CN100567772C - 具有1.5阶及其倍数阶消振轮廓的链轮及采用这种链轮的同步驱动装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种消振转轮和一种采用这种转轮的同步驱动装置，其中通过在同步驱动装置的转动构件上采用消振转轮能够降低同步驱动装置中的1.5阶振动，该转动构件以驱动装置的另一转动构件的半速转动。为了消除1.5阶振动，转轮具有三凸出部非圆径向轮廓以接合同步驱动装置的连续循环的长形驱动结构。为了消除1.5阶和第3阶振动，转轮具有叠加在三凸出部轮廓上的六凸出部非圆径向轮廓以产生接合连续循环的长形驱动结构的非圆复合轮廓。该连续循环的长形驱动结构可以是链或齿带。

Description

具有1.5阶及其倍数阶消振轮廓的链轮及采用这种链轮的同步驱动装置
技术领域
本发明涉及一种同步驱动装置中的消振链轮或转轮以及采用这种链轮或转轮的同步驱动装置。特别地，本发明涉及一种用于链式或带式同步驱动装置的链轮或转轮，链轮或转轮构造成减小这种同步驱动装置中的1.5阶振动及其倍数阶振动。
背景技术
同步驱动***应用广泛，并可能最常用于内燃机以与发动机的曲轴同步的方式驱动凸轮轴、中间轴等。
虽然这种同步驱动装置应用广泛，但它们确实存在缺点。尤其是发电机内汽缸的点火及由同步驱动装置驱动的凸轮轴等操纵的设备的操作导致一种称为扭转振动的不希望有的机械振动。扭转振动能导致正时误差和高水平的机械噪声。除不希望有的振动和噪声外，扭转振动还导致同步驱动装置中的链或带的跨距的张力波动，这会导致同步驱动装置中的链或带磨损加剧以及寿命缩短。
当扭转振动的频率接近同步驱动装置的固有频率时，将会发生***共振，扭转振动将会达到最大值。
以前已经提出了扭转振动问题的解决方法。特别地，由本发明的发明人做出并转让给本发明的受让人的公开的PCT申请WO03046413，讲解了一种具有用于链或带的非圆链轮的同步驱动装置，其中链轮或转轮构造成使得在同步驱动装置中的共振减小。该申请的内容在此引入作为参考。
虽然已发现PCT申请WO03046413中公开的发明在很多种情形下特别有利，但它在减小同步驱动装置中固有频率的某些阶的共振时不太理想。特别地，已经确定，在一些例如V6构造等的内燃机构造中，同步驱动装置的主共振点为1.5阶共振及在较小的程度上或降低的程度上为此阶共振的整数倍，例如第3阶共振。虽然PCT申请WO03046413公开的发明被证明在减小第2阶共振及其整数倍阶共振时是有效的，但是希望能够减小在V6发动机等中更主要的1.5阶共振及其整数倍阶的共振。
发明内容
本发明的目的是提供一种新颖的链轮或转轮及同步驱动装置，其排除或减轻现有技术中的至少一个问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种以同步驱动装置中另一转轮的速度的一半转动的消振链轮或转轮，该转轮包括：绕转轮的外周分布的多个齿，该齿可操作以接合同步驱动装置的互连构件或环形驱动结构，该齿在绕转轮的外周设置成三个同样的凸出部，且其中每个凸出部都有一些齿位于转轮的参照圆形径向轮廓上方，一些齿位于参照圆形径向轮廓的下方，从而为转轮产生所希望的三凸出部非圆轮廓，其中，所述转轮还包括叠加在所述转轮的所述三凸出部非圆径向轮廓上的六凸出部非圆径向轮廓以为转轮产生复合非圆径向轮廓，其中，选择所述复合非圆径向轮廓的形状来产生校正扭矩，以减小所述同步驱动装置中的1.5阶振动和第3阶振动。
根据本发明的另一方面，提供了一种同步驱动装置，该同步驱动装置具有主动轮和至少一个由环状长形驱动结构连接的从动轮，且其中所述从动轮以所述主动轮的半速转动，所述驱动装置包括：环状长形驱动结构；能够操作以接合所述长形驱动结构并因而被转动的从动轮；能够操作以驱动所述长形驱动结构的主动轮，其中，所述从动轮具有三凸出部非圆径向轮廓，所述三凸出部非圆径向轮廓上叠加有具有六凸出部的第二轮廓以形成用于转轮的复合非圆轮廓，所述复合非圆轮廓产生校正扭矩，以减小所述同步驱动装置中的1.5阶振动和第3阶振动。
