具有锁定机构的扭转顺应性链轮的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年10月29日提交的美国临时专利申请号62/072,134的优先权权益，并且其全部公开内容以引用的方式结合到本文中。

背景技术：

在用于车辆的链条驱动系统的领域中，扭转顺应性链轮可用于将链条驱动与扭转振动相隔离。顺应性链轮可包括弹性元件，以在链轮轴和链条或齿轮之间引入一定顺应性。弹性元件用作机械低通过滤器，其相对于在链轮轴处经受的扭转振动强度而减小在链条或齿轮处经受的扭转振动强度。典型的设计包括链轮，该链轮分成内部部分和外部部分或前部部分和后部部分，这些部分由诸如扭转弹簧之类的弹性元件连接。已知的设计趋于受到发动机怠速时的性能需求的限制，因为点火顺序激励接近链条-链轮系统在低速下的谐振频率。

技术实现要素：

所公开的实施例的一个方面是扭转顺应性链轮系统，其包括第一链轮和第二链轮，该第二链轮相对于第一链轮并排安装。弹性构件将第二链轮弹性地联接于第一链轮，以允许第二链轮相对于第一链轮的限制角向旋转。锁定结构朝向接合位置偏置，在接合位置中，第二链轮相对于第一链轮的角向运动受限制。锁定结构响应于第一链轮的旋转移动至脱开位置，在脱开位置中，允许第二链轮相对于第一链轮的角向运动。

所公开的实施例的另一方面是用于发动机的扭转顺应性链轮系统，其包括绕轴线旋转的曲柄轴。扭转顺应性链轮系统包括轮毂部分、曲柄轴驱动链轮以及平衡轴驱动链轮，该轮毂部分安装在曲柄轴上，该曲柄轴驱动链轮设置在轮毂部分上以使得其受限制以免相对于该轮毂部分旋转，且该平衡轴驱动链轮相对于曲柄轴驱动链轮并排地设置在轮毂部分上。弹性构件将平衡轴驱动链轮弹性地联接于曲柄轴驱动链轮，以允许平衡轴驱动链轮相对于曲柄轴驱动链轮的限制角向旋转。锁定结构朝向接合位置偏置，在接合位置中，平衡轴驱动链轮相对于曲柄轴驱动链轮的角向运动受限制。锁定结构响应于曲柄轴驱动链轮的旋转移动至脱开位置，在脱开位置中，允许平衡轴驱动链轮相对于曲柄轴驱动链轮的角向运动。锁定结构响应于轮毂部分高于阈值旋转速度的旋转而从接合位置移动至脱开位置，并且响应于轮毂部分低于阈值旋转速度的旋转而从脱开位置移动至接合位置。

附图说明

这里的描述参照附图，其中，类似的附图标记指代若干视图中的类似部件，且附图中：

图1是示出用于内燃机的曲柄轴和平衡轴驱动系统的视图；

图2是示出扭转顺应性链轮的立体图，该扭转顺应性链轮包括根据第一示例的锁定结构；

图3是图2的扭转顺应性链轮的侧剖视图；

图4是示出用于图2的扭转顺应性链轮的锁定结构的径向布置的第一示例的示意图；

图5是示出用于图2的扭转顺应性链轮的锁定结构的径向布置的第二示例的示意图；

图6是示出根据第二示例的锁定结构的细节图，该锁定结构能用于图2的扭转顺应性链轮；以及

图7是示出根据第三示例的锁定结构的细节图，该锁定结构能用于图2的扭转顺应性链轮。

具体实施方式

本发明在这里涉及具有锁定结构的扭转顺应性链轮系统。这里描述的扭转顺应性链轮包括顺应性链轮，其使用弹性构件安装于轮毂，该弹性构件在顺应性链轮随着轮毂旋转的同时吸收扭转输入振动。锁定结构在低旋转速度下接合，以减小或消除当扭转输入振动接近链条-链轮系统的谐振频率时会产生的振动。

