滾子鏈傳動鏈輪齒形的改進

湯愛君 王紅梅 李同 王瑗

摘 要 滾子鏈傳動廣泛應用于汽油機的定時機構，但是它的多邊形作用以及由非共軛嚙合特征引起的嚙合沖擊效應可能會損害傳輸的同步性和均勻性。在本文中，新鏈輪開發齒廓以減少高速下的多邊形作用和嚙合沖擊。一個新的共軛輪廓通過修改漸開線輪廓來保證移動鏈條的距離等于鏈輪在同一處旋轉的節圓的弧長時間和緊邊鏈條的中心線始終與節圓相切一個并提出了鏈輪齒廓非對稱修正方法。一個多體動力學模型的汽油發動機的進氣和排氣定時機制鏈輪開發分析鏈條的波動和嚙合影響不同的轉速。結果表明，新開發的鏈輪輪廓可以有效減少鏈條的嚙合沖擊和摩擦鏈條傳動的穩定性在高速下可以得到改善。

關鍵詞 滾子鏈 傳動齒輪 齒形改進

中圖分類號：TD528 文獻標識碼：A

0引言

滾子鏈傳動被認為是機械系統中最有效的動力傳遞形式之一，它具有恒定比率的基本特征，因此，它被廣泛用在汽車引擎上作定時機制和油坑系統。這種系統的噪音和振動仍然存在問題，因為速度更快，重量更輕，而且更高質量是今天的汽車所必需的。由于其多邊形作用和嚙合，滾柱鏈傳動一般適用于較慢速度下的傳動碰撞，對滾子鏈的動態特性進行了大量的實驗研究和理論研究滾子鏈傳動的改進。

鏈條和鏈輪之間的嚙合過程通常是非共軛的，這會導致嚙合過程中的多邊形作用和嚙合沖擊。多邊形動作是指鏈條的節距線交替地是鏈輪節圓的切線或割線，鏈條的節線不斷上下移動，驅動和從動鏈輪之間的瞬時傳動比是可變的。這些特征能夠導致不均勻的鏈速度，橫向和縱向縱向振動，噪音和嚙合沖擊，損壞變速器的同步性和均勻性，從而使滾子鏈傳動的應用受限于較低的速度。然而，有必要開發具有共軛作用或近似共軛作用的新型齒形，以減少滾子鏈傳動的多邊形作用和沖擊，因為汽車發動機中的定時機構的傳動速度可以升高到7000-8000轉/分鐘。只有特殊設計的滾子鏈才能實現共軛作用，我們試圖通過修改鏈輪齒實現近似共軛動作。

在本文中，為了提高操作性能，理論上開發了一種新型的鏈輪齒形在高速情況下的滾子鏈條。鏈輪的齒形可以確保鏈輪與鏈輪之間的嚙合鏈輥是一種近似的共軛作用，發動機定時機構的多體動力學模型進氣和排氣鏈輪建立。然后，提出了一種用于鏈輪齒廓的非對稱修改方法分析了非對稱改進鏈輪的動態特性。

1滾子鏈研究

1.1滾子鏈的嚙合機構

由于多邊形的作用，滾子鏈的中心線交替地是鏈輪節圓的切線或正割線。鏈中心線的周期性變化直接影響驅動鏈的鏈速和瞬時角速度。為了減小速度變化，有必要確保一個俯仰角中的節圓的弧長等于鏈的節距，或者確保鏈在任何時刻的移動距離等于弧長的節圓被轉動。

1.2分析滾子鏈及其模型

將鏈傳動建模為多體動力系統，并開發了軟件，采用拉格朗日乘子法解決動態問題。 在該軟件中，模型中所需的所有參數均根據實際鏈傳動系統進行設置。 可以分析鏈傳動的動態特性，如嚙合沖擊力，氣門凸輪軸的負載波動，鏈條與鏈輪的摩擦與碰撞，鏈條與張緊器之間的摩擦，固定導軌內的摩擦與碰撞和張緊器的預緊力。

1.3滾子鏈的動態行為

特別是在高速時，滾子鏈與鏈輪嚙合時會產生沖擊力。瞬態峰值在鏈條開始嚙合到鏈輪中時存在沖擊力。沖擊力是振動的主要來源之一噪音存在于正時鏈傳動機構中。它也可能導致鏈傳動的拉伸和疲勞。

2結論

提出了一種新的鏈輪齒形，能夠有效減小鏈傳動的動態效應和嚙合沖擊。通過修正傳統漸開線齒形獲得齒形。 它可以保證移動的距離鏈條在任何時刻都等于要轉動的節圓的弧長，并且緊側的輥中心線與鏈輪的節圓相切。新的齒形使輥子能夠逐漸與鏈輪嚙合輥子和鏈輪之間的沖擊力減小。

建立了汽油機進氣和排氣鏈輪鏈傳動定時機構的多體動力學模型。緊側連桿與鏈輪之間的嚙合沖擊，鏈環與傳動裝置之間的摩擦得到了連桿兩凸輪軸的連桿波動。 分析結果表明，采用新型齒形鏈輪在不同轉速下的嚙合沖擊和摩擦力明顯減小。

針對鏈輪驅動機構單向傳動的特點，提出了鏈輪不對稱齒形。討論了修改和獲得不對稱齒廓的方法。對不對稱齒鏈輪的動態特性分析表明，鏈節與傳動部件之間的摩擦明顯減小，鏈條張力，鏈條漲落和凸輪軸轉速波動得到改善。

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