根据本发明的另一方面，提供了一种同步驱动装置，该同步驱动装置具有通过环形驱动结构连接的至少两个转动元件，其中此至少两个元件之一以此至少两个转动元件的另一个的速度的一半转动，该驱动装置包括：环形驱动结构；转轮，该转轮连接到以半速转动的至少两个转动元件的一个元件，该转轮可操作地接合环形驱动结构以转动该一个元件，转轮具有接合互连装置的三凸出部非圆径向轮廓；连接到至少两转动元件的另一个的转轮，该转轮可操作地接合互连装置以转动连接元件，其中选择连接至一个元件的转轮的三凸出部非圆径向轮廓以在同步驱动装置的环形驱动结构中产生校正扭矩，以减小同步驱动装置中的1.5阶振动。
优选地，如果多个元件以驱动装置中另一元件的速度的一半转动，那么每个以半速转动元件的转轮都具有三凸出部非圆径向轮廓，以减小同步驱动装置中的1.5阶振动。
同样优选地，还用具有六凸出部的第二轮廓叠加转轮的三凸出部非圆轮廓以为转轮形成复合非圆轮廓，选择该复合轮廓以在环形驱动结构中产生校正扭矩，以减小同步驱动装置中的1.5阶和第3阶振动。
本发明提供一种消振转轮和一种采用这种转轮的同步驱动装置，其中同步驱动装置中的1.5阶振动能通过采用在同步驱动装置的转动构件上的消振转轮而减小，该转动构件以驱动装置的另一转动构件的半速转动。为消除1.5阶振动，转轮具有三凸出轮非圆径向轮廓以接合同步驱动装置的环形驱动结构。为消除1.5阶和第3阶振动，转轮具有复合六凸出部非圆径向轮廓以接合环形驱动结构。环形驱动结构可以是链或齿带。
附图说明
现将结合附图，仅通过示例来描述本发明的优选实施方式，其中
图1示出用于V6发动机的单链同步驱动装置；
图2示出用于V6发动机的双链同步驱动装置；
图3示出在V6发动机的典型现有技术同步驱动装置的凸轮轴上测量的扭转振动的傅立叶瀑布图(Fourier Waterfall graph)；
图4示出叠加在传统齿架的齿的轮廓上的根据本发明的转轮齿的轮廓；
图5示出图4的转轮的轮廓线以及其各齿中点的指示点；
图6示出转轮齿的轮廓，根据本发明两个非圆轮廓叠加在传统齿架的齿的轮廓上。
图7示出当用图6的转轮替换凸轮轴转轮时，在图3的V6发动机凸轮轴上测量的扭转振动的傅立叶瀑布图。
具体实施方式
根据本发明的实施方式的同步驱动装置在图1中大致以20表示。驱动装置20包括：主动轮24，其安装至内燃机的曲轴；一对进气凸轮轴转轮28和32；一对排气凸轮轴转轮36和40；以及惰轮轴转轮44，它们均由滚子链48互连。
虽然图1的实施方式中同步驱动装置20采用了滚子链48以互连转轮，但对本领域普通技术人员来说，显然环形驱动装置20能够替换地采用齿带或连接转轮的任何其它合适的装置，只要转轮恰当地成形以接合连续循环的长形的驱动结构即可。因此，这里用的术语“链轮”或“转轮”意在包含用于链驱动装置的链轮或转轮和用于齿带驱动装置的链轮或转轮。另外，下面讨论中的术语“齿”意在包含用于链驱动装置的转轮的驱动接合元件和用于齿带的转轮上的齿接合结构。
图1仅用来示例性解释根据本发明的同步驱动装置。对于本领域普通技术人员来说，显然能够有易受非整数阶共振影响的同步驱动装置的多种其它构造，这些构造能用本发明来处理。
例如，图1示出采用单链的V6发动机的同步驱动装置的构造，而图2示出采用两个滚子链的V6同步驱动装置的另一种构造。图2中类似于图1中的部件用相同的附图标记附加“a”标识。
图2中，驱动装置20a包括两个链52和56，它们分别驱动V6发动机相应气缸组上的凸轮轴转轮而不需要惰轮。特别地，链52驱动进气凸轮轴转轮28a及排气凸轮轴转轮36a，同时链56驱动进气凸轮轴转轮32a及排气凸轮轴转轮40a。每个链52和56都由安装在发动机曲轴上的被动双转轮60上相应的齿组驱动。同步驱动装置也可能有许多其它构造，包括多级驱动装置等，这种构造中1.5阶共振以及其整数倍阶共振也能用本发明处理。
图3示出扭转振动的傅立叶瀑布图，其在V6发动机的典型现有技术同步驱动装置的凸轮轴处测量。高强度的扭转振动发生在曲轴的1.5阶，并且第3阶共振点上有明显的较小程度的扭转振动(该图中“速度”指曲轴速度)。
