具有調節頻率嚙合的逆齒鏈鏈輪的製作方法
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專利名稱：具有調節頻率嚙合的逆齒鏈鏈輪的製作方法
本申請要求2004年8月26日(08/26/2004)提交的序列號為No.60/604608號美國臨時申請以及2004年9月11日(09/11/2004)提交的序列號為No.60/626276號美國臨時申請的優先權及其權益，且這些臨時申請的公開內容通過參考而清楚地併入本說明書中。
背景技術：
逆齒鏈長期以來在自動化應用中用於在軸之間傳遞功率和運動且其通常構造成循環鏈，循環鏈具有每個皆一對端部的隔行內側連接片的行或列，且具有對齊的孔以容納銷軸來連接行並在鏈驅動地在連接片齒部的內側齒面和外側齒面處嚙合鏈輪齒時在與主動和從動鏈輪的膠合的開端提供鏈的關節。雖然兩者嚙合方式用於自動定時驅動，但內側齒面嚙合更普遍地用於這些驅動。到音量；導引連接片位於內側連接片的交錯列的相對兩側以在鏈輪上橫向(關於轉軸的軸向上)定位鏈。
圖1表示傳統逆齒鏈驅動系統100，該系統具有在鏈輪順時針方向繞其中心X(轉軸)轉動時與驅動鏈輪150嚙合接觸的逆齒鏈110，以及其它未圖示鏈輪。鏈輪150包括多個齒部160，每個齒部均具有嚙合齒面162，齒部關於其齒部中心TC對稱且全部基本相同。鏈輪150總共具有N個齒部，齒部中心TC互相之間間隔A°，其中A＝360/N度。圖示的齒部齒面162具有漸開線形，但可有選擇地包括放射的弧形且/或包括亦或由直側輪廓形成(平面)。外徑OD和齒根直徑RD限定齒部齒面的外部和內部徑向極限。如圖1所示，鏈連接片不與外徑OD或由齒根直徑RD形成的齒根表面165接觸。齒部160互相相同且均勻地互相之間徑向間隔，齒部中心TC位於每360/N度之處，其中N是齒部的總數。
圖2A表示鏈110的第一和第二行130a、130b。每行傳統內側連接片130皆具有端部138，端部138每個皆由內側齒面135和外側齒面136形成，兩者由放射的和/或其它表面所形成的尖端137互相連接。在所示實施例中，外側齒面136是直側面的且內側齒面135具有凸起的弧形形狀並由跨部135連接。特別地，每個連接片130的內側齒面135由半徑R限定且優選彎曲到相應端部138的尖端137並在相反一端彎曲到跨部134。當鏈如圖2A所示般被拉直時(其名義上的方向，在其於使用中移動一段距離而與鏈輪150嚙合時)，內側齒面135從鄰近的重疊的上一連接行的外側齒面136以突出高度λ向外突出，從而允許行130a、130b的內側齒面135與鏈輪齒部160的嚙合齒面162在嚙合的開端進行最初的嚙合接觸。圖2B是鏈110的俯視圖且表示具有插入的內側連接片130的行130a、130b、130c等的標準鏈帶，且連續的行可樞轉地由銷軸140或搖杆式連接體互相連接(術語「銷」意指包括單個銷或搖杆連接體亦或可樞轉地連接連續的連接片行130a、130b、130c的任何結構)。跨行的具有重疊的內側連接片130的其它內側連接帶通常也可使用。
再參照圖1，鏈110實質上沿切線TL(在鏈銷140的中心)以拉緊的串列接近驅動鏈輪150且嚙合發生在行130a、130b、130c的鏈內側連接片130與嚙合齒面的齒部表面162牴觸時。當鏈110移動到鏈輪的外圍且充分與鏈輪150嚙合時，銷140的中心沿鏈輪140行進且形成被稱為間距直徑PD(pitchdiameter)的圓形路徑。
現在參照圖3，圖3是圖1的放大圖，將鏈110的連接片行130a和130b表示為同時與齒部160b的嚙合齒面162嚙合接觸的瞬間，就是說，在僅與連接行130b的最前端內側齒面135開始接觸且傳遞到僅與在前的連接行130a的後方外側齒面136嚙合之間的狀態下。連接行130b與齒部齒面162形成最前端的內側齒面嚙合接觸IF且連接片行130a正好轉動到後一外側嚙合接觸OF以影響該同時嚙合點。當鏈輪150繼續轉動時，連接片行130b的內側齒面135將脫離與齒部160b的嚙合齒面162的接觸並將繼續進一步脫離直到鏈輪轉動使連接片行130b在鏈輪外圍接合到其弦位置上，這在其後一外側齒面136與齒部160c的嚙合齒面162產生嚙合接觸OF時發生。應該注意的是，如上所述，從最前端的連接行的內側齒面接觸向在前的連接行130a的後一外側齒面-齒部接觸的傳遞不能確信為以任何顯著方式有助於減小嚙合衝擊噪音等級，原因是，鏈連接體與鏈輪齒部160的最初嚙合和驅動嚙合發生在嚙合開端的內側齒面135處，且該最初的鏈-鏈輪嚙合衝擊被認為是主要的噪音源。連接行的嚙合周期開始於最初的嚙合接觸IC且在連接行接合到且在鏈輪外圍位於其弦位置時結束，並僅具有後一外側齒面接觸點OF。
