改进的齿轮侧隙工具及其使用方法
【专利摘要】提供一种用于调节一个齿轮与另一齿轮的相对位置的工具（70）。该工具（70）可以用以设置和调节内燃发动机（10）中的凸轮轴齿轮（22）和可调节空转齿轮（24）之间的侧隙。
【专利说明】改进的齿轮侧隙工具及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明整体上涉及内燃发动机中的齿轮系。更具体地，本发明涉及一种用于设置和调节内燃发动机用顶置凸轮轴齿轮系中的齿轮侧隙的工具及其使用方法。
【背景技术】
[0002]在具有顶置凸轮轴的典型内燃发动机中，凸轮轴经由齿轮系总成通过发动机曲轴驱动。除曲轴齿轮和凸轮轴齿轮之外，齿轮系总成典型地包括一个或多个中间空转齿轮，其主要功能是将旋转从曲轴齿轮传递至凸轮轴齿轮。齿轮的适当啮合(空间布置)、尤其是空转齿轮与顶置凸轮轴齿轮的啮合对发动机性能至关重要。
[0003]空转齿轮和凸轮轴齿轮的空间布置特别是气缸盖厚度和发动机缸体高度的函数。气缸盖厚度或发动机缸体高度的任何改变能够影响齿轮啮合。齿轮啮合还能够由于发动机修理过程中气缸盖衬垫的压缩和维修干扰而在正常发动机运行过程中受到影响。
[0004]不适当齿轮啮合能够导致过度侧隙，其限定为驱动齿轮齿的后面与从动齿轮齿的前面之间的间隙。侧隙能够导致过度噪声、齿轮磨损，甚至是齿轮失效。
[0005]当前齿轮侧隙工具一般被限制为在标称气缸盖厚度和发动机缸体高度下设置可调节空转齿轮相对于凸轮轴齿轮的初始正确位置。设置空转齿轮和凸轮轴齿轮的初始正确位置是将齿轮侧隙工具安装在凸轮轴和空转齿轮短轴(空转齿轮被移除)的端部上并随后上紧将空转齿轮保持就位的螺栓的简单的事情。
[0006]当气缸盖厚度或发动机高度从其标称尺寸变化时(这在发动机修理之后或甚至在正常发动机磨损和撕裂之后频繁出现)，常规齿轮侧隙工具无法用于设置侧隙。在这样的情况中，发动机必须返回到车间，用于扳开发动机部件(通常是气缸盖)以使发动机回复到其原始公差(气缸盖厚度或发动机高度)，并且随后使用常规齿轮侧隙工具来设置侧隙。
[0007]因此，提供一种用于调节齿轮侧隙的改进的工具是有益的，其能够用以针对任何发动机构造(包括当气缸盖厚度或发动机高度从其标称尺寸变化时)调节和设置齿轮侧隙。
[0008]本发明的另一目的是提供一种齿轮侧隙工具，其能够在现场使用，以便在发动机修理干扰齿轮系的任何时候或者当正常发动机运行有必要调节时调节齿轮侧隙。
【发明内容】
[0009]根据本发明的一方面，提供一种用于调节例如内燃发动机中的诸如顶置凸轮轴齿轮的第一齿轮和诸如可调节空转齿轮的可调节齿轮之间的侧隙的装置。可调节空转齿轮具有中心孔并且能够可移除地安装在背板上，并且能够与凸轮轴齿轮和第二齿轮直接啮合。背板可调节地安装到诸如齿轮箱或发动机缸体的结构，并且包括大致平面主体和从背板主体向外延伸并垂直于背板主体的平面的短轴。短轴能够接收可调节空转齿轮。背板主体限定用于接收从齿轮箱延伸的第一组保持构件或柱的开口，第一组柱能够接收第一组紧固件，以将背板紧固到齿轮箱。
[0010]侧隙调节工具包括中心主体和两个臂。该主体优选地是大致柱形的并且具有尺寸设定为容纳背板短轴的中心孔。臂从中心主体向外延伸并且包括能够接合凸轮轴齿轮和第二空转齿轮的齿轮齿。
