[发明专利]柔性齿轮传动装置、发动机和传动机构操作方法

说明书

技术领域

本发明总的涉及一种柔性齿轮传动装置，更具体地涉及使齿圈响 应于其上的扭矩而相对于柔性齿轮传动装置中的毂从第一停止位置 平移到第二停止位置。

背景技术

由冲击和振动、卡嗒作响的轮齿造成的过度噪声已经伴随齿轮系 统很多年了。概括地说，“齿轮敲击”指的是噪声现象，其中相邻齿 轮的轮齿退出啮合并由于受后方轮齿的冲击而被迫迅速重新啮合，从 而产生可闻噪声。来自齿轮敲击的大的声音不仅使工作环境不舒适， 而且轮齿之间的碰撞和齿轮系统的冲击还会对系统的部件造成过早 磨损和过度应力。而且，如齿轮相关领域的技术人员熟知的，假如齿 轮敲击啮合的齿轮对，而非平稳地传递扭矩，则能量在一定程度上被 浪费了。

在内燃机方面，常常利用一系列齿轮或者“传动机构”来为某些 发动机部件提供动力，并提供特定齿轮之间希望的相对正时。在一个 例子中，通过发动机曲轴旋转的曲柄齿轮与凸轮齿轮可旋转地连接， 凸轮齿轮又与发动机的一个或多个凸轮连接。一个或多个齿轮能够操 作地设置在曲柄齿轮和凸轮齿轮之间，以保持两者之间的相对正时， 使得某些凸轮致动的发动机功能，例如燃料喷射和气门打开/关闭可在 相对于发动机曲柄角所希望的时间可靠地发生。

在某些发动机上，运行过程中曲柄齿轮和凸轮齿轮的动态活动可 基本上经过传动机构传递有效扭矩。因此，在发动机运行过程中，每 个曲柄齿轮和凸轮齿轮通常会经历冲击式加速和减速。气缸点火会对 曲轴并因此对曲柄齿轮施加扭矩，而燃料喷射则倾向于对凸轮轴并因 此对凸轮齿轮施加扭矩。在一些发动机系统中，由于机械致动燃料喷 射的力，凸轮轴的转速会从其平均转速瞬时减速每分钟数百转。来自 凸轮轴和曲轴的扭矩冲击会相互独立地影响传动机构，或者它们相互 附加或相互减弱。气缸点火、燃料喷射和其他事件容易快速地连续发 生，因此，本领域技术人员非常清楚，在这些条件下传动机构的动态 活动会非常复杂。通过具有相当大部件惯性和反冲的相对刚性的传动 机构传递能量或相邻轮齿的分离，可能是具有极大峰值扭矩的一系列 动态事件，特别是当来自不同齿轮的大惯性以不同速度碰撞时。在一 些情况下，例如，当曲柄齿轮和凸轮齿轮之间的正时齿轮(本领域公 知的“空转齿轮”)受到来自凸轮齿轮和曲柄齿轮中一个或两者的扭矩 冲击时，在达到相对平稳运转之前，其会引起反复的强烈的卡塔声。 前传动机构可能是发动机系统最大的噪声产生部分。

上述问题在重型压缩式点火发动机中尤其严重，因为相比轻型和 /或火花点火式发动机，它们容易在更大运行工况范围下经历齿轮敲击 的问题。而且，已经提出了利用更高的峰值气缸压力和更高的喷射压 力来降低压缩点火式发动机中特定气体排放物的期望，但这导致发动 机传动机构中产生甚至更大的冲击载荷。

除了减小磨损、降低机器应力以及改善能量浪费的明显优势外， 某些法规越来越关注机器运行中传动机构所发出噪声的高低问题。因 此，存在许多处理齿轮系统中过度噪声的动机。如上所述，多年来已 经认识到与过度齿轮噪声相关的问题。因此，工程师们试图通过各种 方式来解决这样的噪声问题，其中一个方式就是通过增加传动机构及 其相连部件的质量惯性矩，从而降低对有关扰动转矩的敏感度。例如， 这已经通过增加齿轮本身的重量，和/或通过为凸轮轴和曲柄轴设置摆 锤来实现。使发动机和/或传动机构部件增加重量存在明显缺陷，包括 增加了整个系统重量、尺寸以及费用。另外一个方法是向传动机构中 引入柔性(compliance)。

一般说来，柔性齿轮通过允许一个或多个齿轮削弱其对冲击载荷 的反应而在传动机构中提供了降低的刚性或者迟滞。在特定齿轮可能 会通过转矩冲力急剧加速或者减速的情况下，柔性会使得齿轮更缓和 地调整其自身转动以适应冲击荷载。这样，柔性齿轮可允许相邻的齿 轮比非柔性齿轮在更多的时间里保持啮合，从而减小了过度磨损、机 械应变和可闻噪声。