[發明專利]柔性齒輪傳動裝置、發動機和傳動機構操作方法

有效

• 申請號: 201010119680.0
• 申請日: 2010-02-20
• 公開（公告）號: CN101813177A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: T·A·布羅索維斯科;A·J·韋伯;S·A·斯諾貝爾;T·L·阿特維爾;J·R·德克
• 申請（專利權）人: 卡特彼勒公司
• 主分類號: F16H55/14
• 分類號: F16H55/14;F16H1/20;F16H59/14;F01L1/02
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 蘇娟

技術領域

本發明總的涉及一種柔性齒輪傳動裝置，更具體地涉及使齒圈響 應于其上的扭矩而相對于柔性齒輪傳動裝置中的轂從第一停止位置 平移到第二停止位置。

背景技術

由沖擊和振動、卡嗒作響的輪齒造成的過度噪聲已經伴隨齒輪系 統很多年了。概括地說，“齒輪敲擊”指的是噪聲現象，其中相鄰齒 輪的輪齒退出嚙合并由于受后方輪齒的沖擊而被迫迅速重新嚙合，從 而產生可聞噪聲。來自齒輪敲擊的大的聲音不僅使工作環境不舒適， 而且輪齒之間的碰撞和齒輪系統的沖擊還會對系統的部件造成過早 磨損和過度應力。而且，如齒輪相關領域的技術人員熟知的，假如齒 輪敲擊嚙合的齒輪對，而非平穩地傳遞扭矩，則能量在一定程度上被 浪費了。

在內燃機方面，常常利用一系列齒輪或者“傳動機構”來為某些 發動機部件提供動力，并提供特定齒輪之間希望的相對正時。在一個 例子中，通過發動機曲軸旋轉的曲柄齒輪與凸輪齒輪可旋轉地連接， 凸輪齒輪又與發動機的一個或多個凸輪連接。一個或多個齒輪能夠操 作地設置在曲柄齒輪和凸輪齒輪之間，以保持兩者之間的相對正時， 使得某些凸輪致動的發動機功能，例如燃料噴射和氣門打開/關閉可在 相對于發動機曲柄角所希望的時間可靠地發生。

在某些發動機上，運行過程中曲柄齒輪和凸輪齒輪的動態活動可 基本上經過傳動機構傳遞有效扭矩。因此，在發動機運行過程中，每 個曲柄齒輪和凸輪齒輪通常會經歷沖擊式加速和減速。氣缸點火會對 曲軸并因此對曲柄齒輪施加扭矩，而燃料噴射則傾向于對凸輪軸并因 此對凸輪齒輪施加扭矩。在一些發動機系統中，由于機械致動燃料噴 射的力，凸輪軸的轉速會從其平均轉速瞬時減速每分鐘數百轉。來自 凸輪軸和曲軸的扭矩沖擊會相互獨立地影響傳動機構，或者它們相互 附加或相互減弱。氣缸點火、燃料噴射和其他事件容易快速地連續發 生，因此，本領域技術人員非常清楚，在這些條件下傳動機構的動態 活動會非常復雜。通過具有相當大部件慣性和反沖的相對剛性的傳動 機構傳遞能量或相鄰輪齒的分離，可能是具有極大峰值扭矩的一系列 動態事件，特別是當來自不同齒輪的大慣性以不同速度碰撞時。在一 些情況下，例如，當曲柄齒輪和凸輪齒輪之間的正時齒輪(本領域公 知的“空轉齒輪”)受到來自凸輪齒輪和曲柄齒輪中一個或兩者的扭矩 沖擊時，在達到相對平穩運轉之前，其會引起反復的強烈的卡塔聲。 前傳動機構可能是發動機系統最大的噪聲產生部分。

上述問題在重型壓縮式點火發動機中尤其嚴重，因為相比輕型和 /或火花點火式發動機，它們容易在更大運行工況范圍下經歷齒輪敲擊 的問題。而且，已經提出了利用更高的峰值氣缸壓力和更高的噴射壓 力來降低壓縮點火式發動機中特定氣體排放物的期望，但這導致發動 機傳動機構中產生甚至更大的沖擊載荷。

除了減小磨損、降低機器應力以及改善能量浪費的明顯優勢外， 某些法規越來越關注機器運行中傳動機構所發出噪聲的高低問題。因 此，存在許多處理齒輪系統中過度噪聲的動機。如上所述，多年來已 經認識到與過度齒輪噪聲相關的問題。因此，工程師們試圖通過各種 方式來解決這樣的噪聲問題，其中一個方式就是通過增加傳動機構及 其相連部件的質量慣性矩，從而降低對有關擾動轉矩的敏感度。例如， 這已經通過增加齒輪本身的重量，和/或通過為凸輪軸和曲柄軸設置擺 錘來實現。使發動機和/或傳動機構部件增加重量存在明顯缺陷，包括 增加了整個系統重量、尺寸以及費用。另外一個方法是向傳動機構中 引入柔性(compliance)。

一般說來，柔性齒輪通過允許一個或多個齒輪削弱其對沖擊載荷 的反應而在傳動機構中提供了降低的剛性或者遲滯。在特定齒輪可能 會通過轉矩沖力急劇加速或者減速的情況下，柔性會使得齒輪更緩和 地調整其自身轉動以適應沖擊荷載。這樣，柔性齒輪可允許相鄰的齒 輪比非柔性齒輪在更多的時間里保持嚙合，從而減小了過度磨損、機 械應變和可聞噪聲。