[0011]在本发明的重要方面中，工具能够安装在背板短轴上，其中齿轮齿接合凸轮轴齿轮和第二空转齿轮，而不遮掩第一组柱。这可以通过将每个臂形成为从中心主体向外延伸的弓形构件或环形区段的形状且使齿轮齿从环形区段向外径向延伸并围绕中心轴线周向布置来实现，其中，当工具安装在短轴上时，一个臂的齿轮齿能够与凸轮轴齿轮啮合，并且另一臂的齿轮齿能够与第二齿轮啮合。在一种切实可行的实施方式中，每个环形区段限定具有小于约六十(60)度的长度的弧。
[0012]在本发明的另一方面中，提供一种调节顶置凸轮轴齿轮和可调节空转齿轮之间的侧隙的方法。该方法可以包括以下步骤:
[0013]将可调节空转齿轮从背板短轴移除，由此暴露第一组柱；
[0014]将第一组紧固件从第一组柱移除；
[0015]提供具有大致柱形中心主体和一对臂的侧隙调节工具，每个臂包括一组齿轮齿，一组齿轮齿能够与凸轮轴齿轮啮合，并且另一组齿轮齿能够与第二齿轮啮合；
[0016]将工具安装在背板短轴上，使得一个臂的齿轮齿与凸轮轴齿轮啮合并且另一臂的齿轮齿与第二齿轮啮合；
[0017]将背板调节(运动)到期望的位置；
[0018]将第一组紧固件上紧在第一组柱上，以将背板与齿轮箱成固定的关系紧固；
[0019]将工具从背板短轴移除；以及
[0020]将可调节空转齿轮安装在背板上。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是用于具有标称气缸盖厚度和标称发动机缸体高度的内燃发动机的齿轮系的前正视图。
[0022]图2是用于具有与标称厚度和闻度不同的气缸盖厚度和/或发动机缸体闻度的内燃发动机的齿轮系的前正视图。
[0023]图3是现有技术的齿轮侧隙工具的立体图。
[0024]图4是现有技术的工具在其可能用以为具有标称气缸盖厚度和标称发动机缸体高度的内燃发动机设置齿轮侧隙时的前正视图。
[0025]图5是根据本发明的齿轮侧隙工具的立体图。
[0026]图6是用于内燃发动机的齿轮系的前正视图，其中，可调节空转齿轮已被移除并且图5的工具安装就位。
[0027]图7是在调节紧固件已被安装之后图6的齿轮系的前正视图。
[0028]图8是在齿轮侧隙工具已被移除之后图7的齿轮系的前正视图。
[0029]图9是在其它紧固件已被安装之后图8的齿轮系的前正视图。
[0030]图10是在可调节空转齿轮已被重新安装之后图9的齿轮系的前正视图。
【具体实施方式】
[0031]尽管本发明可以以许多形式实施，但在附图中显示和将在这里详细描述的是一种或多种实施方式，应当理解，本公开被认为是本发明的原理的范例并且不意于将本发明限制为举例的实施方式。
[0032]本发明是一种用于调节例如内燃发动机的顶置凸轮轴齿轮和可调节空转齿轮的两个齿轮之间的相对空间布置的侧隙调节装置。图1示出本发明可以使用的类型的典型内燃发动机10。发动机10包括安装在发动机缸体14上的气缸盖12，在发动机缸体14和气缸盖12之间有气缸盖衬垫。
[0033]顶置凸轮轴16可旋转地安装在气缸盖12内并且可操作地连接到顶置凸轮阀(未示出)。顶置凸轮轴齿轮22安装到凸轮轴16并且经由齿轮系18可操作地连接到曲轴齿轮。齿轮系18安装在齿轮箱20内，齿轮箱20又安装到发动机缸体14。齿轮系18用以将来自曲轴(未示出)的旋转运动经由一个或多个中间齿轮传递至凸轮轴16。在示例的实施方式中，齿轮系18包括附接至凸轮轴16的端部的顶置凸轮轴齿轮22、可调节空转齿轮24、第二(固定)空转齿轮26和联体空转齿轮28、29。应当理解，齿轮系18可以具有仅仅三个齿轮，包括固定从动齿轮(即，顶置凸轮轴齿轮22 )、固定驱动齿轮(即，曲轴齿轮)和用于将曲轴齿轮的旋转运动传递至顶置凸轮轴齿轮22的中间可调节空转齿轮。
