改進的齒輪側隙工具及其使用方法
2023-10-06 09:10:19 3
改進的齒輪側隙工具及其使用方法
【專利摘要】提供一種用於調節一個齒輪與另一齒輪的相對位置的工具（70）。該工具（70）可以用以設置和調節內燃發動機（10）中的凸輪軸齒輪（22）和可調節空轉齒輪（24）之間的側隙。
【專利說明】改進的齒輪側隙工具及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明整體上涉及內燃發動機中的齒輪系。更具體地，本發明涉及一種用於設置和調節內燃發動機用頂置凸輪軸齒輪系中的齒輪側隙的工具及其使用方法。
【背景技術】
[0002]在具有頂置凸輪軸的典型內燃發動機中，凸輪軸經由齒輪系總成通過發動機曲軸驅動。除曲軸齒輪和凸輪軸齒輪之外，齒輪系總成典型地包括一個或多個中間空轉齒輪，其主要功能是將旋轉從曲軸齒輪傳遞至凸輪軸齒輪。齒輪的適當嚙合(空間布置)、尤其是空轉齒輪與頂置凸輪軸齒輪的嚙合對發動機性能至關重要。
[0003]空轉齒輪和凸輪軸齒輪的空間布置特別是氣缸蓋厚度和發動機缸體高度的函數。氣缸蓋厚度或發動機缸體高度的任何改變能夠影響齒輪嚙合。齒輪嚙合還能夠由於發動機修理過程中氣缸蓋襯墊的壓縮和維修幹擾而在正常發動機運行過程中受到影響。
[0004]不適當齒輪嚙合能夠導致過度側隙，其限定為驅動齒輪齒的後面與從動齒輪齒的前面之間的間隙。側隙能夠導致過度噪聲、齒輪磨損，甚至是齒輪失效。
[0005]當前齒輪側隙工具一般被限制為在標稱氣缸蓋厚度和發動機缸體高度下設置可調節空轉齒輪相對於凸輪軸齒輪的初始正確位置。設置空轉齒輪和凸輪軸齒輪的初始正確位置是將齒輪側隙工具安裝在凸輪軸和空轉齒輪短軸(空轉齒輪被移除)的端部上並隨後上緊將空轉齒輪保持就位的螺栓的簡單的事情。
[0006]當氣缸蓋厚度或發動機高度從其標稱尺寸變化時(這在發動機修理之後或甚至在正常發動機磨損和撕裂之後頻繁出現)，常規齒輪側隙工具無法用於設置側隙。在這樣的情況中，發動機必須返回到車間，用於扳開發動機部件(通常是氣缸蓋)以使發動機回復到其原始公差(氣缸蓋厚度或發動機高度)，並且隨後使用常規齒輪側隙工具來設置側隙。
[0007]因此，提供一種用於調節齒輪側隙的改進的工具是有益的，其能夠用以針對任何發動機構造(包括當氣缸蓋厚度或發動機高度從其標稱尺寸變化時)調節和設置齒輪側隙。
[0008]本發明的另一目的是提供一種齒輪側隙工具，其能夠在現場使用，以便在發動機修理幹擾齒輪系的任何時候或者當正常發動機運行有必要調節時調節齒輪側隙。
【發明內容】
[0009]根據本發明的一方面，提供一種用於調節例如內燃發動機中的諸如頂置凸輪軸齒輪的第一齒輪和諸如可調節空轉齒輪的可調節齒輪之間的側隙的裝置。可調節空轉齒輪具有中心孔並且能夠可移除地安裝在背板上，並且能夠與凸輪軸齒輪和第二齒輪直接嚙合。背板可調節地安裝到諸如齒輪箱或發動機缸體的結構，並且包括大致平面主體和從背板主體向外延伸並垂直於背板主體的平面的短軸。短軸能夠接收可調節空轉齒輪。背板主體限定用於接收從齒輪箱延伸的第一組保持構件或柱的開口，第一組柱能夠接收第一組緊固件，以將背板緊固到齒輪箱。
[0010]側隙調節工具包括中心主體和兩個臂。該主體優選地是大致柱形的並且具有尺寸設定為容納背板短軸的中心孔。臂從中心主體向外延伸並且包括能夠接合凸輪軸齒輪和第二空轉齒輪的齒輪齒。