重要的是注意到，鏈110和鏈輪150之間的最初接觸點IC總是內側齒面嚙合接觸IF。內側齒面接觸點IF甚至持續到最初接觸點IC之後，如圖4所示，這是由於所定義的最初接觸點產生在鏈行的最前端的內側齒面135第一次使內側齒面嚙合接觸IF與鏈輪齒部160接觸的瞬間，且鏈連接體行的內側齒面135基本保持與鏈輪齒部160的嚙合齒面162的接觸直到嚙合傳遞到外側齒面嚙合接觸OF產生，隨後，內側齒面135將脫離與齒部表面162的接觸。
再參照圖4，驅動鏈輪150在順時針方向上相對於圖3中所示位置繼續轉動，直到連接片行130c處於與鏈輪齒部160c產生內側嚙合接觸IC的開端。角度θ表示為基本參照線VL和另一參照線CL之間的角度，基本參照線VL產生於鏈輪中心(轉軸X)並在12點(即，頂端中心)位置穿過鏈輪齒部，另一參照線CL產生於鏈輪中心X並在齒部160c穿過最初嚙合接觸IC，而且這是最初嚙合接觸IC將在鏈行130a、130b等的最前端內側齒面135和對稱的驅動鏈輪150中任一齒部160之間產生的角度，就是說，在鏈連接片130的行和鏈輪齒部160之間最初接觸的瞬間，角度θ將總是被定義為基本參照線VL和在鏈輪中心與最初嚙合接觸IC之間延伸的第二參照線CL之間的角度。
嚙合開端的鏈-鏈輪衝擊在鏈驅動系統中是主要的噪音源且在鏈連接體移動一段距離並與嚙合的鏈輪齒部牴觸時發生。當鏈沿切線TL接近鏈輪時「自由」或未支撐範圍的橫向振動將加劇嚙合衝擊。所產生的衝擊噪音以與鏈和鏈輪嚙合的頻率大體等於的頻率重複。許多努力來減小與逆齒鏈裝置相關的噪音都涉及鏈-鏈輪嚙合現象。本領域中公知的是，具有內側齒面嚙合的逆齒鏈通常將提供流暢的鏈-鏈輪嚙合。然而，與鏈-鏈輪嚙合衝擊相關的噪音產生仍然因內側齒面嚙合接觸而產生，本發明的目的是減小此類噪音。
發明內容
根據本發明，一種逆齒鏈裝置系統包括鏈輪，鏈輪被支撐以繞轉軸轉動且包括相對各齒部中心限定的多個齒部。齒部中心繞轉軸以圓周排列的方式均勻間隔設置，且多個齒部中的每個皆包括嚙合齒面。逆齒鏈與鏈輪嚙合且包括多行連接體，每個連接體均構造用來與鏈輪進行內側齒面嚙合，每行連接體的最前端內側齒面相對於在前一行連接體的在後外側齒面向外突出。每行的最前端內側齒面定位以與一個鏈輪齒部的嚙合齒面進行最初的嚙合接觸。至少一些齒部是標準齒部且其它齒部是齒面減少的齒部。與所述標準齒部的所述嚙合齒面相對於其各自齒部中心相比較，齒面減少齒部的嚙合齒面相對於其各自齒部中心負偏移。
根據本發明的另一方面，一種鏈輪適於與內側齒面嚙合逆齒鏈嚙合。鏈輪包括相對於各齒部中心限定的多個齒部，其中齒部中心繞所述轉軸以圓周排列方式均勻間隔設置，且其中所述多個齒部中的每個均包括嚙合齒面。至少一些齒部是標準齒部且其它齒部是齒面減少的齒部，與所述標準齒部的所述嚙合齒面相對於其各自齒部中心相比較，齒面減少齒部的嚙合齒面相對於其齒部中心負偏移。
根據本發明的另一方面，一種逆齒鏈與鏈輪嚙合的方法，包括，在鏈輪的齒部與逆齒鏈嚙合時使鏈輪轉動，從而使逆齒鏈的每行連接體的最前端內側齒面與鏈輪齒部的嚙合齒面開始最初接觸，且在最初接觸之後，與鏈輪完全嚙合，其中，鏈輪包括(1)具有標準的嚙合齒面的多個標準齒部；(2)具有齒面減少的嚙合齒面的多個齒面減少齒部，其相對於標準嚙合齒面負偏移。轉動鏈輪的步驟包括使鏈輪轉動第一角位移，從而使鏈的第一行連接體與第一標準齒部完全嚙合。鏈輪轉動第二角位移，從而使鏈的第二行連接體與第一標準齒部之後的第二標準齒部進行所述最初接觸。第二角位移從鏈的第一行連接體與第一標準齒部成為完全嚙合時開始測量。鏈輪轉動第三角位移，從而使鏈的第三行連接體與緊隨第二標準齒部之後的齒面減少齒部進行最初接觸，其中，第三角位移從鏈的第二行連接體與第二標準齒部開始充分嚙合時開始測量。
其中，第三角位移超過第二角位移。
本發明包括多個零件和零件的構造，其優選實施例示於附圖中，其中圖1是包括與具有內側齒面嚙合的傳統逆齒鏈輪嚙合的傳統逆齒鏈(為了清楚而除去一些導引連接體)的鏈驅動系統的部分主視圖。
圖2A是圖1中所示的逆齒鏈的第一行和第二行內側連接片的放大圖。
圖2B是圖1中逆齒鏈的俯視圖。
圖3是圖1中的鏈驅動系統的放大圖。
圖4對應於圖3，鏈輪轉動到新位置。
圖5A是包括與根據本發明形成的鏈輪嚙合的傳統逆齒鏈(為了清楚而除去一些導引連接體)的鏈驅動系統的部分主視圖。
圖5B是圖5A中鏈驅動系統的放大圖。
圖5C對應於圖5B，鏈輪轉動到新位置。
圖5D是未示出鏈的圖5A中鏈輪的部分放大圖。
圖6是圖5A中所示鏈輪的齒面減少齒部的放大圖，且傳統齒部輪廓用虛線重疊表示。
圖7A、7B、7C、7D和7E是圖5A中鏈驅動系統的放大圖，表示根據本發明的鏈與鏈輪的調節頻率嚙合。
圖7F是圖5A中鏈驅動系統的放大圖，表示以與根據本發明的鏈輪嚙合的製造高度極限具有連接體間距的鏈。
圖8A是圖5A中鏈輪整體的主視圖，其齒數在這裡僅供參考。
圖8B是表示傳統的齒面減少齒部的圖形和用於圖8A中鏈輪的最初嚙合接觸角度的圖表。
圖8C是表示表示傳統的齒面減少齒部的圖形和用於具有與圖8A中鏈輪嚙合的略長間距長度的鏈的最初嚙合接觸角度的圖表。