[0034]仍参照图1，可调节空转齿轮24与顶置凸轮轴齿轮22和第二空转齿轮26成直接啮合关系。可调节空转齿轮24具有限定中心(水平)轴线31的中心孔30并且可以经由传统方式安装到齿轮箱20或发动机缸体14。具体地，空转齿轮24可以安装到保持板或背板32，保持板或背板32又可调节地安装到齿轮箱20或发动机缸体14。
[0035]如在图8中可能最佳显示的，背板32包括大致平面主体34和垂直于主体34的平面从背板主体34向外延伸的短轴36。短轴36能够接收可调节空转齿轮24。在示例的实施方式中，背板主体34限定用于接收第一组螺纹保持构件或柱42的第一组三个开口 38和用于接收第二组螺纹柱44的第二组三个开口 40。如以下解释的，第一组柱42能够接收第一组紧固件46以设置齿轮侧隙，同时第二组柱42能够接收第二组紧固件48以将背板32紧固到发动机缸体14。紧固件46、48可以是螺栓、螺母或任何其它适当的紧固件。
[0036]再次参照图1，示出用于具有标称气缸盖厚度和标称发动机缸体高度的内燃发动机10 (如OEM发动机)的齿轮系18的前正视图。竖线“A”和“B”仅为图示的目的。竖线“A”与可调节空转齿轮24上的齿之一相交，并且竖线“B”与第二空转齿轮26的中心轴线52相交。可调节空转齿轮24被示出处于相对于第二空转齿轮26的第一固定位置。
[0037]图2是用于内燃发动机的齿轮系18的前正视图，示出由于例如气缸盖厚度和/或发动机缸体高度从图1中所示改变所需的可调节空转齿轮24的新对准(定位)。可调节空转齿轮24的该新对准维持可调节空转齿轮24和顶置凸轮轴齿轮22之间的期望的齿轮侧隙公差。如以下解释的，通过使用本发明的工具将可调节空转齿轮24从短轴36移除并且调节短轴36的位置来实现该新对准。在该示例性图示中，当可调节空转齿轮24重新安装在短轴36上时，短轴位置的改变迫使可调节空转齿轮24逆时针旋转一个齿，如通过竖线“A”相对于竖线“B”的新位置指示的。
[0038]现有技术
[0039]图3是现有技术的齿轮侧隙工具60的立体图。如图4中所示，现有技术的工具60能够用以设置用于具有标称气缸盖厚度和标称发动机缸体高度的内燃发动机的齿轮侧隙，但在气缸盖厚度或发动机高度从其标称尺寸变化时不能设置齿轮侧隙。[0040] 申请人:已开发一种用于调节齿轮侧隙的改进的齿轮侧隙工具，其能够用以调节用于任何发动机构造的齿轮侧隙，包括当气缸盖厚度或发动机高度从其标称尺寸变化时。改进的齿轮侧隙工具能够由经销商或在实地使用，以在发动机修理干扰齿轮系的任何时候或在正常发动机运行有必要调节时调节齿轮侧隙。
[0041]改进的侧隙调节工具
[0042]现在将描述工具70，当使用例如较薄的气缸盖或较短的发动机缸体时，或者响应于气缸盖衬垫的压缩或维修干扰，该工具70能够用以调节可调节空转齿轮24和顶置凸轮轴齿轮22之间的侧隙(以及可调节空转齿轮24和第二空转齿轮26之间的空间关系)。
[0043]现在参照图5，工具70包括中心主体72和从主体72大致径向向外延伸的一对间隔开的第一臂74和第二臂76。工具主体72是大致柱形的，限定尺寸设定为容纳(滑过)背板短轴36的中心孔78并具有中心旋转轴线80。