图1是示出用于内燃机的曲柄轴和平衡轴驱动系统100的视图。扭转顺应性链轮组件200连接于内燃机的曲柄轴110。扭转顺应性链轮组件200包括平衡轴驱动链轮230和曲柄轴驱动链轮250。曲柄轴和平衡轴驱动系统100是系统的示例，其中，可使用扭转顺应性链轮组件200。应理解的是，扭转顺应性链轮组件200可在其它应用中使用。

平衡轴驱动链轮230驱动第一链条120。第一链条230驱动诸如第一平衡轴122和第二平衡轴124之类的一个或多个平衡轴，这些平衡轴分别由第一平衡轴链轮123和第二平衡轴链轮125驱动。第一平衡轴链轮123和第二平衡轴链轮125的每个均与第一链条120接合。第一链条120作为示例也可驱动附属驱动链轮126和空转链轮128。在一替代的实施方式中，平衡轴可由齿轮系驱动。在此种实施方式中，链轮由齿轮替代，而链条由齿轮系替代。

曲柄轴驱动链轮250驱动第二链条130。第二链条150驱动诸如第一曲柄轴132和第二曲柄轴134之类的一个或多个曲柄轴，这些曲柄轴分别由第一曲柄轴链轮133和第二曲柄轴链轮135驱动。第一曲柄轴链轮133和第二曲柄轴链轮135的每个均与第二链条130接合。第二链条130作为示例也可驱动空转链轮136。

如图2-3中所示，扭转顺应性链轮组件200包括轮毂部分210和平衡轴驱动链轮230。轮毂部分210是环形的并且通过将轮毂部分210滑动到曲柄轴110上而安装于曲柄轴110，以使得曲柄轴110接纳在大体圆柱形的孔212中，该大体圆柱形孔轴向地延伸穿过轮毂部分210。当坐落在曲柄轴110上时，轮毂部分210的第一端部214邻近于发动机设置，且轮毂部分210的第二端部216与车辆相对地设置。于是轮毂部分210与曲柄轴110一致地旋转，诸如花键218之类的接合结构能沿着大体圆柱形孔212形成在轮毂部分210的内表面上。花键218配置成接合形成在曲柄轴110上的互补结构，并且此种接合防止轮毂部分210相对于曲柄轴110旋转。

曲柄轴驱动链轮250在与轮毂部分210的第一端部214轴向地隔开的位置处设置在轮毂部分210上。曲柄轴驱动链轮250配置成例如由多个齿252接合链条，这些齿形成在曲柄轴驱动链轮250上并且从轮毂部分210的外周界211径向地向外延伸。在所说明的示例中，曲柄轴驱动链轮250形成为轮毂部分210的一体部分。作为替代，曲柄轴驱动链轮250可与轮毂部分210单独地形成，并且相对于轮毂部分210轴向地且旋转地固定，以使得曲柄轴驱动链轮250与轮毂部分210一致地移动。

环形凸缘220在轮毂部分210上形成在曲柄轴驱动链轮250和轮毂部分210的第二端部216之间。在所说明的示例中，环形凸缘220是轮毂部分210的一体成形部分。环形凸缘220的外周界222具有外直径，该外直径大于轮毂部分210的外周界211的标称外直径。环形凸缘220的径向面224面向轮毂部分210的第二端部216，并且在垂直于轮毂部分210的轴向方向的平面中延伸。

平衡轴驱动链轮230配置成例如通过多个齿232接合链条，这些齿形成在平衡轴驱动链轮230上并且径向地向外延伸。平衡轴驱动链轮在轮毂部分210上设置在环形凸缘220和轮毂的第二部分216之间。平衡轴驱动链轮230坐落抵靠于环形凸缘220的外周界222和径向面224。为了将平衡轴驱动链轮230保持坐落抵靠于环形凸缘220并且限制该平衡轴驱动链轮朝向轮毂部分210的第二端部216轴向地移动，诸如卡环或波状弹簧垫圈之类的紧固元件260接合平衡轴驱动链轮230的前引面234。波状弹簧垫圈260设置在环形凹槽226中，该环形凹槽形成在轮毂部分210上并且从轮毂部分210的外周界211向内延伸。

