CN103557270A - 一种齿形链链条 - Google Patents

Abstract

一种齿形链链条，由内链板、外链板、短销轴和长销轴组成，内链板上的内链板孔为圆形孔或非圆异形孔，内链板孔上设有一对齿形凸起，该凸起将内链板孔分为外侧卡槽与内侧孔槽两部分。短销轴在轴向方向上由该对齿形凸起和外侧卡槽定位，并与内链板以过盈配合的方式固定在一起，数片内链板重叠，形成内链节。长销轴穿过内链板孔的内侧孔槽，并与两片外链板牢固铆接在一起，形成外链节。内链节的短销轴和外链节的长销轴通过圆弧工作面接触，形成可以在一定范围内旋转的转动副。本发明突破了传统齿形链和Hy-Vo齿形链的结构限制，通过改变销轴装配方式和内链板的排列方式，减小了销轴和链板间的摩擦损失和冲击振动，实现高速齿形链机械化规模量产。

Description

一种齿形链链条

技术领域

本发明涉及链传动构件，特别是一种用于动力传动的齿形链链条。

背景技术

链传动是利用链和链轮齿的啮合来传递动力和运动的机械传动。其最大的特点是平均传动比准确、传动效率高；最大的缺点是易磨损、易伸长、噪声大。与带传动相比，链传动主要有4项优点：

1.无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；

2.传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；

3.所需张紧力小，作用于轴上的压力小，可减少轴承的摩擦损失；

4.能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。

而其缺点主要具体体现在3个方面：

1.仅能用于两平行轴间的传动；

2.成本高，易磨损，易伸长；

3.传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声；

4.不宜用在急速反向的传动中。

链条产品按其功用可分为四大类，即传动链、输送链、拽引链及特种链。一般用于机械（尤其是交通运输工具）中传递运动和动力的是传动链。传动链主要有套筒滚子链和齿形链两种。套筒滚子链由内链板、外链板、套筒、销轴、滚子组成。外链板固定在销轴上，内链板固定在套筒上，滚子与套筒间和套筒与销轴间均可相对转动。齿形链是利用特定齿形的链片和链轮相啮合来实现传动的。链片的工作面与链轮相啮合。为避免啮合时掉链，链条上装有内导片或外导片（外链板）。啮合时导片与链轮上相应的导槽嵌合。

现有摩托车和自行车通常都是采用单列套筒滚子链的链条及链轮进行动力传动，主要原因有2点：1.制造简单，容易实现规模化量产。套筒滚子链比齿形链结构简单、制造和安装精度要求较低；2.在开式传动环境中，尤其是暴雨天气或泥沙较多的路况，套筒滚子链比齿形链耐磨，寿命较长。但滚子链的缺点也显而易见：

1.噪音大。噪声主要产生于三个原因：a.链条与链轮的冲击；b.链传动轴承的运转和链轮的轴向和径向振动；c.链条与导轨之间的碰撞。其中啮合冲击引起的滚子振动或链轮振动形成的噪声构成链传动噪声的主要部分。

2.载重小。当需要增加承载能力时，滚子链需要增加链条的节距或采用多排链。但节距越大，由链条速度变化和链节啮入链轮产生冲击所引起的动载荷越大，反而使链条承载能力和寿命降低。

3.不耐磨。滚子链的套筒和销轴之间以滑动摩擦进行相对运动。实际使用中，滚子链销轴极其容易磨损，导致链节变长，容易引起跳齿或脱链，严重影响链条使用寿命。

4.多边形效应强烈。链轮每转过一个齿，链速就从大到小，再从小到大变化一次，同时伴随着链条忽上忽下颤抖，这种链传动的运动不均匀性容易引起链节的横向振动与纵向振动，使链传动的瞬时传动比变化并引起附加动载荷，不仅引起噪声而且影响使用寿命。

相比于套筒滚子链，齿形链的传动性能明显占有优势，更多地适用于高速、重载、低噪音和大中心距的环境中：

1.噪音小。齿形链链板与链轮轮齿之间的啮合是沿链轮轮齿齿形滚-滑运动的，减小了链条与链轮之间的啮合冲击，因此齿形链具有使传动噪音水平下降的特点，传动的噪声远远小于滚子链。

2.可靠性较高。由于齿形链的链节是多片式结构，当其中个别链片在工作总遭到破坏时，整根链条并不立即断开，使用者能够及时发现并更换。

3.运动精度高。滚子链各链节的磨损伸长量不相等。磨损之前各链节节距相同，套筒及销轴的磨损使得滚子链的内、外节节距逐渐不同，外节节距差别变得愈来愈大，这种各链节间不一致的伸长量会引起速度的变化以及传动中的振动，导致传动精度降低。而齿形链各链节的磨损伸长量是均匀的。当销轴发生磨损后，每个链节的伸长量相等，磨损几乎不会引起链速度的变化或传动中的振动，因此可保持较高的运动精度。