圖9A是根據另一實施例形成的完整鏈輪的主視圖，其齒數在這裡僅供參考。
圖9B是圖9A中鏈輪用齒面減少齒部的第二實施例的放大圖，且傳統齒部輪廓用虛線重疊表示。
圖10A、10B、10C和10D是具有圖9A中鏈輪的鏈驅動系統的放大圖，包括多種不同齒面減少齒部和傳統的對稱形成的齒部，且表示根據本發明的鏈與鏈輪的調節頻率嚙合。
圖11是表示傳統的齒面減少齒部的圖形和用於具有與圖9A中鏈輪嚙合的略長間距長度的鏈的最初嚙合接觸角度的圖表。
具體實施例方式
如圖5A所示，且在圖5B中更清楚表示，逆齒鏈驅動系統200包括與驅動鏈輪250在鏈輪順時針旋轉時嚙合接觸的逆齒鏈210，以及其它未示出鏈輪。所示鏈輪210與鏈110相同，因此，鏈210相對於鏈110的類似零件用比鏈110中所使用的參考標記大100的標記來表示。本說明書並沒有打算將根據本發明而形成的鏈輪限制於與圖示的逆齒鏈或任何其它特定類型的逆齒鏈的一同使用。根據本發明而形成的逆齒鏈鏈輪250具有漸開線形齒部齒面，但齒面也可包括放射形來取代漸開線形和/或可包括或由一個或多個平面形成而不會脫離本發明的整個範圍和主旨。
特別參照圖5B，圖5B為圖5A的放大部分，連接片行230a和230b表示為具有與齒部260b的嚙合齒面262同時嚙合接觸。行230b的最前端內側齒面235正產生內側齒面嚙合接觸IF且連接片行230a剛充分轉動，從而其後一外側齒面236移動到外側嚙合接觸OF以影響該同時接觸。該同時接觸被定義為「過渡接觸」，且通過鏈輪250轉動的進一步增加，連接片行230b的內側齒面235將開始脫離與齒部260b的齒面262嚙合，並將繼續進一步脫離齒部直到鏈輪轉動使連接片行230b接合到在鏈輪外周的弦位置上，這在其後一外側齒面236與齒部260c的嚙合齒面262產生嚙合接觸OF時發生。此處使用的術語「最前端」和「後一」參照鏈輪250的轉動方向和鏈210的移動來使用，從而詞組「最前端內側齒面235」指第一個與鏈輪250相遇的鏈連接體行230的內側齒面235。
如圖5C所示，鏈輪250相對於圖5B中所示的位置順時針方向轉動直到連接體行230c的最前端內側齒面235處於與齒部260c的嚙合齒面262開始產生最初嚙合接觸IC。齒部260例如260a、260b、260c等是標準鏈輪齒部，例如參照圖1-4所描述的齒部160，因此，用作限定鏈輪250的最初接觸角度θ，且該角度等於前面用於具有標準鏈輪齒部160的全部互補體的傳統鏈輪150而限定的角度(當然，角度θ將因應用不同而依靠鏈輪弦間距、鏈輪齒數和/或其它因素來變化)。角度θ相對於上述的12點基本參照線VL來限定。再參照圖5C，連接片行230d將跟隨連接片行230c而作為下一連接體行以與鏈輪250嚙合且其將與齒部280嚙合，齒部280根據本發明而形成以具有嚙合齒面輪廓282，嚙合齒面輪廓282相對於齒部260為不同的尺寸和/或形狀。
如圖5D所示，且在圖6中更清楚表示，齒部280具有相鄰的最前端齒根面285(在鏈輪的轉動方向上最前端)，最前端齒根面285位於標準齒形的齒根面265的徑向外側，且嚙合齒面282根據圖示鏈輪轉動方向而相對於齒部260的嚙合齒面262「減少」或負偏移以嚙合齒部260的齒面262來有益地提供齒面減少FR1。在圖6中，傳統齒部260的嚙合齒面262表示為與齒面減少齒部280重疊。該嚙合齒面減少FR1優選在0.03-0.10mm範圍內。重要的是注意到，齒部280的齒部中心TC形成為與沒有齒面減少的標準輪廓齒部280的中心在如圖所示那樣將輪廓重疊時一致。繼續參照圖5D，傳統齒部260的齒根面265正切於由齒根直徑RD形成的內切圓。齒部280的嚙合齒面282前的齒根面285表示為位於傳統齒根面265的徑向外側，且這是為了使與齒部280充分嚙合的鏈連接體行230在鏈輪外圍位於其適當的徑向位置處(參照圖7B，其中，連接體行230c剛接合到其弦位置)。再參照圖6，該相鄰的最前端齒根面285清楚地表示為徑向向內傾斜到轉軸，轉軸從減少的嚙合齒面282向前一齒部260在齒部280前延伸，傾斜的原因將在下面敘述。齒根面285在這裡有時指「高出的齒根面」。
應該注意的是，由於嚙合齒面282的負偏移，齒面減少齒部280不限於相對齒部中心TC對稱。同樣地，對於齒面減少齒部280(或標準齒部260)，齒部中心TC可以是/有選擇的是指齒原點，也就是，術語「齒心」和「齒原點」皆描述自前一和後一齒部上的相應位置而位於360/N度處的圓周齒部位置，其中N等於齒部260、280的全部數量。現在參照圖7A，內側連接片行230d表示為處於與齒面減少齒部280的嚙合齒面282產生最初嚙合接觸IC的瞬間，鏈輪250必須轉動額外的量、角度Δ260-280，以使最初嚙合接觸IC在連接體行230d的最前端內側連接體齒面235和齒部280的嚙合齒面282之間因齒部280的齒面減少FR1而發生。這有效且有益地延遲了連接體行230d與齒部280的最初嚙合衝擊，從而適於調節驅動鏈輪250的嚙合頻率。這對於本領域技術人員是顯然的，回顧圖7A，其中標準齒形260在某一角度位置上以虛線重疊於齒部280上，其中，要不是與齒面相比而減少的嚙合齒面282，與連接體行230d的最初接觸點IC將與標準齒部嚙合齒面262來產生。鏈行230d的內側齒面235將與標準齒部260在由虛線CL260表示的該角度位置處產生最初接觸，但是，由於齒面減少齒部280的存在，鏈輪必須轉動額外角度Δ260-280以與鏈210進行最初接觸，如線CL280所示。
