ПЕРЕДАЧА С ЗУБЧАТЫМ РЕМНЕМ ИЛИ ЦЕПНАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2003 года по МПК F16H7/02 F16H7/06 

Изобретение относится к передаче с зубчатым ремнем или цепной передаче, имеющей, по меньшей мере, одну шестерню и, по меньшей мере, один зубчатый ремень, или, по меньшей мере, одну цепь.

В европейском патенте ЕР-0-255333 B1 описан зубчатый ремень для уменьшения нагрузок в передаче с зубчатым ремнем, зубья которого имеют в поперечном сечении выпуклую кривую в форме циклоиды. В частности, циклически повторяющиеся пиковые нагрузки, например, в приводах распределительных валов в момент зажигания в соответствующем рабочем цилиндре приводят к преждевременному износу и повреждению зубчатого ремня. При переменной нагрузке на привод с зубчатым ремнем, в частности при кратковременных пиках нагрузок, возникают локальные перегрузки, которые могут быть приняты во внимание только вследствие того, что весь зубчатый ремень рассчитан на максимальную пиковую нагрузку независимо от того, как часто или в каких временных интервалах возникает пиковая нагрузка. В результате приводы с зубчатым ремнем становятся дороже, часто их проектируют на срок службы или эксплуатационный цикл с запасом в 95% либо их следует досрочно менять.

Из патентов ФРГ 4331482 A1, 2906619 B1 и 3109172 С2 известно выполнение неравномерных шагов зубьев шестерни и соответственно звеньев цепи с целью уменьшения или устранения шумов, создаваемых зубчатыми ремнями или цепями в процессе работы передач с роликовой цепью или с зубчатым ремнем. Однако этим нельзя решить проблему кратковременных пиковых нагрузок, т.к. только за счет различных шагов зубьев нагрузка зубчатого ремня не изменится.

С целью увеличения срока жизни и уменьшения шумов, создаваемых цепной передачей, имеющей одну цепь, а также соответствующие шестерни, из патента США 3377875 известно сфрезеровывание отдельных зубьев одной из шестерен при сохранении геометрии боковой стороны профиля зуба таким образом, что эти отдельные зубья в каждом своем поперечном сечении становятся уже, т.е. одна из боковых сторон профиля смещается практически параллельно, либо дополнительно к этому параллельному смещению некоторые из углублений между соответствующими зубьями выфрезеровываются глубже с сохранением основной геометрии углублений. Тем самым либо только некоторые из зубьев выполняются уже, либо зубья выполняются уже, а углубления - глубже.

Поэтому в основу настоящего изобретения положена задача создания передачи с зубчатым ремнем или цепной передачи вышеуказанного вида, у которых предельная допустимая нагрузка и срок жизни будут увеличены.

Согласно изобретению эта задача решается передачей с зубчатым ремнем или цепной передачей вышеуказанного вида с признаками, охарактеризованными в пункте 1 формулы изобретения.

С этой целью согласно изобретению предусмотрено, чтобы, по меньшей мере, один зуб шестерни зубчатого ремня и/или, по меньшей мере, один зуб зубчатого ремня или, по меньшей мере, одно звено цепи должно иметь геометрию боковой стороны профиля, которая отличается от геометрии боковой стороны профиля других зубьев. Преимущество этого состоит в том, что отдельные зубья передачи с зубчатым ремнем выполнены таким образом, что пики нагрузок дополнительно не нагружают зубчатый ремень. Поэтому уменьшается нагрузка на зубчатый ремень, в частности в максимально нагружаемых передачах с зубчатым ремнем.

Снятие нагрузки при пиках наиболее эффективно достигается за счет ассиметричности геометрии боковой стороны профиля относительно передней и задней стороны профиля, по меньшей мере, одного зуба зубчатого ремня и/или шестерни или, по меньшей мере, одного звена цепи.

Очень простая конструкция возможна за счет того, что, по меньшей мере, один зуб зубчатого ремня и/или шестерни или, по меньшей мере, одно звено цепи имеет более крутую или более пологую геометрию боковой стороны профиля, или больший, или меньший радиус головки, или за счет того, что, по меньшей мере, один зуб имеет больший или меньший радиус ножки.