[0011]在本發明的重要方面中，工具能夠安裝在背板短軸上，其中齒輪齒接合凸輪軸齒輪和第二空轉齒輪，而不遮掩第一組柱。這可以通過將每個臂形成為從中心主體向外延伸的弓形構件或環形區段的形狀且使齒輪齒從環形區段向外徑向延伸並圍繞中心軸線周向布置來實現，其中，當工具安裝在短軸上時，一個臂的齒輪齒能夠與凸輪軸齒輪嚙合，並且另一臂的齒輪齒能夠與第二齒輪嚙合。在一種切實可行的實施方式中，每個環形區段限定具有小於約六十(60)度的長度的弧。
[0012]在本發明的另一方面中，提供一種調節頂置凸輪軸齒輪和可調節空轉齒輪之間的側隙的方法。該方法可以包括以下步驟:
[0013]將可調節空轉齒輪從背板短軸移除，由此暴露第一組柱；
[0014]將第一組緊固件從第一組柱移除；
[0015]提供具有大致柱形中心主體和一對臂的側隙調節工具，每個臂包括一組齒輪齒，一組齒輪齒能夠與凸輪軸齒輪嚙合，並且另一組齒輪齒能夠與第二齒輪嚙合；
[0016]將工具安裝在背板短軸上，使得一個臂的齒輪齒與凸輪軸齒輪嚙合並且另一臂的齒輪齒與第二齒輪嚙合；
[0017]將背板調節(運動)到期望的位置；
[0018]將第一組緊固件上緊在第一組柱上，以將背板與齒輪箱成固定的關係緊固；
[0019]將工具從背板短軸移除；以及
[0020]將可調節空轉齒輪安裝在背板上。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是用於具有標稱氣缸蓋厚度和標稱發動機缸體高度的內燃發動機的齒輪系的前正視圖。
[0022]圖2是用於具有與標稱厚度和聞度不同的氣缸蓋厚度和/或發動機缸體聞度的內燃發動機的齒輪系的前正視圖。
[0023]圖3是現有技術的齒輪側隙工具的立體圖。
[0024]圖4是現有技術的工具在其可能用以為具有標稱氣缸蓋厚度和標稱發動機缸體高度的內燃發動機設置齒輪側隙時的前正視圖。
[0025]圖5是根據本發明的齒輪側隙工具的立體圖。
[0026]圖6是用於內燃發動機的齒輪系的前正視圖，其中，可調節空轉齒輪已被移除並且圖5的工具安裝就位。
[0027]圖7是在調節緊固件已被安裝之後圖6的齒輪系的前正視圖。
[0028]圖8是在齒輪側隙工具已被移除之後圖7的齒輪系的前正視圖。
[0029]圖9是在其它緊固件已被安裝之後圖8的齒輪系的前正視圖。
[0030]圖10是在可調節空轉齒輪已被重新安裝之後圖9的齒輪系的前正視圖。
【具體實施方式】
[0031]儘管本發明可以以許多形式實施，但在附圖中顯示和將在這裡詳細描述的是一種或多種實施方式，應當理解，本公開被認為是本發明的原理的範例並且不意於將本發明限制為舉例的實施方式。
[0032]本發明是一種用於調節例如內燃發動機的頂置凸輪軸齒輪和可調節空轉齒輪的兩個齒輪之間的相對空間布置的側隙調節裝置。圖1示出本發明可以使用的類型的典型內燃發動機10。發動機10包括安裝在發動機缸體14上的氣缸蓋12，在發動機缸體14和氣缸蓋12之間有氣缸蓋襯墊。
[0033]頂置凸輪軸16可旋轉地安裝在氣缸蓋12內並且可操作地連接到頂置凸輪閥(未示出)。頂置凸輪軸齒輪22安裝到凸輪軸16並且經由齒輪系18可操作地連接到曲軸齒輪。齒輪系18安裝在齒輪箱20內，齒輪箱20又安裝到發動機缸體14。齒輪系18用以將來自曲軸(未示出)的旋轉運動經由一個或多個中間齒輪傳遞至凸輪軸16。在示例的實施方式中，齒輪系18包括附接至凸輪軸16的端部的頂置凸輪軸齒輪22、可調節空轉齒輪24、第二(固定)空轉齒輪26和聯體空轉齒輪28、29。應當理解，齒輪系18可以具有僅僅三個齒輪，包括固定從動齒輪(即，頂置凸輪軸齒輪22 )、固定驅動齒輪(即，曲軸齒輪)和用於將曲軸齒輪的旋轉運動傳遞至頂置凸輪軸齒輪22的中間可調節空轉齒輪。