仍參照圖7A，應該注意的是，連接體行230b處於其固定的弦(完全嚙合)位置，因此，將連接體行230b和230c連接的銷中心241在鏈輪外圍處於間距直徑PD上，將連接體行230b和230c連接的銷中心242表示為在連接體行230d的最初嚙合接觸IC時接近外圍但依然沒有位於外圍。
如圖7B所示，其中鏈輪250表示為相對於圖7A向前轉動，連接體行230d的最前端內側齒面235在鏈輪繼續轉動時保持齒部接觸IF直到有益改齒根減少齒部280的傳輸點，這表示為在行230c的後一端部238的端頂237在齒根接觸位置RC接觸齒根表面285，在行230c充分嚙合時，位於其弦位置。當連接體行230c的後一端部238接觸齒根表面285時，行230c隨後在鏈輪外圍位於其弦位置處，且值得注意的是，不存在其後一外側齒面236與齒部280的嚙合齒面282的外側齒面嚙合接觸，這是由於齒面減少FR1(參照圖7C)。齒根表面285有益地將連接片行230c保持為與鏈輪250在其弦位置硬接觸，且銷中心242因而保持於間距直徑PD上。換言之，如果在其弦位置與標準齒形260完全嚙合接觸，鏈210和齒根表面285之間的接觸將連接體行230c置於其可佔據的大體相同的位置，並阻止鏈210的自由浮動。
圖7C表示位於與圖7B相同的鏈輪250，但使用提前的虛線230d-1、230d-2來表示在其於鏈輪的轉動過程中從其最初接觸位置移動到其完全嚙合的弦位置時連接體行230d的完全轉動(鏈輪的轉動未圖示)。可以看到，連接體行230d在鏈輪轉動過程中繞銷中心242轉動，連接體行230d的最前端端部238(也就是，最前端的內側齒面235)的內側齒面235逐漸從鏈輪齒部齒面282離開且行230d中的全部內側連接體230的最前端端部238的尖端237向前移動到傾斜的齒根表面285上或剛好在其上方而對表面285沒有任何衝擊，因為衝擊會導致銷中心242如虛線所描繪那樣徑向向外移動。當然，行230d的最前端端部238的尖端237不必包括任何圓形突出部/凸出部，因而其會導致銷中心242從表面285抬起。齒根表面285的「向下」傾斜在齒部280之前，因此，確保移動著的行230d的尖端237在最前端端部238的該上述轉動過程中不會在齒根表面285上以凸輪那樣的方式進行，因為這將導致銷中心242在後一銷中心243移動到間距直徑PD上時將被抬起超過間距直徑PD。
現在參照圖7D，其中鏈輪250相對於圖7B向前轉動另一增加量，連接體行230e表示為在前一連接體行230c和230d之後與標準齒部260e開始最初嚙合接觸IC。連接體行230c已與齒面減少齒部280完全嚙合且在因其後一端部238和剛描述的齒根表面285之間的接觸而在鏈輪外圍保持於弦位置上。圖7E表示鏈輪250轉動到連接體行230d、230e之間的傳遞接觸點(同時)的另一增量轉動且表示行230d的最前端端部238相對於齒根表面285的移動而沒有齒根表面285的傾斜所產生的銷中心242的徑向位移。重要的是注意到，對於圖7D所示的嚙合圖形，鏈連接體間距Pc在該實例中等於理論上的間距或7.7mm，倘若連接體行230c與標準齒部260嚙合，就會導致連接體行230c基本上處於其將要在的相同的徑向及轉動位置上。因此，連接體行230e與標準齒部260e的最初接觸角度θ基本上與前面限定的用於與標準齒部260的任何嚙合的角度相同，就是說，齒部260d前存在齒面減少齒部280不會改變最初接觸角度θ，這是由於齒根表面285以及在所示實例中鏈連接體間距Pc等於理論上的間距。
新製造的鏈將具有落在特定製造公差極限範圍內的連接體間距長度Pc，且通常下限將處於或非常接近於最小理論間距Pc，且上限將約等於1.0009倍理論間距。已知在鏈製造技術中，重要的是注意到，連接片通常批量生產，因此，用於每個鏈的所有連接片將具有基本上相同的連接體間距Pc，且該連接體間距將落在限定的製造公差極限中。現在參照圖7F，在真實條件下，系統200將包括與鏈210相同的鏈210′，除了其具有等於上限制造鏈或超過最小理論間距的0.09％的間距延長率的的連接體間距Pc′。所示連接體行230f通過其後一端頂237和齒面減少齒部280的在位置RC處齒根285之間的接觸而與鏈輪250完全嚙合接觸。雖然連接體行230f與鏈輪250嚙合接觸，但其後一外側齒面236因齒面減少FR1(圖6)而不接觸嚙合齒面282，因此，該連接體行230f自由移動接近嚙合齒面282以作為延長的連接體間距Pc′的功能。下一連接體行230g已具有與齒面減少齒部280的其最初嚙合接觸IC且分離其內側齒面IF接觸。下一連接體行230h位於最初嚙合接觸IC的開端，且與標準齒部260的該嚙合接觸通過角度Δ280-260來實現，在提前方向上(相對於θ)的該嚙合調節是延長的間距Pc′與上述齒面減少齒部280結合的結果。
