专利名称：滚柱链的随机化链轮的制作方法
本申请要求于1997.10.03申请的、流水号为60/060,806的美国临时专利申请的优先权，该案在本文被参考引用。
本发明的背景本发明涉及一种滚柱链的链轮，该链轮被这样设计，可用来调节普能滚柱链的啮合频率而不需将严厉的冲击载荷施加在滚柱或衬套上。本发明在调节滚柱的啮合时采用的方法是使滚柱在径向上的安置位置随机化，同时在安置的滚柱之间保持恒定的弦长。具体地说，链轮根(或在链轮齿之间用来安置滚柱的部分)的根直径沿链轮的圆周被随机化。
无声链早就采用随机化的链轮，企图用来调节链节和链轮的啮合频率。但链轮的随机化在传统上是通过从某些链轮齿的侧边浅削或去除少量的材料来完成的。浅削的链轮齿一般按预定模式环绕链轮被间布在未浅削的链轮齿之间。这样构成的链驱动机构可对来自以俯仰振动频率(pitch freqnency)啮合的噪声进行调制。这种链条的一个例子公开于美国专利No.3,377,875。
当无声链与这样一个普通随机化的链轮接触时，链节的弦位置会自链轮齿至链轮齿变化。结果，链条内的某些链节当与跟随一系列浅削齿(veliaved teeth)的一个未浅削的链轮齿啮合时就会受到较高的冲击载荷。
采用这种具有浅削齿的链轮的滚柱链将使一些滚柱受到较高的冲击载荷，导致滚柱发生过早的疲劳损坏。由于滚柱疲劳是高速滚柱链的一个主要损坏、模式，因此这个问题成为滚柱链采用普通随机化链轮的一个主要障碍。
美国专利No 3,448,629的目标是在滚柱链中减少链的冲击，它的做法是根据理论上相对于给定链条的正确底直径修正链轮根的底直径，并将链轮相邻齿之间的间隙放宽到足可使修正的链轮与链条啮合。这种链轮并没有使围绕链轮圆周的链轮根的根直径随机化。
1997.03.27公告的PCT国际公报WO 97/11292曾公开一种滚柱链定时驱动机构，其目标是减少冲击噪声，做法是使齿变薄并延长每一对齿之间的根面。通过详细的计算，根面被延长，导致齿从驱动齿侧到滑行齿侧(Coast Flank)的厚度的减少。结果是在整个链条的设计寿命内所有卷绕在链轮上的滚柱都能保持接触。
本发明的综述本发明的目标是变化滚柱在径向上的安置位置，同时在安置的滚柱之间保持恒定的弦长。这个变化或随机化是用来产生噪声调制的效果，同时避免普通随机化的链轮产生的高冲击所带来的负面影响。
在一个实施例中，滚柱链和链轮驱动机构中的滚柱链具有多对交错排列的链节。这些对链节都由枢轴销互连。每一互连枢轴销含有一个可自由环绕该销旋转而一般为圆形的滚柱件。
滚柱链的构造使它能环绕一个一般为圆形而在其圆周上设有多个间隔的齿的链轮旋转。链轮齿具有位在相邻齿之间用来接纳滚柱并使滚柱安置的根部。
每一根部都有一个根半径，其定义为链轮中心与根部上最接近链轮中心之点在径向上的距离。至少某些根部具有第一根半径，而其余根部中的至少某些根部具有比第一根半径小的第二根半径。
第一根半径和第二根半径是这样确定的，使相邻滚柱中心之间的距离沿安置在链轮根部内滚柱大致相等。换句话说，弦线上的节距，即在链条内相邻滚柱中心之间的距离在成对相邻滚柱之间都相同。
滚柱链和链轮驱动机构可包括一个链轮，其上有多个根部，具有第一根半径，还有多个根部，具有第二根半径。具有第一根半径的根部随机排列，而具有第二根半径的根部按照预定模式排列在链轮周边上。所谓随机排列意谓其模式是在第一半径和第二半径之间交错，并且不是一种在第一和第二半径之间纯粹交替的模式。
滚柱链和链轮驱动机构还可包括多个具有比第二根半径小的第三根半径的根部。这样，第一、第二和第三根半径便分别为环绕链轮的最大、公称和最小根半径。这时具有第三根半径的根部随机排列，而具有第一根半径的根部和具有第二根半径的根部则按预定模式排列在链轮的周边上。预定模式最好这样排列，使至少有一个具有第二根半径或公称半径的根部总是被排列在一个具有第一半径或最大半径的根部和一个具有第三半径或最小半径的根部之间。
附图的简要说明
图1为滚柱链链轮的一部分的侧立视图，用来说明根直径、节圆直径和外直径的位置；图2为相邻链轮齿的剖视图，用来说明公称安置半径、上安置半径和下安置半径；图3为链轮一部分的侧剖视图，用来说明相关滚柱链的滚柱的安置情况；及图4为一滚柱和相关链轮齿的剖视图。
