请日期2007年4月26日 优先权日2006年7月25日
发明者安德烈亚斯·里茨 申请人:伊威斯发动机系统两合公司