[0044]第一臂74包括从中心主体72径向延伸的环形区段82和从环形区段82向外径向延伸并围绕中心旋转轴线80周向定位的齿轮齿86。类似地，第二臂76包括从中心主体72径向延伸的环形区段84和从环形区段84向外径向延伸并围绕中心旋转轴线80周向定位的齿轮齿88。环形区段82、84大致平面对准，并且工具70的齿轮齿几何结构(形状和相对定位)和齿轮齿间距与可调节空转齿轮24的齿轮齿几何结构(形状和相对定位)和齿轮齿间距大致相同，使得当工具70安装在短轴36上时，第一臂74的齿轮齿86与顶置凸轮轴齿轮22啮合并且第二臂76的齿轮齿88与第二空转齿轮26啮合。
[0045]第一臂74限定从环形区段82的一侧90到相对侧92测量的弧α。第二臂76限定从环形区段84的一侧94到相对侧96测量的弧β。每个弧α、β的长度限于允许工具70安装在背板32上而不遮掩(覆盖)第一组柱42并且还允许用于通过将第一组紧固件46放置在第一组柱42上并用套筒扳手或其它工具上紧第一组紧固件46来调节背板32的空间的最大长度。换句话说，当工具70安装在短轴36上时，第一组柱42必须能够被充分接近，使得使用者能够用常规套筒扳手移除第一组紧固件46、将背板32的位置调节至第二位置、更换第一组紧固件46并且用常规套筒扳手上紧第一组紧固件46。
[0046]例如，在图示的例子中，每个工具臂74、76限定分别小于约六十(60)度并更接近约58度的弧α、β。当然，弧α、β能够是任意长度(并且不必是相同长度)，只要在工具70被安装时柱42被暴露并且围绕柱42有用于调节背板32的充分空间。总之，在工具70被安装时，工具70必须允许使用者接近第一组紧固件46作业。
[0047]当可调节空转齿轮24安装在短轴36上时，通过切去可调节空转齿轮24的通常遮掩第一组柱42的环形区段(部分)能够制成工具70。当以此方式制造时，工具70尺寸将与除了切去部分以外制成工具70的可调节空转齿轮的尺寸相同。
[0048]使用方法
[0049]本发明还是使用这里描述的类型的侧隙调节工具70调节第一固定齿轮(诸如顶置凸轮轴齿轮22)和第二可调节齿轮(诸如可调节空转齿轮24)之间的相对空间布置的方法。该方法包括以下步骤:
[0050]随着齿轮系罩被移除，使用者移除可调节空转齿轮24。接着，使用者移除将背板32保持到齿轮箱20或发动机缸体14的紧固件46、48，使得背板32不再以固定关系紧固到齿轮箱20或发动机缸体14。[0051]接着，如图6所示，工具70安装在短轴36上，使得一个臂74的齿轮齿86与第一(顶置凸轮轴)齿轮22啮合并且另一臂76的齿轮齿88与第二(空转)齿轮26啮合。重要的是，第一组柱42被暴露并且在工具70被安装之后仍然能够被接近(留有空间用于容纳套筒板手)。
[0052]使用者随后可以更换第一组紧固件46并手动将第一组紧固件46在第一组柱42上刚好上紧，使得如果背板32和短轴36被旋转，则感觉到微小阻力。
[0053]接着，使用者能够使用常规刻度盘指示器在齿轮上的一个或多个位置处测量可调节空转齿轮24和凸轮轴齿轮22之间的当前侧隙。各个齿轮齿中的小不同可能要求检查多个位置处的侧隙。
[0054]随后，通过例如用软锤在短轴36上轻敲以使短轴36运动更接近或更远离凸轮轴齿轮22以便增加或减小侧隙量，能够根据需要将背板32运动(调节)到期望的第二位置。
[0055]如图7中所示，随着工具70仍被安装，一旦获得适当的侧隙，使用者上紧第一组紧固件46以将处于期望的第二位置的背板32紧固到齿轮箱20、发动机缸体14或其它结构。
[0056]如图8中所示，随着第一组紧固件46被上紧，能够将工具70从短轴36移除。如图9中所示，随着工具70被移除，第二组紧固件48能够被安装在第二组柱44上并且被上紧。