Предпочтительным образом, по меньшей мере, один зуб зубчатого ремня или, по меньшей мере, одно звено цепи с геометрией боковых сторон профиля, отличающейся от других зубьев или звеньев, расположен так, что этот зуб или это звено в момент пика нагрузки находится в зацеплении, по меньшей мере, с одной из шестерен, соответственно, по меньшей мере, один зуб шестерни с геометрией боковой стороны профиля, отличающейся от других зубьев, расположен так, что этот зуб в момент пика нагрузки находится в зацеплении с зубчатым ремнем или цепью. Преимущественно этот зуб или это звено цепи в момент пика нагрузки находится в начале или в конце зацепления, по меньшей мере, с одной из шестерен или в начале или в конце зацепления с зубчатым ремнем или цепью. Этим достигается оптимальный эффект снятия нагрузки между зубчатым ремнем или цепью и шестерней.

Из-за того, что, по меньшей мере, два зуба зубчатого ремня или, по меньшей мере, два звена цепи с геометрией боковых сторон профилей, отличающейся от других зубьев или звеньев, расположены таким образом, что эти зубья или эти звенья в момент пика нагрузки находятся в начале и/или в конце зацепления, по меньшей мере, с одной из шестерен, или что, по меньшей мере, два зуба шестерни с геометрией боковых сторон профилей, отличающейся от других зубьев, расположены таким образом, что эти зубья в момент пика нагрузки находятся в начале и/или в конце зацепления с зубчатым ремнем или с цепью, обеспечивается дальнейшее эффективное снятие нагрузки.

В другом преимущественном варианте выполнения индивидуально подогнанная геометрия боковой стороны профиля зуба может быть осуществлена как на ведущей, так и на ведомой шестерне или в соответствующих местах на ремне или цепи. В случае наличия ременного привода, например, между коленчатым валом и кулачковым валом автомобиля три зуба, например, как ведущей, так и ведомой шестерни могут иметь индивидуальную геометрию боковых сторон профилей, которая выполнена таким образом, что будет компенсировано возникающее вследствие неравномерного возбуждения растяжение зубчатого ремня и возникающая в связи с этим погрешность между шагами. Эта компенсация погрешности между шагами за счет нескольких геометрий боковой стороны профиля зуба может быть доведена до значения 0, как функции удлинения.

Передача с зубчатым ремнем или цепная передача согласно изобретению в наибольшей степени годятся для привода системы насос-форсунка с непосредственным впрыскиванием топлива или насоса высокого давления Common-Rail-системы впрыскивания под высоким давлением для приводного агрегата, в частности автомобиля.

Другие признаки, преимущества и преимущественные варианты выполнения вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения, а также из нижеследующего описания изобретения с приложенными чертежами.

На фиг. 1 схематично показана обычная конструкция с зубчатым ремнем в разрезе,
на фиг. 2 показана предпочтительная форма выполнения шестерни согласно изобретению,
на фиг. 3а и 3b показан вид зуба шестерни в зоне А и Б по фиг. 2 в увеличенном масштабе и
на фиг. 4а и 4b схематично показана эпюра нагрузок зубьев шестерни по фиг. 1 или по фиг. 2.

На фиг. 1 показан разрез обычного привода с зубчатым ремнем 14, который входит в зацепление с зубьями 1001-1015 шестерни 10. В показанном примере выполнения шестерня 10 приводится в действие коленчатым валом 12 двигателя внутреннего сгорания и через зубчатый ремень 14 приводит в действие распределительный вал, который не показан. Стрелка 16 указывает направление вращения шестерни 10.

Зуб 1001 находится в начале, а зуб 1015 - в конце зацепления шестерни 10 с зубчатым ремнем 14.

На фиг. 2 показана предпочтительная форма выполнения шестерни 10, причем на фиг. 3а и 3б показаны зоны А и Б по фиг. 2 в увеличенном масштабе и геометрия боковых сторон профилей соответствующих зубьев 24 и 26. Пунктирными линиями показана геометрия боковых сторон профилей зубьев 24 и 26, в то время как сплошной линией - геометрия боковых сторон профилей других зубьев. При этом боковые стороны 18 и 20 профилей зубьев 24 и 26 имеют различную геометрию, в результате чего в начале и в конце зацепления шестерни 10 с зубчатым ремнем (не показан) создаются пониженные нагрузки. Другими словами, зубья 24 и 26 имеют асимметричную геометрию боковых сторон профилей.