仍參照圖7F，重要的是注意到，最初嚙合接觸IC在齒面減少齒部280位於標準齒部260之前且鏈連接體間距大於理論間距時發生較早，因而通過等於角度Δ280-260的量來促進嚙合。角度Δ280-260限定為徑向線CL260′和CL260之間的角度，其中線CL260穿過鏈輪250的中心(轉軸X)及齒部260和鏈210′之間的最初接觸位置IC，其中線CL260′經過鏈輪中心和如果不在齒面減少齒部280之前則齒部260將與鏈210′進行最初接觸的點。本領域技術人員將認識到，在位於標準齒部260之前的齒面減少齒部280被進一步擴大時(假定鏈間距Pc′比Pc長)，以及甚至在兩個或多個連續的齒面減少齒部280位於標準齒部260之前時，最初嚙合接觸的該提前(角度Δ280-260的增加)，至少提前到由於鏈210′和前一齒部280的減少齒面282之間的接觸而使得不可能進一步增加Δ280-260這點。
參照圖8A，傳統齒部260和齒面減少齒部280繞鏈輪250隨機排列或以齒部中心/原點TC以360/N度均勻間隔的特定圖形排列(其中N為總齒數)以優化用於特定發動機鏈驅動的嚙合調解，但其它圖形和齒部組合也在本發明的範圍內，包括相鄰定位兩個或多個齒面減少齒部280和/或相鄰定位兩個或多個傳統齒部260。
鏈輪250和鏈210的嚙合調節示於圖8B中以用於具有連接體間距等於理論或在該實例中為7.7mm間距的鏈，以及30齒驅動鏈輪250。可以看到，對於圖8A所示鏈輪250，在連續的標準齒部260之間為θ＝13°(用於「正常」最初接觸頻率)且在標準齒部260及在轉動方向上的其之後的齒面減少齒部280之間為θ＝11.75°(用於延遲最初接觸)。對於鏈輪鏈間距Pc，在標準齒部260及其之後的齒面減少齒部280之間為θ＝13°(正常最初接觸頻率)，但是，如上所述，在實際條件下，當至少一個齒面減少齒部280位於標準齒部260之前時，鏈210′中的延長的鏈間距Pc′將致使θ＞13°(用於提前的最初接觸)以用於最初接觸嚙合頻率的調節。這可參照圖8C看到，圖8C表示使用具有0.09％間距延長率的鏈(上限制造鏈)的嚙合圖形，且嚙合調節增強以包括與具有延長的連接體間距Pc′的提前的最初嚙合接觸IC。特別地，圖8C表示，對於同一圖8B中30齒鏈輪，在連續的標準齒部260之間為θ＝13°，在標準齒部260及其之後的齒面減少齒部280之間為θ＝11.75°(用於延遲最初接觸)，且在標準齒部260位於齒面減少齒部280之後時θ＝13.13°(用於提前的最初接觸)。
圖9A表示根據本發明而形成的鏈輪350，其除了另外表示及描述的以外與鏈輪250相同，例如，鏈輪350相對於鏈輪250的類似特徵以比描述鏈輪250所使用的標記大100的標記來表示。鏈輪350包括標準齒部360，一個或多個第一齒面減少齒部380以及一個或多個第二齒面減少齒部390。第二齒面減少齒部中的每個皆包括齒面減少的嚙合齒面392，其齒面減少大於齒部380的嚙合齒面382的齒面減少。齒部390具有相對於標準齒部260的嚙合齒面262偏移的嚙合齒面392以提供齒面減少FR2，如圖9B所示。該齒面減少FR2優選在0.05-0.15mm範圍內。齒面減少齒部390的齒根表面395優選與齒面減少齒部280的齒根表面285相同且以相同方式起到的作用，以保持鏈210、210′和齒面減少齒部390前的鏈輪350之間的硬接觸，且在後一連接體行的最前端端部238如上述那樣相對移動時從齒部390徑向向內傾斜移動以防止凸輪運動以及位於齒部390前的銷240的抬起。
圖10A到圖10D漸進地表示鏈210′與鏈輪350的嚙合。首先參照圖10A，內側連接片行230c表示為與鏈輪350的齒面減少齒部390的嚙合齒面392進行最初嚙合接觸IC的開端。齒部390前的齒部是標準齒部360。如圖所示，與在用虛線所示的後一齒部360來表示連續傳統齒部360時所限定的最初接觸角度θ相比，在最初嚙合接觸IC發生之前，鏈輪350必須進一步轉動額外角度Δ360-390(角度θ的減小)。後一齒面減少齒部390的存在延遲內側連接片行230c與齒部390嚙合衝擊，從而適於進一步在齒部380的嚙合頻率以上調節嚙合頻率。