[0057]最后，如图10中所示，可调节空转齿轮24能够被重新安装在短轴36上。使用者能够在安装将可调节空转齿轮24紧固到短轴36的螺栓(未示出)、以适当的转矩上紧螺栓并且更换齿轮箱罩之前核实侧隙的适当量仍是正确的。
[0058]工业实用性
[0059]因此，已描述一种用于调节一个齿轮与另一齿轮的相对位置的工具。本发明可以用以设置并调节例如内燃发动机(包括但不限于用于重型越野车辆的发动机)中的凸轮轴齿轮和可调节空转齿轮之间的侧隙。该工具能够在干扰齿轮系的任何发动机修理、诸如涉及移除气缸盖(包括更换凸轮轴或移除气缸套)的任何修理的过程中或之后使用。工具可以由原设备制造商使用、由经销商作为他们的普通技术人员的工具箱的一部分使用或者由操作员在实地使用。
[0060]本发明的装置和方法可以适用于任何齿轮系系统，其中，需要相对于另一齿轮调节一个齿轮，同时允许接近通常在可调节齿轮后面被遮掩的保持柱、保持紧固件或其它保持部件。
[0061]可以理解，上面描述的本发明的实施方式仅是用以示例本发明原理的具体例子。可以设想到本发明的修改和替代实施方式，其不背离由前述教导和所附权利要求限定的本发明的范围。意图是权利要求覆盖落入其范围内的所有这样的修改和替代实施方式。
【权利要求】
1.一种用于调节第一齿轮(22)和可调节齿轮(24)之间的相对空间布置的装置(70)，所述可调节齿轮(24)限定中心孔(30)并且能够可移除地安装在背板(32)上，并且具有能够与第一齿轮(22)和第二齿轮(26)直接啮合的齿轮齿，所述背板(32)可调节地安装到结构(14)，所述背板(32)包括大致平面主体(34)和垂直于背板主体(34)的平面从背板主体(34)(34)向外延伸并且能够接收可调节齿轮(24)的短轴(36)，所述背板主体(34)限定用于接收从所述结构(14)延伸的第一组保持构件(42)的开口(38)，所述第一组保持构件(42)能够接收第一组紧固件(46)，以将背板(32)紧固到所述结构(14)，所述装置(70)包括: 大致柱形中心主体(72)，其具有中心旋转轴线(80)和尺寸设定为容纳背板短轴(36)的中心孔(78);和 从中心主体(72)向外延伸的间隔开的第一臂和第二臂(74，76)，所述第一臂(74)包括能够接合第一齿轮(22)的第一组齿轮齿(86)，并且所述第二臂(76)包括能够接合第二齿轮(26)的第二组齿轮齿(88)。
2.根据权利要求1所述的装置(70)，其中，所述装置(70)能够安装在背板短轴(36)上，其中，所述第一组齿轮齿(86 )接合第一齿轮(22 )并且所述第二组齿轮齿(88 )接合第二齿轮(26 )，而不遮掩所述第一组紧固件(46 )。
3.根据权利要求2所述的装置(70)，其中，每个工具臂(74，76)包括从中心主体(72)延伸的环形区段(82，84)，并且其中所述齿(86，88)从环形区段(82，84)向外径向延伸并且围绕所述中心旋转轴线(80)周向定位。
4.根据权利要求3所述的装置(70)，其中，可调节空转齿轮齿和装置(70)的齿轮齿(86，88)具有大致相同的几何结构和间距。
5.根据权利要求3所述的装置(70)，其中，每个环形区段(82，84)限定具有小于约60度的长度的弧。
6.根据权利要求3所述的装置(70)，其中，所述第一齿轮(22)是用于驱动内燃发动机(10)的部件的齿轮，并且所述可调节齿轮(24)是可调节空转齿轮。
7.根据权利要求6所述的装置(70)，其中，所述部件是凸轮轴(16)。
