[发明专利]柔性齿轮传动装置及使用该齿轮传动装置的工作机器

说明书

技术领域

本发明总的涉及柔性齿轮传动装置，并且更具体地涉及一种例如用在发动机传动机构中的柔性齿轮传动装置，其具有响应于齿轮传动装置上的转矩从共轴对准可移动的毂和齿圈。 

背景技术

由于冲击和振动的过度噪声，多年来，发出咔嗒声的齿轮轮齿一直伴随着齿轮系统。通常，术语“齿轮敲击振动”指的是噪声现象，其中相邻齿轮的退出啮合的和受背面的轮齿冲击而迅速被迫啮合的轮齿产生听得到的噪声。齿轮敲击振动的大噪声不仅会使工作环境不舒适，而且轮齿之间的碰撞和齿轮系统的冲击会导致系统部件过早的磨损并承受过度的应力。另外，如齿轮相关领域技术人员所熟知的，假如啮合齿轮撞击，而非平稳地传递转矩，那么在某种意义上是浪费了能量。 

在内燃机环境中，通常利用一系列的齿轮或一种“传动机构”来为某些发动机部件提供动力，并提供某些齿轮之间理想的相对正时。在一个例子中，随着发动机曲轴旋转的曲柄传动装置可旋转地连接到凸轮机构，该凸轮机构又与一个或多个发动机凸轮相联接。一个或多个齿轮可操作地布置在曲柄和凸轮机构之间，以保持其间的相对正时，使得某些凸轮驱动的发动机功能，例如气门打开/关闭和燃料喷射可在相对于发动机曲柄角度预期的时间可靠地进行。 

在某些发动机上，在运行期间曲柄和凸轮机构的动力特性可基本上通过传动机构传递有效扭矩。因此，在发动机运行期间，每个曲柄和凸轮机构经历脉冲式加速和减速是司空见惯的。汽缸点火会向曲轴并由此向曲柄传动装置施加转矩，而燃料喷射往往是向凸轮轴并由此向凸轮机构施加转矩。在一些发动机系统中，由于机械致动的燃料喷射力，凸轮轴的转速可从其平均转速暂时地下降每分钟数百转。来自凸轮轴和曲轴的转矩冲量会影响独立的传动机构，或者它们可能增加或者可能减少。汽缸点火、燃料喷射及其它事件易于相对快速地连续进行，因此，对于本领域技术人员显而易见的是，在这些条件下的传动机构的动态特性会相当复杂。通过具有相当大零件惯性和反冲的相对刚性的传动机构传递能量或相邻的轮齿的分离，可能是具有极大峰值转矩的一系列动态事件，特别是当来自具有不同速度的不同齿轮碰撞的大的惯性时。在一些情况下，例如，本领域公知的“空转齿轮”在曲柄和凸轮机构之间的正时齿轮，会受到来自凸轮和曲柄传动装置中一个或两者的转矩冲击，在达到相对平稳运转之前，其会引起反复的强烈的卡塔声。上述传动机构可能是发动机系统最大的噪声产生部分。 

以上问题往往在重型压缩点火发动机中尤其严重，因为与轻载和/或火花点火发动机相比，它们势必会在更大的运行工况范围内经历齿轮撞击。另外，随着更高峰值汽缸压力和更高的喷射压力，已经提出了降低压缩点火发动机中的某些气态排放物的期望，结果带来了发动机传动机构中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探寻这样的噪声问题，其中一个方式就是通过增加传动机构和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来削弱其对冲击 载荷的反应，在传动机构中提供了降低的刚性或者松紧度。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，柔性会使得齿轮逐渐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、机械应变以及听得见的噪声。 

在一种柔性齿轮设计中，由两个紧密连接的共轴齿轮构成的“剪式齿轮”具有一定的转动柔性，可用来在两个或者多个齿轮间传递转矩或保持正时。在通常的设计中，剪式齿轮传动装置中前面一个齿轮元件与第一齿轮啮合，并且剪式齿轮的后齿轮元件与第二齿轮啮合。剪式齿轮相应的前后齿轮元件的轮齿是彼此活动的，这样，相邻的轮齿对被认为以类似于一把剪刀的操作来运动，由此得名。尽管这样一种引进了前后齿轮之间的转动柔性的设计可以具有某些优点，但是该系统往往非常昂贵且复杂。