滚子链传动链轮齿形的改进

汤爱君 王红梅 李同 王瑗

摘 要 滚子链传动广泛应用于汽油机的定时机构，但是它的多边形作用以及由非共轭啮合特征引起的啮合冲击效应可能会损害传输的同步性和均匀性。在本文中，新链轮开发齿廓以减少高速下的多边形作用和啮合冲击。一个新的共轭轮廓通过修改渐开线轮廓来保证移动链条的距离等于链轮在同一处旋转的节圆的弧长时间和紧边链条的中心线始终与节圆相切一个并提出了链轮齿廓非对称修正方法。一个多体动力学模型的汽油发动机的进气和排气定时机制链轮开发分析链条的波动和啮合影响不同的转速。结果表明，新开发的链轮轮廓可以有效减少链条的啮合冲击和摩擦链条传动的稳定性在高速下可以得到改善。

关键词 滚子链 传动齿轮 齿形改进

中图分类号：TD528 文献标识码：A

0引言

滚子链传动被认为是机械系统中最有效的动力传递形式之一，它具有恒定比率的基本特征，因此，它被广泛用在汽车引擎上作定时机制和油坑系统。这种系统的噪音和振动仍然存在问题，因为速度更快，重量更轻，而且更高质量是今天的汽车所必需的。由于其多边形作用和啮合，滚柱链传动一般适用于较慢速度下的传动碰撞，对滚子链的动态特性进行了大量的实验研究和理论研究滚子链传动的改进。

链条和链轮之间的啮合过程通常是非共轭的，这会导致啮合过程中的多边形作用和啮合冲击。多边形动作是指链条的节距线交替地是链轮节圆的切线或割线，链条的节线不断上下移动，驱动和从动链轮之间的瞬时传动比是可变的。这些特征能够导致不均匀的链速度，横向和纵向纵向振动，噪音和啮合冲击，损坏变速器的同步性和均匀性，从而使滚子链传动的应用受限于较低的速度。然而，有必要开发具有共轭作用或近似共轭作用的新型齿形，以减少滚子链传动的多边形作用和冲击，因为汽车发动机中的定时机构的传动速度可以升高到7000-8000转/分钟。只有特殊设计的滚子链才能实现共轭作用，我们试图通过修改链轮齿实现近似共轭动作。

在本文中，为了提高操作性能，理论上开发了一种新型的链轮齿形在高速情况下的滚子链条。链轮的齿形可以确保链轮与链轮之间的啮合链辊是一种近似的共轭作用，发动机定时机构的多体动力学模型进气和排气链轮建立。然后，提出了一种用于链轮齿廓的非对称修改方法分析了非对称改进链轮的动态特性。

1滚子链研究

1.1滚子链的啮合机构

由于多边形的作用，滚子链的中心线交替地是链轮节圆的切线或正割线。链中心线的周期性变化直接影响驱动链的链速和瞬时角速度。为了减小速度变化，有必要确保一个俯仰角中的节圆的弧长等于链的节距，或者确保链在任何时刻的移动距离等于弧长的节圆被转动。

1.2分析滚子链及其模型

将链传动建模为多体动力系统，并开发了软件，采用拉格朗日乘子法解决动态问题。 在该软件中，模型中所需的所有参数均根据实际链传动系统进行设置。 可以分析链传动的动态特性，如啮合冲击力，气门凸轮轴的负载波动，链条与链轮的摩擦与碰撞，链条与张紧器之间的摩擦，固定导轨内的摩擦与碰撞和张紧器的预紧力。

1.3滚子链的动态行为

特别是在高速时，滚子链与链轮啮合时会产生冲击力。瞬態峰值在链条开始啮合到链轮中时存在冲击力。冲击力是振动的主要来源之一噪音存在于正时链传动机构中。它也可能导致链传动的拉伸和疲劳。

2结论

提出了一种新的链轮齿形，能够有效减小链传动的动态效应和啮合冲击。通过修正传统渐开线齿形获得齿形。 它可以保证移动的距离链条在任何时刻都等于要转动的节圆的弧长，并且紧侧的辊中心线与链轮的节圆相切。新的齿形使辊子能够逐渐与链轮啮合辊子和链轮之间的冲击力减小。

建立了汽油机进气和排气链轮链传动定时机构的多体动力学模型。紧侧连杆与链轮之间的啮合冲击，链环与传动装置之间的摩擦得到了连杆两凸轮轴的连杆波动。 分析结果表明，采用新型齿形链轮在不同转速下的啮合冲击和摩擦力明显减小。

针对链轮驱动机构单向传动的特点，提出了链轮不对称齿形。讨论了修改和获得不对称齿廓的方法。对不对称齿链轮的动态特性分析表明，链节与传动部件之间的摩擦明显减小，链条张力，链条涨落和凸轮轴转速波动得到改善。

参考文献

[1] 高秋苹.无支撑自动张紧链轮结构设计与分析研究[D].长春：吉林大学，2016.

[2] 刘芬，杨兴财，顾齐锋.一种链轮张紧机构[P].福建：CN206368948U，2017-08-01.

[3] 闫孟，潘海鹰.一种张紧链轮及断链检测装置[P].山东：CN107120398A，2017 -09-01.

[4] 倪健健.基于虚拟样机的链传动系统静动态特性的研究[D].太原：太原理工大学，2014.