平衡轴驱动链轮230具有台阶式内周界，其包括第一内表面236和第二内表面238。与第二内表面238相比，第一内表面236限定较小的内直径。第一内表面236邻近于前引面234并且坐落抵靠于轮毂部分210的外周界211。第二内表面238面向环形凸缘220的外周界222。内面240从第一内表面236延伸至第二内表面238，并且位于垂直于轮毂部分210的轴向方向的平面中。内面240朝向环形凸缘220的径向面224定向并且邻近于该径向面。

平衡轴驱动链轮230由弹性构件连接于轮毂部分210，该弹性构件允许平衡轴驱动链轮230相对于轮毂部分210和曲柄轴驱动链轮250的限制角向旋转。该弹性构件允许相对旋转，以吸收从曲柄轴110传递的振动，同时促使平衡轴驱动链轮230回向相对于轮毂部分210和曲柄轴驱动链轮250的中性位置。在所说明的示例中，弹性构件是平面扭转弹簧270，该平面扭转弹簧连接于轮毂部分210并且连接于平衡轴驱动链轮230。

平面扭转弹簧270从第一端部272延伸至第二端部274。在第一端部272处，平面扭转弹簧270连接于第一销273。第一销273将平面扭转弹簧270的第一端部272连接于轮毂部分210的环形凸缘220。第一销273坐落在穿过环形凸缘220形成的孔221中。孔221的直径与第一销273的外直径互补，以使得第一销273相对于环形凸缘220的位置保持固定。因此，第一销273与轮毂部分210一致地移动。

由于平衡轴驱动链轮230设置在环形凸缘220和平面扭转弹簧270之间，因而弧形槽242从内面240至外面244形成穿过平衡轴驱动链轮230。因此，第一销273从环形凸缘220至平面扭转弹簧270延伸穿过弧形槽242。弧形槽242是环形细长的，并且沿着圆弧延伸，该圆弧使得其径向中心沿着平衡轴驱动链轮230的旋转轴线。由于弧形槽242的环形长度大于第一销273的直径，因而平衡轴驱动链轮230能够相对于轮毂部分210转过限制的角向旋转范围，且当第一销273到达弧形槽242的其中一个端部时，该角向旋转范围受限制。

第二销275连接于平衡轴驱动链轮230。此种连接以并不允许第二销275相对于平衡轴驱动链轮移动的方式做出。例如，第二销275可坐落在延伸穿过平衡轴驱动链轮230的互补大小的孔(未示出)中。由此，平面扭转弹簧270在吸收曲柄轴振动的同时、将来自轮毂部分210的旋转力传递至平衡轴驱动链轮230。平面扭转弹簧270具有休止位置，该位置是该平面扭转弹簧将返回的位置，以停止施加外力。当平面扭转弹簧270处于其休止位置中时，平衡轴驱动链轮230相对于曲柄轴驱动链轮250处于中性位置中，并且相对于曲柄轴成同相。在吸收曲柄轴振动的同时，由平面扭转弹簧270施加的弹簧力促使平衡轴驱动链轮230相对于曲柄轴驱动链轮250朝向其中性位置。

如图3中所示，扭转顺应性链轮组件200包括锁定结构300。锁定结构300可操作以在接合位置和脱开位置之间移动。在接合位置中，平衡轴驱动链轮230相对于轮毂部分210和曲柄轴驱动链轮250的角向运动受限制。在脱开位置中，允许平衡轴驱动链轮230相对于轮毂部分210和曲柄轴驱动链轮250的角向运动。