4.传动效率高，其平均效率可高达99%。

5.具有紧凑的结构。与相同节距的滚子链相比，齿形链的结构更为紧凑。当需要增加承载能力时，齿形链只需在宽度方向上增加较小的尺寸就可以获得更大的承载能力。而滚子链则需要增加链条的节距或采用多排链。但节距越大，由链条速度变化和链节啮入链轮产生冲击所引起的动载荷越大，反而使链条承载能力和寿命降低。

6.具有高负载传动能力。齿形链可以在11000r/min的转速下有效工作，其承载能力约为滚子链的3.8倍。

虽然齿形链比滚子链具有更加优越的传动性能，但目前鲜少使用于摩托车外驱动链，主要原因是其在开式环境中容易磨损，使用寿命不长。齿形链多数应用在汽车正时***内，有良好的润滑环境。在摩托车的实际使用环境中，雨水、泥沙的侵蚀加速齿形链销轴和链板间的磨损，导致其使用寿命低于同节距的滚子链。

近年来，由美国Morse公司发明的Hy-Vo齿形链使用寿命大幅提高，该链条用一对对滚的异形销轴取代传统齿形链的圆形销轴，铰链销轴之间以滚动摩擦为主，摩擦损失小于传统圆销式齿形链。但Hy-Vo链仍未广泛流行，主要原因有3点：

1.生产技术含量高，制造难度大。国际上只有美国、日本、德国等发达国家能生产，美国Morse、日本D.I.D等公司的产品占领了主要市场。其中，Morse的技术实力最强。日本D.I.D、TSUBAKI的齿形链设计技术在消化吸收Morse设计技术的基础上也有所创新。德国IWIS近年来也在进行新型啮合机制的齿形链系列产品研发。不同类型齿形链产品的多项专利技术均被上述国外厂家分别拥有。我国近年来众多轿车上应用的齿形链系列产品大多从Morse、D.I.D进口。

2.机器化规模量产困难。目前Hy-Vo链多数采用外啮合机制。多层齿形链板交错相叠，由一长一短两个对滚的异形销轴铰接而成。不同厂家生产的Hy-Vo链滚销结构也不尽相同，从最初的圆形孔瓦片式滚销发展到非圆形孔对滚销轴链节的形式。以近年来出现的卵形孔为例，多层齿形内链板交错相叠，长、短销轴穿过内链板卵形孔，并分别被交错排列的卵形孔外侧曲线以间隙配合的方式定位，最终长销轴被铆入外链板。由于内链板层数较多且交错排列，以及内链板与长、短销轴之间的间隙配合方式，Hy-Vo齿形链多数只能手工制造，量产困难。

3.制造成本高昂。由于上述两个原因，Hy-Vo齿形链虽然克服了传统齿形链不耐磨、易伸长的缺点，但因成本过高无法广泛流行。

鉴于以上所述，我们的目标是发明一种齿形链链条，兼具耐磨损、低噪音、载重强、传动平稳、多边形效应低的优点，更重要的是成本可控、生产便利、可以机器化规模量产，适用于暴雨天气、泥沙较多的开式环境。

发明内容

本发明的目的就是针对现有传统齿形链和Hy-Vo齿形链的不足，提供一种耐磨损、低噪音、载重强、传动平稳，同时生产便利、可以实现机器化规模量产的齿形链链条。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种齿形链链条，由内链板、外链板、短销轴和长销轴组成，内链板上的内链板孔为圆形孔或非圆异形孔，外链板上的外链板孔的截面形状与长销轴的截面形状相同，短销轴和长销轴截面形状均由若干段圆弧和若干段直线构成。内链板孔上设有一对齿形凸起，该一对齿形凸起将内链板孔分为外侧卡槽与内侧孔槽两部分，短销轴在轴向方向上由该一对齿形凸起和外侧卡槽定位，并与内链板以过盈配合的方式固定在一起，形成内链节。数片内链板重叠装配。长销轴穿过内链板孔的内侧孔槽，并与上下两片外链板牢固铆接，形成外链节。内链节上的短销轴和外链节上的长销轴通过圆弧工作面接触，并形成可以在一定范围内旋转的转动副。与上述技术方案中的齿形链链条配合的链轮齿形是直线、渐开线或圆弧。短销轴的圆弧工作接触面的横截曲线以及长销轴的圆弧工作接触面的横截曲线均为单一曲率曲线；或者短销轴的圆弧工作接触面的横截曲线以及长销轴的圆弧工作接触面的横截曲线均为变曲率曲线。短销轴和长销轴的圆弧接触面曲率半径与链条节距比值为0.4－0.7。本发明技术方案中的齿形链链条适用于车辆中的外驱动链。