[0034]仍參照圖1，可調節空轉齒輪24與頂置凸輪軸齒輪22和第二空轉齒輪26成直接嚙合關係。可調節空轉齒輪24具有限定中心(水平)軸線31的中心孔30並且可以經由傳統方式安裝到齒輪箱20或發動機缸體14。具體地，空轉齒輪24可以安裝到保持板或背板32，保持板或背板32又可調節地安裝到齒輪箱20或發動機缸體14。
[0035]如在圖8中可能最佳顯示的，背板32包括大致平面主體34和垂直於主體34的平面從背板主體34向外延伸的短軸36。短軸36能夠接收可調節空轉齒輪24。在示例的實施方式中，背板主體34限定用於接收第一組螺紋保持構件或柱42的第一組三個開口 38和用於接收第二組螺紋柱44的第二組三個開口 40。如以下解釋的，第一組柱42能夠接收第一組緊固件46以設置齒輪側隙，同時第二組柱42能夠接收第二組緊固件48以將背板32緊固到發動機缸體14。緊固件46、48可以是螺栓、螺母或任何其它適當的緊固件。
[0036]再次參照圖1，示出用於具有標稱氣缸蓋厚度和標稱發動機缸體高度的內燃發動機10 (如OEM發動機)的齒輪系18的前正視圖。豎線「A」和「B」僅為圖示的目的。豎線「A」與可調節空轉齒輪24上的齒之一相交，並且豎線「B」與第二空轉齒輪26的中心軸線52相交。可調節空轉齒輪24被示出處於相對於第二空轉齒輪26的第一固定位置。
[0037]圖2是用於內燃發動機的齒輪系18的前正視圖，示出由於例如氣缸蓋厚度和/或發動機缸體高度從圖1中所示改變所需的可調節空轉齒輪24的新對準(定位)。可調節空轉齒輪24的該新對準維持可調節空轉齒輪24和頂置凸輪軸齒輪22之間的期望的齒輪側隙公差。如以下解釋的，通過使用本發明的工具將可調節空轉齒輪24從短軸36移除並且調節短軸36的位置來實現該新對準。在該示例性圖示中，當可調節空轉齒輪24重新安裝在短軸36上時，短軸位置的改變迫使可調節空轉齒輪24逆時針旋轉一個齒，如通過豎線「A」相對於豎線「B」的新位置指示的。
[0038]現有技術
[0039]圖3是現有技術的齒輪側隙工具60的立體圖。如圖4中所示，現有技術的工具60能夠用以設置用於具有標稱氣缸蓋厚度和標稱發動機缸體高度的內燃發動機的齒輪側隙，但在氣缸蓋厚度或發動機高度從其標稱尺寸變化時不能設置齒輪側隙。[0040] 申請人:已開發一種用於調節齒輪側隙的改進的齒輪側隙工具，其能夠用以調節用於任何發動機構造的齒輪側隙，包括當氣缸蓋厚度或發動機高度從其標稱尺寸變化時。改進的齒輪側隙工具能夠由經銷商或在實地使用，以在發動機修理幹擾齒輪系的任何時候或在正常發動機運行有必要調節時調節齒輪側隙。
[0041]改進的側隙調節工具
[0042]現在將描述工具70，當使用例如較薄的氣缸蓋或較短的發動機缸體時，或者響應於氣缸蓋襯墊的壓縮或維修幹擾，該工具70能夠用以調節可調節空轉齒輪24和頂置凸輪軸齒輪22之間的側隙(以及可調節空轉齒輪24和第二空轉齒輪26之間的空間關係)。
[0043]現在參照圖5，工具70包括中心主體72和從主體72大致徑向向外延伸的一對間隔開的第一臂74和第二臂76。工具主體72是大致柱形的，限定尺寸設定為容納(滑過)背板短軸36的中心孔78並具有中心旋轉軸線80。