在圖10B中，鏈輪350向前轉動到用於齒面減少齒部傳遞接觸的位置，其中連接體行230b的後一端部238在RC處接觸齒根表面395，且連接體行230c的最前端內側齒面235仍處於與齒部390的齒面392在IF處接觸。由於齒面392如上述般減少，連接體行230b的後一外側齒面236將不會與齒面392傳遞接觸。取而代之的是，傳遞如圖所示那樣發生在當在連接體行230c的內側齒面235移動到不與鏈輪齒部齒面392接觸之前、行230b的後一端部238在位置RC處接觸齒根表面395時。
圖10C表示鏈輪350向前轉動另一增量從而可以看到，通過連接體行230b完全與鏈輪嚙合，其後一外側齒面236與減少的齒面392間隔，且其後一端部238在RC處保持與齒根表面395接觸以保持銷中心241位於間距直徑PD處。再有，可以注意到，傾斜的齒根表面395確保隨後的連接體行230c的最前端端部238在銷中心241抬起時不會靠在齒根表面395作凸輪運動。
如圖10D所示，嚙合最初接觸IC發生較早(角度θ增加)，因而以一定角度Δ390-360增加嚙合，當齒面減少齒部390在具有等於上限制造鏈或超過理論間距0.09％的間距延長率的鏈210′的嚙合的開端先於標準齒部360(或齒部380)時。角度Δ390-360定義為徑向線CL360′和CL360之間的角度，其中線CL360經過鏈輪350的中心和齒部360及鏈310′之間的最初接觸點，且其中線CL360′經過鏈輪中心及如果齒面減少齒部390沒有在前則齒部360與鏈310′最初接觸的點。本領域技術人員將認識到，當兩個或多個連續的齒面減少齒部280、390在標準齒部260之前時，最初嚙合接觸的該提前(角度增加量＝Δ390-360)在齒面減少齒部390在標準齒部260(假設鏈間距Pc′長於Pc)之前時進一步擴大，至少提前到由於鏈210′和前一齒部280、390的減少齒面282、392之間的接觸而使得不可能進一步增加Δ280-260這點。
齒部360、380和390可繞鏈輪350隨機排列或以特定圖形排列以優化嚙合調解。圖11中以圖形表示的一種此類圖形用於30齒鏈輪，但其它圖形和齒部組合也在本發明的範圍內，包括相鄰定位兩個齒面減少齒部。在本發明的範圍內還可調節鏈輪齒部輪廓以包括額外的間距失諧來增加嚙合調節角度以在與標準齒形的嚙合在齒面減少齒形之後時，使嚙合衝擊IC較早發生(提前)。圖11表示，對於具有長於理論間距Pc的間距Pc′的鏈210′，角度θ＝13°用於連續的標準齒部360，θ＝11.10°用於齒面減少齒部390(延遲的最初接觸)之前的標準齒部360，θ＝11.75°用於齒面減少齒部380(延遲的最初接觸)之前的標準齒部360，θ＝13.13°用於標準齒部360之前的單個齒面減少齒部380、390(提前的最初接觸)。
根據本發明而形成的鏈輪可從鋼原料切割或可使用粉末冶金(PM)處理來形成，許多方法廣為本領域技術人員公知。此類PM處理利用將合金成分混合，並在鍛模中壓縮粉末金屬，且燒結壓縮部件的步驟。由於操作及所承受壓力的環境，適用於自動化應用中的鏈輪通常在燒結後還需要熱處理或其它硬化步驟，就是說，用於自動化應用中的鏈輪必須具有高於較少需求的應用所需的物理特性(硬度、拉伸度和衝擊強度)，因此，單獨的熱處理操作通常為耐用性和考慮磨損所需。
PM成分的傳統熱處理通常包括加熱整個部件到大約1550溫度，然後將部件快速在油中或聚合體/水混合物亦或氮氣中淬火。或者，一些PM鏈輪進行感應熱處理。這包括將鏈輪齒部加熱到約齒部的齒根下約4毫米的深度。然後，將鏈輪快速在油中或聚合體/水混合物亦或氮氣中淬火。不幸的是，此類硬化處理可對鏈輪輪廓能實現的公差有負面影響，這是由於尺寸變化和扭曲。扭曲量與此類處理中所使用的熱量有關。為試圖使所使用熱量最小，感應熱處理使用多個感應頻率來講約1550熱集中在齒部表面上，從而減少部件中的總熱。雖然部件扭曲和尺寸變化以該方式最小化，但仍然存在。
由於產生較高NVH特性的上述隨機齒部鏈輪的設計特徵非常小且公差非常小，所以重要的是，全部處理以高於傳統PM鏈輪能夠使用的燒結步驟和隨後的熱硬化的精度進行。通過相對於上述硬化處理而使用燒結硬化處理，而不需要在燒結後齒部的隨後的感應硬化或其它硬化，這有助於允許技術人員對所需齒部輪廓特徵公差、特別是齒面減少輪廓維持較好的控制。一個在上述鏈輪的生產中使用的適當燒結處理可利用具有特定構成的合金以及使用特定空氣、溫度及隨後的快速冷卻率的燒結處理。用於該燒結硬化處理中的適當合金包括如下，其中百分比為重量百分比銅1.5-2.2％、鎳1.2-1.6％、鉬1.0-1.5％、石墨0.7-1.0％、錳0.3-0.6％、潤滑劑0.5-0.8％以及平衡鐵。鎳、鉬、錳預先混合併引入熔化的鐵中。然後將所產生的合金粉末化以形成合金粉末。而後將剩餘成分混入以形成粉末混合物來在該處理中使用。此外，已知在PM產業中，改變細微粒合金元素例如鎳和石墨的集中/非均勻分布對尺寸變化和改變存在有害影響。為減少小的鎳和石墨混合合金微粒在粉末運輸系統中的損失並防止分離，可對粉末混合物施加粘結處理。粘結處理姜小的合金微粒粘結成較大微粒以防止因灰塵以及分離所產生的細微粒集中所引起的損失。