采用上述技术方案的本发明（图1-3），对比现有Hy-Vo齿形链（图4），现有Hy-Vo齿形链的内链板孔（HV-0）上无突起，内链板（HV-1）交错排列；长（HV-4）、短销轴（HV-3）穿过内链板孔（HV-0），并分别被交错排列的内链板孔（HV-0）外侧曲线以间隙配合的方式定位，最终长销轴（HV-4）被铆入外链板（HV-2）。由于内链板层数较多且交错排列，以及内链板（HV-1）与长（HV-4）、短销轴（HV-3）之间的间隙配合方式，现有传统Hy-Vo齿形链多数只能手工制造，量产困难；而且容易增加短销轴（HV-3）和长销轴（HV-4）之间的磨损；也容易引起销轴和链板之间的磨损及胶合。本发明传动链工作时，短销轴被牢牢固定在链板内，这种过盈固定的设计相比现有Hy-Vo链更容易实现自动化装配工艺，有效提高了生产效率，降低生产成本。同时，因为短销轴的背面圆弧和内链板外侧卡槽的圆弧紧密配合，短销轴的两端和内链板孔的一对齿形凸起精密固定，一方面避免了销轴和链板之间的摩擦损失以及胶合问题，相对现有技术的齿形链可以有效减少链传动过程中的冲击和振动，从而显著提高使用寿命。另一方面，通过增加短销轴和链板外侧卡槽的圆弧的接触面，链节的承载能力相应提高，齿形链的破断载荷得到提高，更适合重载的使用环境。

采用本文第[0010]段技术方案的本发明，由于所述内链板数片重叠排列，而非现有齿形链或Hy-Vo齿形链内链板（HV-1）交错排列，如本文第[0010]段所述短销轴的过盈配合固定设计使得实际使用中截断链条更加方便。

采用本文第[0010]段技术方案的本发明，由于短销轴由内链板孔的齿形凸起和外侧卡槽在轴向定位，并与内链板以过盈配合的方式固定在一起，形成内链节。长销轴穿过内链板孔的内侧孔槽，并与两片外链板牢固铆接在一起，形成外链节。内链节的短销轴和外链节的长销轴通过圆弧工作面接触，形成可以在一定范围内旋转的转动副。当该齿形链处于在链轮上缠绕围链的状态时，其节距通过所述一对长、短销轴组成的铰链调节。啮合前，两销轴在低于链条节距线以下的一点接触，当转过一定角度后，链条围绕在链轮上，长销轴沿着对应的短销轴滚动，使两销轴的接触点上移，链节距伸长，实现“变节距”特性。该特性可以减小链传动中的多边形效应以及由多边形效应引起的链板与链轮齿之间的冲击，还可以减小链轮峰值负荷，相比现有技术的齿形链使得该链可承受的工作应力较大，即可传动更大的功率。同时，相比现有技术的齿形链铰链间销轴与链板空间存在着滑动摩擦，该链条的长、短销轴之间以滚动摩擦为主，其摩擦损失小于滑动摩擦，因此适用于更高速的工作环境，且不易发生胶合或过度磨损，显著提高链条的使用寿命。除此之外，该链条的异形长销轴和短销轴通过圆弧面接触，其工作表面具有更大的压力承载面积，链节的承载能力相应提高，从而提高了链条的破断载荷。

优选的，当需要增加承载能力时，链条只需要增加内链板的重叠片数，或者在链板宽度方向上增加较小的尺寸就可以获得更大的承载能力。相比现有滚子链通过增加链条的节距或采用多排链来提高承载力，该链条具有更加紧凑的结构和灵活型，充分体现了适合于不同工况的“个性化”。

优选的，短销轴和长销轴的圆弧接触面曲率半径与链条节距比值为0.4-0.7。长销轴的圆弧接触面曲率和短销轴的圆弧接触面的横截曲线的曲率可以取相同的数值，也可以取不同的数值。圆弧接触面的横截曲线还可以是变曲率，即当链条缠绕在链轮上，随着某一链节入齿、定位、退齿，该链节上的长、短销轴在不同曲率的接触面上滚动。长、短销轴接触面曲率的优化选择，对于制造高速精密的链条至关重要。