[0044]第一臂74包括從中心主體72徑向延伸的環形區段82和從環形區段82向外徑向延伸並圍繞中心旋轉軸線80周向定位的齒輪齒86。類似地，第二臂76包括從中心主體72徑向延伸的環形區段84和從環形區段84向外徑向延伸並圍繞中心旋轉軸線80周向定位的齒輪齒88。環形區段82、84大致平面對準，並且工具70的齒輪齒幾何結構(形狀和相對定位)和齒輪齒間距與可調節空轉齒輪24的齒輪齒幾何結構(形狀和相對定位)和齒輪齒間距大致相同，使得當工具70安裝在短軸36上時，第一臂74的齒輪齒86與頂置凸輪軸齒輪22嚙合並且第二臂76的齒輪齒88與第二空轉齒輪26嚙合。
[0045]第一臂74限定從環形區段82的一側90到相對側92測量的弧α。第二臂76限定從環形區段84的一側94到相對側96測量的弧β。每個弧α、β的長度限於允許工具70安裝在背板32上而不遮掩(覆蓋)第一組柱42並且還允許用於通過將第一組緊固件46放置在第一組柱42上並用套筒扳手或其它工具上緊第一組緊固件46來調節背板32的空間的最大長度。換句話說，當工具70安裝在短軸36上時，第一組柱42必須能夠被充分接近，使得使用者能夠用常規套筒扳手移除第一組緊固件46、將背板32的位置調節至第二位置、更換第一組緊固件46並且用常規套筒扳手上緊第一組緊固件46。
[0046]例如，在圖示的例子中，每個工具臂74、76限定分別小於約六十(60)度並更接近約58度的弧α、β。當然，弧α、β能夠是任意長度(並且不必是相同長度)，只要在工具70被安裝時柱42被暴露並且圍繞柱42有用於調節背板32的充分空間。總之，在工具70被安裝時，工具70必須允許使用者接近第一組緊固件46作業。
[0047]當可調節空轉齒輪24安裝在短軸36上時，通過切去可調節空轉齒輪24的通常遮掩第一組柱42的環形區段(部分)能夠製成工具70。當以此方式製造時，工具70尺寸將與除了切去部分以外製成工具70的可調節空轉齒輪的尺寸相同。
[0048]使用方法
[0049]本發明還是使用這裡描述的類型的側隙調節工具70調節第一固定齒輪(諸如頂置凸輪軸齒輪22)和第二可調節齒輪(諸如可調節空轉齒輪24)之間的相對空間布置的方法。該方法包括以下步驟:
[0050]隨著齒輪系罩被移除，使用者移除可調節空轉齒輪24。接著，使用者移除將背板32保持到齒輪箱20或發動機缸體14的緊固件46、48，使得背板32不再以固定關係緊固到齒輪箱20或發動機缸體14。[0051]接著，如圖6所示，工具70安裝在短軸36上，使得一個臂74的齒輪齒86與第一(頂置凸輪軸)齒輪22嚙合並且另一臂76的齒輪齒88與第二(空轉)齒輪26嚙合。重要的是，第一組柱42被暴露並且在工具70被安裝之後仍然能夠被接近(留有空間用於容納套筒板手)。
[0052]使用者隨後可以更換第一組緊固件46並手動將第一組緊固件46在第一組柱42上剛好上緊，使得如果背板32和短軸36被旋轉，則感覺到微小阻力。
[0053]接著，使用者能夠使用常規刻度盤指示器在齒輪上的一個或多個位置處測量可調節空轉齒輪24和凸輪軸齒輪22之間的當前側隙。各個齒輪齒中的小不同可能要求檢查多個位置處的側隙。
[0054]隨後，通過例如用軟錘在短軸36上輕敲以使短軸36運動更接近或更遠離凸輪軸齒輪22以便增加或減小側隙量，能夠根據需要將背板32運動(調節)到期望的第二位置。
[0055]如圖7中所示，隨著工具70仍被安裝，一旦獲得適當的側隙，使用者上緊第一組緊固件46以將處於期望的第二位置的背板32緊固到齒輪箱20、發動機缸體14或其它結構。
[0056]如圖8中所示，隨著第一組緊固件46被上緊，能夠將工具70從短軸36移除。如圖9中所示，隨著工具70被移除，第二組緊固件48能夠被安裝在第二組柱44上並且被上緊。