锁定结构300能基于轮毂部分210的旋转速度而在接合位置和脱开位置之间移动。例如，锁定结构300可响应于轮毂部分210高于阈值旋转速度的旋转而从接合位置移动至脱开位置，并且当轮毂部分210减速至低于阈值旋转速度时从脱开位置移动至接合位置。

在所说明的示例中，锁定结构300包括第一孔310和第二孔320。第一孔310形成在轮毂部分210的环形凸缘220中并且从环形凸缘220的径向面224向内延伸。第一孔310也径向地向外延伸，以使得第一孔310沿着相对于轮毂部分210的轴线并不平行也不垂直的线延伸。因此，第一孔310的闭合端部312比第一孔310在环形凸缘220的径向面224处的开口离轮毂部分210的轴线在径向上更远。第二孔320形成在平衡轴驱动链轮230的内面240中。在所说明的示例中，第二孔320大体是半球形的，但也可使用其它几何形状。

第一孔310和第二孔320的开口端部径向地对准。当锁定结构300处于接合位置中时，第一孔310和第二孔320的开口端部也旋转地对准。当锁定结构300处于脱开位置中时，根据平衡轴驱动链轮230相对于轮毂部分210和曲柄轴驱动链轮250的角向运动，第一孔310和第二孔320的开口端部可移动成相对于彼此旋转对准以及移动成错开彼此的旋转对准，

为了相对于轮毂部分210锁定和释放平衡轴驱动链轮230，锁定结构包括诸如定位球之类的接合元件330，通过诸如压缩弹簧340之类的弹性偏置元件来迫使该接合元件与第二孔320接合。在锁定结构300的接合位置中，定位球330坐落在第二孔320中并且部分地设置在第一孔310中。由于定位球330在接合位置中跨越环形凸缘220的径向面224和平衡轴驱动链轮230的内面240之间的界面，因而通过由定位球330的位置所引起的机械干涉来限制平衡轴驱动链轮230相对于轮毂部分210旋转。

轮毂部分210高于阈值旋转速度的旋转致使锁定结构300能从接合位置移动至脱开位置。具体地说，作用在定位球330上的离心力(即，由旋转引起的外向力)致使定位器径向地向外移动。由于第一孔的闭合端部312比第二孔320径向地向外更远，因而定位球330抵抗由压缩弹簧340施加于定位球330的弹簧力而朝向闭合端部312移动到第一孔310中。随着定位球离开第二孔320并且不再跨越环形凸缘220的径向面224和平衡轴驱动链轮230的内面240之间的界面，锁定结构300达到脱开位置，并且允许平衡轴驱动链轮230相对于轮毂部分210的旋转。当轮毂部分210的旋转速度随后下降到阈值旋转速度之下时，定位球330响应于由压缩弹簧340施加的弹簧力而移动回到与第二孔320接合，由此将锁定结构300布置到接合位置中。阈值旋转速度可由压缩弹簧340的弹簧刚度来设定。

虽然上文描述将锁定结构300指代为包括定位球330，但应理解的是，定位球330能由其它几何形状的结构所替代，例如圆柱形销。

虽然上文描述为了便于描述而指代单个锁定结构300，但应理解的是，可提供多个类似的或相同的锁定结构300。例如，如图4中所示，多个锁定结构300能在环形凸缘220和平衡轴驱动链轮230上以径向阵列隔开。在该示例中，定位球330和第二孔320在数量上是相等的，其中每个定位球对应于特定的一个第二孔320。平衡轴驱动链轮230相对于曲柄轴驱动链轮250的限制角向旋转范围确保每个定位球330仅仅能够接合特定的一个第二孔320。在另一示例中，如图5中所示，每个定位球330均能与两个或更多个孔接合。如图所示，每个定位球330均能与其相应的第二孔320以及附加的孔320’接合。当平衡轴驱动链轮230处于其中性位置时，每个定位球330与其相应的第二孔320对准。附加的孔根据平衡轴驱动链轮230相对于曲柄轴驱动链轮250的角向行程限制而相对于每个第二孔320定位。由于平衡轴驱动链轮230相对于曲柄轴驱动链轮250的速度会在角向行程限制附近减慢，因而增大平衡轴驱动链轮230会充分地接合其中一个附加的孔320’的机会。