然後，在工具或鍛模中使用公知的壓縮處理來壓縮混和粉末。在一個實施例中，粉末和/或工具的溫度在250-280之間。在壓縮後，所產生的部件進行該燒結硬化處理。該處理包括將部件在特定氣體中加熱到特定溫度而後以上述冷卻率冷卻部件。
燒結硬化處理可在傳統燒結爐中進行，將該爐改進以允許所需部件的快速冷卻，這將在下面敘述。部件優選在2040-2100之間的溫度燒結，溫度取決於部件的構成。
如上所述，尺寸變化和改變已知與石墨成分有關。石墨在粉末混合物中為碳源，碳將鐵在燒結爐中轉變為剛。燒結必須在控制的氣體制完成以防止氧化物的形成，避免脫碳並除去存在於粉末微粒中的氧化物。導入燒結爐中以控制燒結的優選氣體為混合的高純度氮和氫(元素氣體)以實現最小的尺寸變化。因此，適當的氣體可以是例如N2/H2的95％/5％的混合。
雖然較次優選，但其它氣體可包括吸熱性氣體(通過使自然氣體經過加熱的催化劑而產生)、分離的氨(DA)(通過加熱來分離無水氨)以及真空(沒有空氣，從而沒有氧氣)。由於原材料相對不純，吸熱性氣體和DA本質上具有較多變化。這些用於製造吸熱性氣體和DA的未精練產品導致氧和/或碳潛在存在於燒結氣體中的百分比的過大變化，降低了鏈輪的尺寸特性。由處理自然氣體和無水氨所需的裝配條件而可產生額外的變化。真空燒結的經濟性較差，這是因為需要從工件除去加壓潤滑劑的分離操作以避免真空泵的汙染。
通過使用包含鉬、鎳、銅、錳和碳化合物的原材料系統，已提議的處理在改進的燒結循環中加熱處理整個部件，這稱為燒結硬化。改進的循環提高了在冷氣循環的臨界溫度範圍的冷卻率。這避免了傳統後燒結硬化操作中所需的重複加熱和快速淬火，從而使尺寸變化、扭曲和改變最小。
如上所述，部件在燒結後的冷卻必須快速速率發生以影響金屬部件的硬化。優選速率為2.5-4.0/second。該冷卻率使用例如在部件離開爐的高溫加熱區域時包圍部件的水冷式護套或連接到爐上的高效換熱器來實現。此類換熱器持續將加熱的空氣排放到烤箱中，快速將其冷卻，並使其循環返回到爐中。也可使用其它快速冷卻的方法。
本發明參照優選實施例來描述。本領域技術人員可進行改造和變形，在書面上和/或根據等價物來解釋的隨後權利要求最大程度地包括所有此類改造和變形。
權利要求
1.一種逆齒鏈驅動系統，包括鏈輪，被支撐以繞轉軸轉動且包括相對各齒部中心限定的多個齒部，所述齒部中心繞所述轉軸以圓周排列的方式均勻地間隔設置，且所述多個齒部中的每個皆包括嚙合齒面；逆齒鏈，與鏈輪嚙合且包括多行連接體，每個連接體均構造用來與鏈輪進行內側齒面嚙合，每行連接體的最前端內側齒面相對於在前一行連接體的在後外側齒面向外突出，每行的所述最前端內側齒面定位在以與一個所述鏈輪齒部的所述嚙合齒面進行最初嚙合接觸的位置；其中至少一些所述齒部是標準齒部且其它所述齒部是齒面減少齒部，與所述標準齒部的所述嚙合齒面相對於其各自齒部中心相比較，所述齒面減少齒部的所述嚙合齒面相對於其各自的齒部中心負偏移。
2.根據權利要求1所述的逆齒鏈驅動系統，其中在所述逆齒鏈的所述連接體行之一和所述鏈輪的標準齒部上的第一最初接觸點之間開始最初嚙合接觸的瞬間，第一最初接觸角度限定於位於所述鏈輪上12點位置處的基本參照線和產生自所述轉軸且經過所述第一最初接觸點延伸的第一參照線之間；在所述逆齒鏈的所述連接體行之一和所述鏈輪的齒面減少齒部上的第二最初接觸點之間開始最初嚙合接觸的瞬間，第二最初接觸角度限定於所述基本參照線和產生自所述轉軸且經過所述第二最初接觸點延伸的第二參照線之間；其中所述第二最初接觸角度小於所述第一最初接觸角度。
3.根據權利要求1所述的逆齒鏈驅動系統，其中所述多個齒部由相應的齒根表面互相分離，且其中每個齒面減少齒部的鄰近的最前端的所述齒根表面是高出的齒根表面，該齒根表面相對於鄰近每個標準齒部的所述齒根表面徑向向外地定位。
4.根據權利要求3所述的逆齒鏈驅動系統，其中，在所述逆齒鏈與齒面減少齒部完全嚙合時，所述逆齒連結觸鄰近所述逆齒鏈完全嚙合的所述齒面減少齒部的所述高出的齒根表面。
5.根據權利要求4所述的逆齒鏈驅動系統，其中，在所述高出的齒根表面遠離所述齒面減少齒部的所述嚙合齒面朝按照所述鏈輪的轉動方向的前一齒部向前延伸時，每個所述高出的齒根表面朝所述轉軸向內傾斜。
6.根據權利要求1所述的逆齒鏈驅動系統，其中，所述逆齒鏈形成比所述鏈包圍所述鏈輪所需的理論最小鏈間距大的鏈間距。
7.根據權利要求1所述的逆齒鏈驅動系統，其中，所述齒面減少齒部形成有至少兩種不同的齒面減少齒部輪廓，其中，所述第一和第二齒面減少齒部輪廓形成有相對於其各自齒部中心減少了相互比較不同量的所述嚙合齒面。
8.根據權利要求2所述的逆齒鏈驅動系統，其中，所述多個齒部由相應的齒根表面互相分離，且其中每個齒面減少齒部的鄰近的最前端的所述齒根表面是高出的齒根表面，該齒根表面相對於鄰近每個標準齒部的所述齒根表面徑向向外地定位。