图4以实线示出根据本发明构造的三十六齿转轮100的齿的非圆径向轮廓。该图中，本发明的从动轮100叠加在以虚线示出的传统三十六齿转轮104的齿的圆形径向轮廓上。图5示出图4的两转轮的径向轮廓线，用径向线示出各转轮的转轮齿中点的相对位置。转轮100的径向轮廓线以实线示出，传统转轮104的轮廓线以虚线示出。
如图所示，传统转轮104具有圆形的径向轮廓线，而根据本发明构造的从动轮100是具有三个重复凸出部的非圆径向轮廓(应当注意，为清楚起见，图中放大了轮廓的非圆的幅度)。具体地，从第13号齿到第25号齿的第二凸出部和从第25号齿到第1号齿的第三凸出部重复了从第1号齿至第13号齿的第一凸出部的轮廓。
第一凸出部的轮廓在每端都(在齿1和齿13处)具有“高”点，在那里该轮廓径向地位于圆形传统转轮104轮廓的上面或外侧，并在其中点处(在齿7处)具有“低”点，在那里轮廓径向地在圆形传统齿轮104的下面或内侧。重复的第二凸出部和第三凸出部在相应的位置都具有同样的高点，具体地说是在第二凸出部的齿13和25以及在第一凸出部的齿25和齿1处，并且在相应的位置具有同样的低点，具体地说是在第二凸出部的齿13和第三凸出部的齿31处。
转轮100能根据上述公开的PCT申请描述的原理和根据PCT2005/026583设计，在此引入其内容作为参考。利用凸轮轴上的转轮100，由转轮100的非圆轮廓产生的校正扭矩施加至以曲轴速度的一半转动的链上，从而可以减小1.5阶共振(及其整数倍)。
在图1中V6发动机的同步驱动装置20中，可以发现用适当地设计的从动轮100替换凸轮轴转轮28、32、36、40至少之一能够减小同步驱动装置20a的1.5阶扭转振动。
图2中V6发动机的同步驱动装置20a中，可以发现通过替换至少凸轮轴转轮28a和36a之一以及凸轮轴转轮32a和40a之一，能够减小同步驱动装置20a中的1.5阶扭转振动。
然而，另外优选地同步驱动装置20和20a中每个凸轮轴转轮用适当地设计的转轮100替换以进一步减小各同步驱动装置中的1.5阶共振。
可以认为，由转轮100的非圆轮廓产生的校正扭矩的施加，在产生引起扭转振动的扭矩的点上提供了最好的校正，从而减小1.5阶扭转振动。因此，优选用根据本发明适当地设计的转轮100替换每个传统的转轮。
因此，在图1的驱动装置20中，凸轮轴转轮28、32、36和40的每个都优选地用适当的转轮100分别替换，在图2的驱动装置20a中，凸轮轴转轮28a、32a、36a和40a的每个都优选地用适当的转轮100分别替换。
本领域普通技术人员易于理解，在采用多个转轮100作为凸轮轴转轮的同步驱动装置的转轮100的设计中，每个转轮100针对紧接着其前面的跨度进行设计。换句话说，在例如图1的DOHC发动机中，将考虑从曲轴24至转轮40的跨度设计转轮40的轮廓，同时考虑从转轮32至转轮40的跨度设计转轮32的轮廓，从而两个轮廓不同。
应当注意，本发明不限于使用DOHC发动机，本发明也能有利地用于具有单凸轮的V6发动机，不管是顶置凸轮构造或推杆构造。
虽然采用一个或多个适当地设计的非圆转轮100的V6发动机的测试显示1.5阶扭转振动显著地减小，但本发明人确定也能够减小1.5阶的整数倍阶的振动。特别地，如果转轮或链轮设计成也包括适当的第二轮廓，第3阶振动能与1.5阶振动一起减小。
如上所述，为减小1.5阶振动，转轮100设计成具有沿转轮100的圆周重复出现三次的凸出部形状的径向轮廓。为了减小第3阶振动，还包括具有沿转轮100的圆周重复六次的凸出部形状的第二轮廓。该具有六个凸出部的第二轮廓叠加在上述的具有三个凸出部的轮廓上以获得复合轮廓。该第二轮廓如上述公开的PCT申请的讨论中所确定，用作产生校正扭矩以抵消引起第3阶振动的扭矩。
如果轮廓间的圆度差(每个轮廓的凸出部的高点和低点必须绕着转轮设置的位置)出入很大，则得到的复合轮廓能呈现出具有三个大的凸出部和三个较小的凸部。如果轮廓间的圆度差出入较小，复合轮廓将呈现出只具有三个凸出部，尽管具有与用于消除单阶扭转振动的轮廓不同的形状。轮廓之间圆度差的出入取决于同步驱动装置的部件的位置和几何的物理规格。