图6是示出根据第二示例的锁定结构600的细节图，该锁定结构能用于图2-3的扭转顺应性链轮组件200。扭转顺应性链轮组件200参照图2-3所描述，除了锁定结构300已由锁定结构600替代以外，并且另作描述。

锁定结构600类似于锁定结构300，但已重新定位以使得第一孔610形成在平衡轴驱动链轮230中而第二孔320在环形凸缘220的外周界222和平衡轴驱动链轮230的第二内表面238之间的界面处形成在轮毂部分210中。第一孔610垂直于轮毂部分210的轴线定向，例如沿着从轮毂部分210径向地向外延伸的线定向。定位球630和压缩弹簧640致使锁定结构600以之前参照锁定结构300所描述的方式而接合和脱开。

图7是示出根据第二示例的锁定结构700的细节图，该锁定结构能用于图2-3的扭转顺应性链轮组件200。扭转顺应性链轮组件200参照图2-3所描述，除了锁定结构300已由锁定结构700替代以外，并且另作描述。

锁定结构700包括形成在轮毂部分210中的第一孔710和形成在平衡轴驱动链轮230中的第二孔720。销730在接合位置中延伸经过径向面224和内面240之间的界面，并且在脱开位置中完全地缩回到第一孔710中。销730是由压缩弹簧740偏置到接合位置的弹性件。与压缩弹簧740不同，来自供给端口750的油压进入第一孔710。压力下的油可例如由曲柄轴油供源提供至供给端口750。当第一孔710中的油压并不足以克服压缩弹簧740的弹簧力时，销730部分地坐落在第二孔720中并且锁定结构700处于接合位置中。当第一孔710中的油压足以克服压缩弹簧740的弹簧力时，销730移动到第一孔710中，以将锁定结构700布置在脱开位置中。在油压由曲柄轴油供源提供的实施方式中，向脱开位置的移动会根据轮毂部分210的旋转速度而发生，这是因为发动机油压大体是发动机速度的函数。在其它实施方式中，可使用油压源，这例如通过由阀来致动油向供给端口750的供给、允许锁定结构700独立于轮毂部分210的旋转速度而移动。

虽然扭转顺应性链轮组件200在上文描述为包括平衡轴驱动链轮230和曲柄轴驱动链轮250，但应理解的是，扭转顺应性链轮200可用在除了曲柄轴和平衡轴驱动链轮组件以外的应用中。

虽然扭转顺应性链轮组件200在上文描述为包括平衡轴驱动链轮230和曲柄轴驱动链轮250，但应理解的是，在曲柄轴驱动件使用单独的链轮或其它结构的应用中可省略曲柄轴驱动链轮250。

应理解的是，上文关于扭转顺应性链轮组件200的公开也可适用于扭转顺应性齿轮。作为一个示例，平衡轴驱动链轮230和曲柄轴驱动链轮250的一个或两个可由齿轮齿替代，用于与齿轮系或带齿皮带接合。作为另一示例，平衡轴驱动链轮230可由齿轮齿替代，用于与齿轮系或带齿皮带接合，并且可省略曲柄轴驱动链轮250。

应理解的是，上文关于扭转顺应性链轮组件200的公开也可适用于扭转顺应性滑轮。例如，平衡轴驱动链轮230和曲柄轴驱动链轮250的一个或两个可由滑轮替代，用于与皮带接合。

虽然已结合目前被认为最为实用且优选的实施例来描述本发明，但应理解的是，本发明意图涵盖各种修改和等同的布置。