9.根據權利要求8所述的逆齒鏈驅動系統，其中，在所述逆齒鏈與齒面減少齒部完全嚙合時，所述逆齒連結觸鄰近所述逆齒鏈完全嚙合的所述齒面減少齒部的所述高出的齒根表面。
10.根據權利要求9所述的逆齒鏈驅動系統，其中，在所述高出的齒根表面遠離所述齒面減少齒部的所述嚙合齒面朝按照所述鏈輪的轉動方向的前一齒部向前延伸時，每個所述高出的齒根表面朝所述轉軸向內傾斜。
11.一種鏈輪，適於與內側齒面嚙合逆齒鏈嚙合，所述鏈輪包括相對於各齒部中心限定的多個齒部，其中齒部中心繞所述轉軸以圓周排列的方式均勻地間隔設置，所述多個齒部中的每個均包括嚙合齒面；其中至少一些所述齒部是標準齒部且其它所述齒部是齒面減少齒部，與所述標準齒部的所述嚙合齒面相對於其各自齒部中心相比較，所述齒面減少齒部的所述嚙合齒面相對於其各自的齒部中心負偏移。
12.根據權利要求11所述的鏈輪，其中，所述多個齒部是一致的且布置為在相關的逆齒鏈的第一連接體行和所述鏈輪的所述標準齒部之一上的第一最初接觸點之間開始最初嚙合接觸的瞬間，第一最初接觸角度限定於位於所述鏈輪上12點位置處的基本參照線和產生自所述轉軸且經過所述第一最初接觸點延伸的第一參照線之間；在相關的逆齒鏈的第二連接體行和所述鏈輪的所述齒面減少齒部之一的第二最初接觸點之間開始最初嚙合接觸的瞬間，第二最初接觸角度限定於所述基本參照線和產生自所述轉軸且經過所述第二最初接觸點延伸的第二參照線之間；其中所述第二最初接觸角度小於所述第一最初接觸角度。
13.根據權利要求11所述的鏈輪，其中，所述多個齒部由相應的齒根表面互相分離，且其中每個齒面減少齒部的鄰近的最前端的所述齒根表面是高出的齒根表面，該齒根表面相對於鄰近每個標準齒部的所述齒根表面徑向向外地定位。
14.根據權利要求13所述的鏈輪，其中，各齒面減少齒部鄰近的最前端的所述高出的齒根表面適於接觸與所述鏈輪嚙合的相關逆齒鏈。
15.根據權利要求13所述的鏈輪，其中，在所述高出的齒根表面遠離所述齒面減少齒部的所述嚙合齒面延伸時，所述高出的齒根表面的每個朝所述鏈輪的轉軸向內傾斜。
16.根據權利要求11所述的鏈輪，其中，所述齒面減少齒部形成有至少兩個不同的齒面減少齒部輪廓，其中，所述第一和第二齒面減少齒部輪廓形成有相對於其各自齒部中心減少了相比不同量的所述嚙合齒面。
17.一種逆齒鏈與鏈輪嚙合的方法，所述方法包括在所述鏈輪的齒部與逆齒鏈嚙合時使鏈輪轉動，從而使所述逆齒鏈的每行連接體的最前端內側齒面與鏈輪齒部的嚙合齒面開始最初接觸，且在最初接觸之後，與所述鏈輪完全嚙合，其中，所述鏈輪包括(1)多個標準齒部，具有標準的嚙合齒面；和(2)多個齒面減少齒部，具有齒面減少的嚙合齒面，該齒面減少的嚙合齒面相對於所述標準嚙合齒面負偏移，所述轉動所述鏈輪的步驟包括使所述鏈輪轉動第一角位移，從而使所述鏈的第一行連接體與第一標準齒部完全嚙合，使所述鏈輪轉動第二角位移，從而使所述鏈的第二行連接體與第一標準齒部之後的第二標準齒部的進行所述最初接觸，所述第二角位移從所述鏈的第一行連接體先與所述第一標準齒部成為完全嚙合時的瞬間開始測量；使所述鏈輪轉動第三角位移，從而使所述鏈的第三行連接體與緊隨所述第二標準齒部之後的齒面減少齒部進行所述最初接觸，所述第三角位移從所述鏈的第二行連接體先與所述鏈輪的所述第二標準齒部成為完全嚙合時的瞬間開始測量；其中，所述第三角位移超過所述第二角位移。
全文摘要
一種逆齒鏈裝置系統(200)包括鏈輪(250)，鏈輪被支撐以繞轉軸(x)轉動且包括相對各齒部中心(TC)限定的多個齒部(260、280)。齒部中心(TC)繞轉軸以圓周排列方式均勻間隔設置，且多個齒部(260、280)中的每個皆包括嚙合齒面(262、282)。逆齒鏈(210)與鏈輪(250)嚙合且包括多行連接體(230a、230b、230c)，每個連接體均構造用來與鏈輪(250)進行內側齒面嚙合，每行連接體的最前端內側齒面(235)相對於在前一行連接體的在後外側齒面(236)向外突出。每行的最前端內側齒面(235)定位在以與一個鏈輪齒部(260、280)的嚙合齒面(262、282)進行最初嚙合接觸的位置。至少一些齒部是標準齒部(260)且其它齒部是齒面減少齒部(280)。與所述標準齒部(260)的所述嚙合齒面(262)相對於其各自齒部中心(TC)相比較，齒面減少齒部(280)的嚙合齒面(282)相對於其各自齒部中心(TC)負偏移。齒面減少齒部(282)最前端的齒根表面(285)相對於標準齒部(260)最前端的齒根表面(265)是高出的且還是傾斜的。
文檔編號F16H55/30GK101010525SQ200580028710
公開日2007年8月1日 申請日期2005年8月24日 優先權日2004年8月26日
發明者詹姆斯·D.·楊 申請人:克勞伊斯傳動裝置產品有限公司