[0057]最後，如圖10中所示，可調節空轉齒輪24能夠被重新安裝在短軸36上。使用者能夠在安裝將可調節空轉齒輪24緊固到短軸36的螺栓(未示出)、以適當的轉矩上緊螺栓並且更換齒輪箱罩之前核實側隙的適當量仍是正確的。
[0058]工業實用性
[0059]因此，已描述一種用於調節一個齒輪與另一齒輪的相對位置的工具。本發明可以用以設置並調節例如內燃發動機(包括但不限於用於重型越野車輛的發動機)中的凸輪軸齒輪和可調節空轉齒輪之間的側隙。該工具能夠在幹擾齒輪系的任何發動機修理、諸如涉及移除氣缸蓋(包括更換凸輪軸或移除氣缸套)的任何修理的過程中或之後使用。工具可以由原設備製造商使用、由經銷商作為他們的普通技術人員的工具箱的一部分使用或者由操作員在實地使用。
[0060]本發明的裝置和方法可以適用於任何齒輪系系統，其中，需要相對於另一齒輪調節一個齒輪，同時允許接近通常在可調節齒輪後面被遮掩的保持柱、保持緊固件或其它保持部件。
[0061]可以理解，上面描述的本發明的實施方式僅是用以示例本發明原理的具體例子。可以設想到本發明的修改和替代實施方式，其不背離由前述教導和所附權利要求限定的本發明的範圍。意圖是權利要求覆蓋落入其範圍內的所有這樣的修改和替代實施方式。
【權利要求】
1.一種用於調節第一齒輪(22)和可調節齒輪(24)之間的相對空間布置的裝置(70)，所述可調節齒輪(24)限定中心孔(30)並且能夠可移除地安裝在背板(32)上，並且具有能夠與第一齒輪(22)和第二齒輪(26)直接嚙合的齒輪齒，所述背板(32)可調節地安裝到結構(14)，所述背板(32)包括大致平面主體(34)和垂直於背板主體(34)的平面從背板主體(34)(34)向外延伸並且能夠接收可調節齒輪(24)的短軸(36)，所述背板主體(34)限定用於接收從所述結構(14)延伸的第一組保持構件(42)的開口(38)，所述第一組保持構件(42)能夠接收第一組緊固件(46)，以將背板(32)緊固到所述結構(14)，所述裝置(70)包括: 大致柱形中心主體(72)，其具有中心旋轉軸線(80)和尺寸設定為容納背板短軸(36)的中心孔(78);和 從中心主體(72)向外延伸的間隔開的第一臂和第二臂(74，76)，所述第一臂(74)包括能夠接合第一齒輪(22)的第一組齒輪齒(86)，並且所述第二臂(76)包括能夠接合第二齒輪(26)的第二組齒輪齒(88)。
2.根據權利要求1所述的裝置(70)，其中，所述裝置(70)能夠安裝在背板短軸(36)上，其中，所述第一組齒輪齒(86 )接合第一齒輪(22 )並且所述第二組齒輪齒(88 )接合第二齒輪(26 )，而不遮掩所述第一組緊固件(46 )。
3.根據權利要求2所述的裝置(70)，其中，每個工具臂(74，76)包括從中心主體(72)延伸的環形區段(82，84)，並且其中所述齒(86，88)從環形區段(82，84)向外徑向延伸並且圍繞所述中心旋轉軸線(80)周向定位。
4.根據權利要求3所述的裝置(70)，其中，可調節空轉齒輪齒和裝置(70)的齒輪齒(86，88)具有大致相同的幾何結構和間距。
5.根據權利要求3所述的裝置(70)，其中，每個環形區段(82，84)限定具有小於約60度的長度的弧。
6.根據權利要求3所述的裝置(70)，其中，所述第一齒輪(22)是用於驅動內燃發動機(10)的部件的齒輪，並且所述可調節齒輪(24)是可調節空轉齒輪。
7.根據權利要求6所述的裝置(70)，其中，所述部件是凸輪軸(16)。