本发明的说明本发明的目标是滚柱链的随机链轮，其中链轮齿在径向和圆周方向上的位置从原来传统的均匀间隔的布置被略加调节(即随机化)。在这种方式中，滚链轮齿之间的径向安置位置有变化，而在安置的滚柱之间的节距(或弦长)保持不变。
在构制随机链轮时，首先确定一个平均的安置半径，使在链轮上的开始和终止位置平滑地地连结。安置半径被这样调节使滚柱安置在两个链轮齿之间的根部内的径向距离或为公称安置半径，或为上(最大)安置半径，或为下(最小)安置半径。作为替代方式，滚柱安置在两个链轮齿之间的根部内的径向距离也可以是最大安置半径或最小安置半径。
在整个链轮上滚柱安置在链轮齿之间的位置可按预定的模式随机变化。该模式最好是在每一个具有最大或最小安置半径的滚柱之前和之后设置一个具有公称安置半径的滚柱。当只采用两种安置半径时，安置半径的模式应为随机的，而不是交替在最大值和最小值之间变化。
滚柱安置半径的变化可调节滚柱连续冲击链轮的定时。但在安置滚柱之间的节距维持不变时，在滚柱和链轮齿之间的冲击载荷会被减少。
在图1中示出的链轮10上有安置在两个齿18、20上的相关滚柱链的三个滚柱12、14、16。链轮的特征为外直径(OD)、根直径(RD)和节圆直径(PD)。外直径为从链轮中心点到齿的最外点的距离。根直径为从链轮中心点到位在两个相邻链轮齿之间的根部最低点的距离。节圆直径为从链轮的中心点到链轮的节圆的距离。每滚柱还具有一个尺寸为D的直径。
在图2、3和4中示出与滚柱的最大安置半径(R3)、最小安置半径(R1)、和公称安置半径(R2)相应的圆弧。随着滚柱从两个链轮齿之间的一个位置移动到另一个位置，滚柱安置的径向位置也在变化，从最大半径变到公称半径再变到最小半径。链轮的角位移是在一个位置的滚柱中心与在另一个相近位置的滚柱中心两者之间的角距离。环绕链轮从一个位置到另一个位置，角位移被有效地改变着。本发明在于这样一个构思，即从一个根部到另一个根部的角位移上极小的变化能对滚柱与安置位置接合的定时有很大的影响，因此能对冲击噪声的产生有很大的影响。冲击噪声既包括从滚柱或衬套撞击到根部底的径向分量，也包括从滚柱或衬套撞击到根部一侧(或齿)的切向分量。本发明主要在于径向分量的随机化，这一点正好与某些现有技术的链轮中用浅削齿侧来修正切向分量的方法相反。
与此同时，在安置滚柱之间的节距(或弦长)保持不变。这样可减少滚柱施加在齿上的冲击载荷。从一个齿到另一个齿在安置位置上的变化可调节接触冲击的定时。这个调节可减少链驱动机构所产生的俯仰振动频率噪声。
由于根直径的修正，沿齿上任一点量得的有效齿厚从一个齿到另一个齿环绕整个链轮都将发生变化。但将滚柱夹持在安置位置上的根部或槽的几何形状从一个齿到另一个齿一般保持不变。本发明的设计目标是保持滚柱与链轮根的接合(或安置)，只是从一个齿到另一个齿沿径向变化根的位置。因此本发明的修正目标是根的位置而不是齿的轮廓。
可以选定各齿环绕链轮行进时安置位置变化的模式。该模式最好是随机的，即它在环绕链轮时是不规则地变化的。最好在模式中并不包含从上安置位置或下安置位置到另一个极端位置的任何突变而不通过公称安置位置至少一个齿。避免突变可使链条平稳运行、减少机械噪声并减少滚柱的磨损。
为了形成本发明的链轮的轮廓，必须确定每一根部的安置半径的位置(或链轮齿之间安置滚柱的空间)。在安排每一滚柱的安置位置时，安置滚柱之间的节距必须保持不变。
首先选定平均节圆半径R2的起始值。可选择节距的值即公称节圆半径的值1/2×P×1/Sin(180/N)，其中N为链轮齿的数目。换句话说，R2的起始值可以是在相关链条上相邻安置滚柱之间的节距P1除以2×Sin(180/N)。
然后可从从均节圆半径值计算出最小和最大节圆半径值。最小半径，即R1可从R2减去齿顶到齿顶节圆半径的变化值(Delta)的一半计算出来，最大半径R3可从R2加上齿顶到齿顶节圆半径的变化值(Deolta)的一半计算出来。然后可将第一滚柱的中心设置在链轮的上止点距离链轮中心为R2的地方。接着可设置下一个邻近的滚柱的中心，使离开第一滚柱中心的弦长(或公称节距值)为一恒定值而离开键轮中心点的径向距离R1、R2或R3则取决于所选用的随机模式。接下来再设置下一个邻近的滚柱，使它离第二滚柱的中心为恒定的弦长P，而离开链轮中心点的径向距离R1、R2或R3则取决于所选用的随机模式。