8.根据权利要求1所述的装置(70)，其是通过从尺寸与所述可调节空转齿轮(24)相等的齿轮切去环形部分制成的。
9.一种齿轮侧隙调节系统，包括: 凸轮轴齿轮(22)； 第二齿轮(26)； 背板(32)，其可调节地安装到结构(14)并且包括大致平面主体(34)和从主体(34)向外延伸并垂直于背板主体(34)的平面的短轴(36)，所述背板主体(34)限定用于接收从所述结构(14)延伸的第一组柱(42)的开口(38)，所述第一组柱(42)能够接收第一组紧固件(46)，以将背板(32)紧固到所述结构(14)； 可调节空转齿轮(24)，所述可调节空转齿轮(24)能够可移除地安装在背板短轴(36)上并且能够与凸轮轴齿轮(22)和第二齿轮(26)直接啮合，和 工具(70)，其包括具有尺寸设定为容纳背板短轴(36)的中心孔(78)的大致柱形中心主体(72 )以及一对臂(74，76 )，每个臂(74，76 )包括从中心主体(72 )径向延伸的环形区段(82,84)和从环形区段(82，84)径向延伸的齿轮齿(86，88)，每个臂(74，76)的齿轮齿(86，88)能够分别接合凸轮轴齿轮(22)和第二空转齿轮(26)。
10.根据权利要求9所述的装置(70)，其中，所述装置(70)能够安装在背板短轴(36)上，其中，所述齿轮齿(86，88)接合凸轮轴齿轮(22)和第二空转齿轮(26)，而不遮掩所述第一组柱(42)。
11.根据权利要求9所述的装置(70)，其中，每个环形区段(82，84)限定具有小于约60度的长度的弧。
12.—种调节凸轮轴齿轮(22)和可调节空转齿轮(24)之间的侧隙的方法，所述可调节空转齿轮(24)具有中心孔(30)并且可移除地安装在背板(32)上，并且能够与凸轮轴齿轮(22)和第二齿轮(26)直接啮合，所述背板(32)在第一位置中可调节地安装到结构(14)，所述背板(32)包括大致平面主体(34)和垂直于背板主体(34)的平面向外延伸并且能够接收可调节空转齿轮(24)的短轴(36)，所述背板主体(34)包括用于接收从所述结构(14)延伸的第一组柱(42)的第一组开口(38)，所述第一组柱(42)能够接收第一组紧固件(46)，以将背板(32)以与所述结构(14)成固定的关系紧固到所述结构(14)，所述方法包括: 将可调节空转齿轮(24)从背板短轴(36)移除； 将第一组紧固件(46)从第一组柱(42)移除； 提供具有大致柱形中心主体(72)和一对臂(74，76)的侧隙调节工具(70)，所述大致柱形中心主体(72)具有用于将工具(70)安装在短轴(36)上的中心孔(78)，每个臂(74，76)包括一组齿轮齿(86，88)； 将工具(70)安装在背板短轴(36)上，使得一个臂(74)的齿轮齿(86)与凸轮轴齿轮(22)啮合并且另一臂(76)的齿轮齿(88)与第二齿轮(26)啮合； 将背板(32)运动到期望的第二位置； 将所述第一组紧固件(46)上紧在所述第一组柱(42)上，以将背板(32)与所述结构(14)成固定的关系紧固； 将工具(70)从背板短轴(76)移除；以及 将可调节空转齿轮(24)安装在背板(32)上。
【文档编号】F16H55/17GK103765048SQ201280040769
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月16日 优先权日:2011年8月24日
【发明者】A·W·奥斯泰恩, B·C·托马斯, C·L·巴赫, C·J·格拉汉姆 申请人:卡特彼勒公司