При этом зубья 24 и 26 выбраны таким образом, что они тогда точно находятся в показанном на фиг. 2 положении, когда пик нагрузки возникает в результате зажигания в соответствующем рабочем цилиндре двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 4а и 4b показана кривая изменения бокового усилия зубьев 1001-1015 шестерни 10. При этом на оси X показаны зубья 1001-1015, а на оси Y показано усилие боковой стороны профиля зуба. Сплошной линией показана кривая изменения усилия на боковой стороне профиля при нормальной нагрузке, а пунктирной линией - эпюра пиков нагрузок.

На фиг. 4а показана эпюра усилий на боковой стороне профиля обычной шестерни, в то время как на фиг. 4b - эпюра усилия на боковой стороне профиля шестерни 10 согласно изобретению. Оказывается, что в зоне пиков усилий на боковых сторонах профилей зубьев 1001 и 1015 нагрузка на шестерню 10 согласно изобретению ниже, чем на обычную шестерню. Эта уменьшенная нагрузка обусловливает меньший износ зубчатого ремня 14 или шестерни 10 и приводит к более длительному сроку службы привода с зубчатым ремнем.

Очевидно, что использование привода с зубчатым ремнем или цепного привода в каждом отдельном случае зависит от того, какие зубья или звенья цепи снабжаются измененной геометрией боковой стороны профиля и как размещается эта измененная геометрия. Например, необходимо соответственно изменить различные зубья для 4-или 5-цилиндрового двигателя внутреннего сгорания.

В зависимости от того, находится ли измененный зуб или измененные зубья на шестерне 10 и/или на зубчатом ремне 14, шестерня 10, или зубчатый ремень 14, или цепь должны устанавливаться в заранее точно определенной позиции, в результате чего в процессе работы двигателя внутреннего сгорания измененная геометрия боковой стороны профиля входит в корректной временной последовательности, т.е. при пиках нагрузки в результате зажигания в соответствующем цилиндре, в контакт с распределительной шестерней 10 коленчатого вала.

Оптимальную геометрию могут иметь отдельные или все зубья шестерни 10. При известном распределении нагрузки по периметру зубчатого ремня 14 или шестерни 10 возможно также, что соответственно изменится геометрия боковых сторон профилей по форме зубчатого ремня 14 или шестерни. В экстремальном случае каждый зуб имеет свою геометрию боковой стороны профиля.

Кроме того, изобретение не ограничивается показанными на фиг. 1 приводными системами. Более того, в общем и целом в системах трансмиссий могут возникать пики нагрузок, которые могут быть уравновешены соответствующим образом согласно изобретению, например, также в приводах велосипедов.