8.根據權利要求1所述的裝置(70)，其是通過從尺寸與所述可調節空轉齒輪(24)相等的齒輪切去環形部分製成的。
9.一種齒輪側隙調節系統，包括: 凸輪軸齒輪(22)； 第二齒輪(26)； 背板(32)，其可調節地安裝到結構(14)並且包括大致平面主體(34)和從主體(34)向外延伸並垂直於背板主體(34)的平面的短軸(36)，所述背板主體(34)限定用於接收從所述結構(14)延伸的第一組柱(42)的開口(38)，所述第一組柱(42)能夠接收第一組緊固件(46)，以將背板(32)緊固到所述結構(14)； 可調節空轉齒輪(24)，所述可調節空轉齒輪(24)能夠可移除地安裝在背板短軸(36)上並且能夠與凸輪軸齒輪(22)和第二齒輪(26)直接嚙合，和 工具(70)，其包括具有尺寸設定為容納背板短軸(36)的中心孔(78)的大致柱形中心主體(72 )以及一對臂(74，76 )，每個臂(74，76 )包括從中心主體(72 )徑向延伸的環形區段(82,84)和從環形區段(82，84)徑向延伸的齒輪齒(86，88)，每個臂(74，76)的齒輪齒(86，88)能夠分別接合凸輪軸齒輪(22)和第二空轉齒輪(26)。
10.根據權利要求9所述的裝置(70)，其中，所述裝置(70)能夠安裝在背板短軸(36)上，其中，所述齒輪齒(86，88)接合凸輪軸齒輪(22)和第二空轉齒輪(26)，而不遮掩所述第一組柱(42)。
11.根據權利要求9所述的裝置(70)，其中，每個環形區段(82，84)限定具有小於約60度的長度的弧。
12.—種調節凸輪軸齒輪(22)和可調節空轉齒輪(24)之間的側隙的方法，所述可調節空轉齒輪(24)具有中心孔(30)並且可移除地安裝在背板(32)上，並且能夠與凸輪軸齒輪(22)和第二齒輪(26)直接嚙合，所述背板(32)在第一位置中可調節地安裝到結構(14)，所述背板(32)包括大致平面主體(34)和垂直於背板主體(34)的平面向外延伸並且能夠接收可調節空轉齒輪(24)的短軸(36)，所述背板主體(34)包括用於接收從所述結構(14)延伸的第一組柱(42)的第一組開口(38)，所述第一組柱(42)能夠接收第一組緊固件(46)，以將背板(32)以與所述結構(14)成固定的關係緊固到所述結構(14)，所述方法包括: 將可調節空轉齒輪(24)從背板短軸(36)移除； 將第一組緊固件(46)從第一組柱(42)移除； 提供具有大致柱形中心主體(72)和一對臂(74，76)的側隙調節工具(70)，所述大致柱形中心主體(72)具有用於將工具(70)安裝在短軸(36)上的中心孔(78)，每個臂(74，76)包括一組齒輪齒(86，88)； 將工具(70)安裝在背板短軸(36)上，使得一個臂(74)的齒輪齒(86)與凸輪軸齒輪(22)嚙合並且另一臂(76)的齒輪齒(88)與第二齒輪(26)嚙合； 將背板(32)運動到期望的第二位置； 將所述第一組緊固件(46)上緊在所述第一組柱(42)上，以將背板(32)與所述結構(14)成固定的關係緊固； 將工具(70)從背板短軸(76)移除；以及 將可調節空轉齒輪(24)安裝在背板(32)上。
【文檔編號】F16H55/17GK103765048SQ201280040769
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月16日 優先權日:2011年8月24日
【發明者】A·W·奧斯泰恩, B·C·託馬斯, C·L·巴赫, C·J·格拉漢姆 申請人:卡特彼勒公司