经实验验证，本发明的齿形链与传统结构的套筒滚子链相比，负载能力（以4片内链板为例）提高两至叁倍；在相同负载下，使用寿命提高近叁倍；当中心频率在3200Hz左右，噪音达到峰值约75db；而在正常的开式使用环境下，出现人耳可接受范围内噪音的时间比普通滚子链推迟3.5倍以上。本发明的齿形链与传统结构相同规格的齿形链链相比，负载能力基本持平；在相同负载下，使用寿命提高两至叁倍；而在正常的开式使用环境下，出现人耳可接受范围内噪音的时间比普通齿形链推迟一倍以上。本发明的齿形链与相同规格的普通Hy-Vo齿形链链相比，负载能力基本持平；在相同负载下，使用寿命基本持平；而在正常的开式使用环境下，出现人耳可接受范围内噪音的时间基本持平；生产成本减少50%-70%，实现机器自动化装配，生产效率大幅提高。

本发明的有益效果是，突破了传统齿形链的结构限制，减小了销轴和链板间的摩擦损失，显著减小了传动中的多边形效应，减小了冲击和振动，从而降低噪声、减轻磨损；同时通过增加异形销轴的接触面积，有效提高齿形链的破断载荷。另一方面，本发明突破了Hy-Vo齿形链的结构限制，通过改变销轴装配方式和内链板的排列方式，克服了高速齿形链生产技术含量过高的困难，实现机械化规模量产，有效降低了生产成本，提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明齿形链链条的结构示意轴测图。

图2是本发明齿形链链条的主视图。

图3是本发明齿形链链条的俯视图。

图4是Hy-Vo齿形链结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1，参见图1－3，一种用于摩托车外驱动链的齿形链链条，由4片内链板（1）、外链板（2）、短销轴（3）和长销轴（4）组成。所述内链板孔（5）为圆孔，内链板孔（5）上设有一对齿形凸起（1a），齿形凸起（1a）将内链板孔（5）分为外侧卡槽(1b)与内侧孔槽(1c)两部分。外链板孔（6）截面形状和长销轴（4）截面形状相同。短销轴（3）和长销轴（4）截面形状均由若干段圆弧和若干段直线构成。短销轴（3）由齿形凸起(1a)和外侧卡槽(1b)在轴向定位，并与内链板（1）以过盈配合的方式固定在一起，数片内链板（1）重叠装配，形成内链节。长销轴（4）穿过内链板孔（5）的内侧孔槽（1c），并与两片外链板（2）牢固铆接在一起，形成外链节。内链节的短销轴（3）和外链节的长销轴（4）通过圆弧工作面接触，形成可以在一定范围内旋转的转动副。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征，以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种齿形链链条，由内链板（1）、外链板（2）、短销轴（3）和长销轴（4）组成，所述内链板（1）上的内链板孔（5）为圆形孔或非圆异形孔，所述外链板（2）上的外链板孔（6）的截面形状与所述长销轴（4）的截面形状相同，所述短销轴（3）和所述长销轴（4）截面形状均由若干段圆弧和若干段直线构成，其特征在于，所述内链板孔（5）上设有一对齿形凸起（1a），所述一对齿形凸起（1a）将所述内链板孔（5）分为外侧卡槽（1b）与内侧孔槽（1c）两部分，所述短销轴（3）在轴向方向上由所述一对齿形凸起（1a）和所述外侧卡槽（1b）定位，并与所述内链板（1）以过盈配合的方式固定在一起，形成内链节。

2.根据权利要求1所述的齿形链链条，所述内链板（1）数片重叠装配。

3.根据权利要求2所述的齿形链链条，所述长销轴（4）穿过所述内链板孔（5）的所述内侧孔槽（1c），并与上下两片所述外链板（2）牢固铆接，形成外链节。

4.根据权利要求3所述的齿形链链条，内链节上的所述短销轴（3）和外链节上的所述长销轴（4）通过圆弧工作面接触，并形成可以在一定范围内旋转的转动副。

5.根据权利要求4所述的齿形链链条，与所述齿形链链条配合的链轮齿形是直线、渐开线或圆弧。

6.根据权利要求5所述的齿形链链条，所述短销轴（3）的圆弧工作接触面的横截曲线（3a）以及所述长销轴（4）的圆弧工作接触面的横截曲线（4a）均为单一曲率曲线。

7.根据权利要求5所述的齿形链链条，所述短销轴（3）的圆弧工作接触面的横截曲线（3a）以及所述长销轴（4）的圆弧工作接触面的横截曲线（4a）均为变曲率曲线。

8.根据权利要求6或7所述的齿形链链条，所述短销轴（3）和长销轴（4）的圆弧接触面曲率半径与链条节距比值为0.4－0.7。

9.根据权利要求8所述的齿形链链条，适用于车辆中的外驱动链。

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