Изобретение относится к машиностроению. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача имеет, по меньшей мере, одну шестерню 10 и, по меньшей мере, один зубчатый ремень или, по меньшей мере, одну цепь. По меньшей мере, один зуб А, Б шестерни 10 и/или, по меньшей мере, один зуб зубчатого ремня или, по меньшей мере, одно звено цепи имеет геометрию боковой стороны профиля, отличающуюся от геометрии боковых сторон профиля других звеньев. Увеличены предельная допустимая нагрузка и срок службы передачи. 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача, имеющая, по меньшей мере, одну шестерню (10), которая находится в зацеплении, по меньшей мере, с одним зубчатым ремнем (14) или, по меньшей мере, с одной цепью, причем, по меньшей мере, один зуб (24, 26) шестерни и/или, по меньшей мере, один зуб зубчатого ремня или одно звено цепи имеет геометрию (18/20) боковой стороны профиля, отличающуюся от гееометрии боковых сторон профилей других зубьев или звеньев, отличающаяся тем, что зуб (24, 26) или соответственно звено цепи с отличающейся геометрией (18/20) боковой стороны профиля расположено таким образом, что в момент пика нагрузки, возникающего, например, в результате зажигания в соответствующем рабочем цилиндре двигателя внутреннего сгорания, этот зуб (24, 26) шестерни или соответственно это звено цепи находится на входе или на выходе из своего зубчатого зацепления. 2. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по п. 1, отличающаяся тем, что геометрия боковой стороны профиля асимметрична относительно передней и задней боковой стороны (18, 20) профиля, по меньшей мере, одного зуба зубчатого ремня и/или шестерни (10) или, по меньшей мере, одного звена цепи. 3. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один зуб зубчатого ремня и/или шестерни (10) или, по меньшей мере, одно звено цепи имеет более крутую и/или более пологую геометрию боковой стороны профиля. 4. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один зуб шестерни (10) с геометрией боковой стороны профиля, отличающейся от других зубьев, расположен таким образом, что этот зуб в момент пика нагрузки находится в зацеплении с зубчатым ремнем (14) или цепью. 5. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один зуб зубчатого ремня (14) и/или шестерни или, по меньшей мере, одно звено цепи имеет больший или меньший радиус головки. 6. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по одному из пп.1-5, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один зуб зубчатого ремня (14) или, по меньшей мере, одно звено цепи с геометрией боковой стороны профиля, отличающейся от других зубьев или звеньев, расположены таким образом, что этот зуб или это звено в момент пика нагрузки находятся в начале или в конце зацепления, по меньшей мере, с одной из шестерен (10). 7. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один зуб шестерни (10) с геометрией боковой стороны профиля, отличающейся от других зубьев, расположен таким образом, что этот зуб в момент пика нагрузки находится в начале или в конце зацепления с зубчатым ремнем (14) или с цепью. 8. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по одному из пп.1-7, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, два зуба зубчатого ремня (14) или, по меньшей мере, два звена цепи с геометрией боковой стороны профиля, отличающейся от других зубьев, расположены таким образом, что эти зубья или эти звенья в момент пика нагрузки находятся в начале и/или в конце зацепления, по меньшей мере, с одной из шестерен (10). 9. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по одному из пп.1-8, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, два зуба шестерни (10) с геометрией боковых сторон профиля, отличающейся от других зубьев, расположены таким образом, что эти зубья в момент пика нагрузки находятся в начале и/или в конце зацепления с зубчатым ремнем (14) или с цепью. 10. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по одному из пп.1-9, отличающаяся тем, что все зубья или звенья цепи согласно распределению нагрузки по периметру шестерни (10) и/или зубчатого ремня (14) или цепи имеют соответственно различную геометрию боковых сторон профиля. 11. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по одному из пп.1-10, отличающаяся тем, что различная геометрия боковых сторон профилей приведена в соответствие как с ведущей, так и с ведомой шестерней или в их зонах - с зубчатым ремнем или цепью. 12. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по пп.1-11, отличающаяся тем, что различная геометрия боковых сторон профиля приведена в соответствие с шестернями таким образом, что изменение длины зубчатого ремня или цепи в процессе работы и связанные с этим погрешности шага уменьшаются до значения 0 или почти 0. 13. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что она пригодна для использования в приводе с коленчатым валом, в частности, автомобиля. 14. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что она пригодна для синхронного привода в приводном агрегате, в частности, автомобиля. 15. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что она пригодна для распределительного насоса для впрыска приводного агрегата, в частности, автомобиля. 16. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что она пригодна для системы трансмиссии. 17. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что она пригодна для привода распределительного вала приводного агрегата, в частности, автомобиля. 18. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что она пригодна для привода системы прямой передачи топлива в насос-форсунку или насоса высокого давления Common-Rail - системы впрыскивания под высоким давлением приводного агрегата, в частности, автомобиля. 19. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что она пригодна для привода велосипеда. 20. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что она пригодна для привода насоса высокого давления 4-цилиндрового двигателя внутреннего сгорания. 21. Передача с зубчатым ремнем или цепная передача по п. 20, отличающаяся тем, что зубьям в двух противоположных точках шестерни (10), приводимой в действие коленчатым валом (12), соответствует по одному зубу (24, 26) с отличающейся геометрией боковых сторон профиля.