图6以实线示出根据本发明构造的三十六齿转轮108的齿的轮廓。图中，发明的转轮108叠加在以虚线示出的传统三十六齿转轮104的齿的轮廓上。
可以看出，转轮108的轮廓呈现具有三个较小凸出部的大致的三凸出部形状，较小凸出部关于齿7、19和31对心，位于关于齿1、13和25对心的三个较大凸出部之间。
关于齿7、19和31对心的较小凸出部对应于六凸出部轮廓的三个凸出部以减小第3阶振动，并且每个关于齿1、19和25对心的凸出部的非常不同的轮廓由减小第3阶振动的轮廓的三个其余的凸出部和减小1.5阶振动的轮廓的三个凸出部相加而产生。特别地，在关于齿1、13和25对心的三个大的凸出部的复合轮廓中，分别邻近齿1、13和25两侧的两个齿(例如齿13附近的齿11、12、14和15等)具有与转轮100上那些相同的齿非常不同的轮廓。
图7示出图3检测的V6发动机中采用转轮108的结果。图中能够清楚地看出1.5阶和第3阶振动显著减小。
对于本领域普通技术人员来说，显然，如果转轮108足够大，即具有足够的齿，从而能够包括另外的轮廓，1.5阶的更高整数倍阶振动，例如4.5阶振动，也能以类似的方式减小。为减小4.5阶振动，需要具有重复九次的凸出部的轮廓，且其叠加在三凸出部和六凸出部轮廓上，以形成所需的复合非圆轮廓。在大部分内燃机中，同步驱动装置中的转轮通常不具有足够的齿以允许这种轮廓组的形成，但是如果该转轮足够大，则可以采用本发明以减小更高整数倍阶的振动。
本发明的上述实施方式为本发明的示例，在不偏离仅通过附带的权利要求限定的本发明范围的情况下，本领域普通技术人员可以实现其变例和改型。

Claims (10)

1.一种消振转轮，该消振转轮被以同步驱动装置中主动轮速度的一半进行驱动，该转轮包括绕其外周的多个齿，所述齿能够操作以接合所述同步驱动装置的环状长形驱动结构，所述齿在所述转轮外周设置成三个凸出部且其中每个凸出部都有一些齿位于所述转轮的参考圆形径向轮廓的上方，一些齿位于参考圆形径向轮廓的下方，从而所述转轮产生所希望的三凸出部非圆轮廓，其中，所述转轮还包括叠加在所述转轮的所述三凸出部非圆径向轮廓上的六凸出部非圆径向轮廓以为转轮产生复合非圆径向轮廓，其中，选择所述复合非圆径向轮廓的形状来产生校正扭矩，以减小所述同步驱动装置中的1.5阶振动和第3阶振动。
2.如权利要求1所述的消振转轮，其中，所述环状长形驱动结构为链。
3.如权利要求1所述的消振转轮，其中，所述环状长形驱动结构为齿带。
4.一种同步驱动装置，该同步驱动装置具有主动轮和至少一个由环状长形驱动结构连接的从动轮，且其中所述从动轮以所述主动轮的半速转动，所述驱动装置包括：
环状长形驱动结构；
能够操作以接合所述长形驱动结构并因而被转动的从动轮；
能够操作以驱动所述长形驱动结构的主动轮，其中，所述从动轮具有三凸出部非圆径向轮廓，所述三凸出部非圆径向轮廓上叠加有具有六凸出部的第二轮廓以形成用于转轮的复合非圆轮廓，所述复合非圆轮廓产生校正扭矩，以减小所述同步驱动装置中的1.5阶振动和第3阶振动。
5.如权利要求4所述的同步驱动装置，其中，所述主动轮具有圆形径向轮廓。
6.如权利要求4所述的同步驱动装置，其进一步包括能够与所述长形驱动结构接合的第二从动轮，所述第二从动轮具有三凸出部的非圆形径向轮廓，所述三凸出部的非圆形径向轮廓产生校正扭矩以减小所述同步驱动装置中的1.5阶振动。
7.如权利要求6所述的同步驱动装置，其中所述第二从动轮的所述三凸出部的非圆形径向轮廓叠加有具有六凸出部的第二轮廓以形成用于第二从动轮的第二复合非圆轮廓，所述第二复合非圆轮廓状产生校正扭矩，以减小所述同步驱动装置中的1.5阶振动和第3阶振动。
8.如权利要求7所述的同步驱动装置，其中，所述第二从动轮的偏心率小于所述第一从动轮的偏心率。
9.如权利要求8所述的同步驱动装置，其中，所述环状长形驱动结构为链。
10.如权利要求8所述的同步驱动装置，其中，所述环状长形驱动结构为齿带。
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