作为一个例子，在一商品的发动机定时驱动机构用的滚柱链的标准链轮中曾采用过本发明。最大和最小半径之间的变化被任意定为1mm。于是将根半径的差异定为1/2mm或1/4mm。也可采用其他半径差异，取决于链轮大小和其他方面的考虑。
如图所示，滚柱12和14以节距P1隔开，滚柱14和16以节距P2隔开。按照本发明，P1当与P2相同，并且环绕整个链轮在安置滚柱之间的其余节距都应相同。但当滚柱环绕链轮旋转时，各滚柱被安置在离开链轮10的中心点(C)不同的距离上。例如，滚柱12被安置在半径R1上、滚柱14被安置在半径R2上、滚柱16被安置在半径R1上。
为了完成整个链轮，在所安置的第一滚柱和所安置的最后一个滚柱之间的弦线节距也必须等于公称节距。如果弦线节距与其他安置的滚柱不同，那么必须增加或减少平均节圆半径R2并重新形成链轮的轮廓。一旦安置的滚柱被合适地定位在该轮廓上，链轮齿便可这样定位，使每一根部或安置位置的径向位置在安装位置和其配合滚柱之间以所需的间隙设定，并且齿间空隙的中心线与从链轮中心到配合滚柱中心的径线重合。链轮的最终轮廓也可能需要用到两个相邻齿间的混合半径。
这样，在所提供的链轮轮廓件，安置滚柱的中心之间的距离(或节距或弦长)可沿整个链轮保持恒定，而每一滚柱的安置位置则可变化，使相关滚柱的中心处在离链轮中心点的三个径向距离中的一个距离的弧线上。
本发明可用于轴套链上，其中在轴套的外面没有滚柱，由轴套直接与链轮齿接触。本发明也可用于无声链上，其中无声链链节在链轮上的冲击可用与上述相同的方式予以修正。
权利要求
1．一种滚柱链和链轮驱动机构，包括一条滚柱链，其上有多对交错排列的链节，所说这些对链节都由枢轴销互连，每一所说枢轴销都含有一个环绕所说销可自由旋转的大致圆形的滚柱件；一个大致为圆形的链轮，在其圆周上设有多个间隔的齿，所说链轮包括位在相邻齿对之间用来接纳所说滚柱的根部，每一所说根部有一个根半径，其定义为所说链轮中心与沿所说根部最接近链轮中心之点在径向上的距离，至少一个所说根部具有第一根半径，至少一个所说根部具有第二根半径，所说第二根半径小于所说第一根半径，所说第一根半径和所说第二根半径被这样限定，使相邻滚柱中心之间的距离一般等于安置在所说链轮根部内的所说滚柱中心之间的距离。
2．按照权利要求1的滚柱链和链轮驱动机构，其特征为，多个所说根部具有所说第一根半径，多个所说根部具有所说第二根半径，具有所说第一根半径的所说根部随机排列，而具有所说第二根半径的所说根部按照预定模式排列在所说链轮周边上。
3．按照权利要求1的滚柱链和链轮驱动机构，其特征为，多个根部具有第三根半径，所说第三根半径小于所说第二根半径。
4．按照权利要求3的滚柱链和链轮驱动机构，其特征为，具有所说第三根半径的所说根部随机排列，而具有所说第一根半径的所说根部和具有所说第二根半径的所说根部则按预定模式排列在所说链轮周边上。
5．按照权利要求4的滚柱链和链轮驱动机构，所说预定模式为这样的排列，使至少有一个具有所说第二根半径的根部总是排列在一个具有所说第一根半径的根部和一个具有所说第三根半径的根部之间。
6．按照权利要求4的滚柱链和链轮驱动机构，其特征为，所说模式可部分包括下列根半径的顺序第一半径、第二半径、第三半径、第三半径、第二半径、第一半径。
全文摘要
本发明的目标是要变化滚柱的径向安置位置,同时在安置的滚柱之间保持恒定的弦长。滚柱链的链轮齿之间的根部具有可在公称半径、最大半径和最小半径之间变化的半径。变化或随机化的目的是要产生调制噪声的效果,同时避免传统的随机化链轮带来的高冲击所引起的负面影响。
文档编号F16H57/00GK1214421SQ9811943
公开日1999年4月21日 申请日期1998年10月5日 优先权日1997年10月3日
发明者T·J·勒德维纳, J·A·赫默 申请人:博格-华纳汽车有限公司