專利名稱：柔性齒輪傳動裝置、發(fā)動機和傳動機構操作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及一種柔性齒輪傳動裝置，更具體地涉及使齒圈響應于其上的扭矩而相對于柔性齒輪傳動裝置中的轂從第一停止位置平移到第二停止位置。
背景技術：
由沖擊和振動、卡嗒作響的輪齒造成的過度噪聲已經伴隨齒輪系統(tǒng)很多年了。概 括地說，“齒輪敲擊”指的是噪聲現象，其中相鄰齒輪的輪齒退出嚙合并由于受后方輪齒的 沖擊而被迫迅速重新嚙合，從而產生可聞噪聲。來自齒輪敲擊的大的聲音不僅使工作環(huán)境 不舒適，而且輪齒之間的碰撞和齒輪系統(tǒng)的沖擊還會對系統(tǒng)的部件造成過早磨損和過度應 力。而且，如齒輪相關領域的技術人員熟知的，假如齒輪敲擊嚙合的齒輪對，而非平穩(wěn)地傳 遞扭矩，則能量在一定程度上被浪費了。在內燃機方面，常常利用一系列齒輪或者“傳動機構”來為某些發(fā)動機部件提供動 力，并提供特定齒輪之間希望的相對正時。在一個例子中，通過發(fā)動機曲軸旋轉的曲柄齒輪 與凸輪齒輪可旋轉地連接，凸輪齒輪又與發(fā)動機的一個或多個凸輪連接。一個或多個齒輪 能夠操作地設置在曲柄齒輪和凸輪齒輪之間，以保持兩者之間的相對正時，使得某些凸輪 致動的發(fā)動機功能，例如燃料噴射和氣門打開/關閉可在相對于發(fā)動機曲柄角所希望的時 間可靠地發(fā)生。在某些發(fā)動機上，運行過程中曲柄齒輪和凸輪齒輪的動態(tài)活動可基本上經過傳動 機構傳遞有效扭矩。因此，在發(fā)動機運行過程中，每個曲柄齒輪和凸輪齒輪通常會經歷沖 擊式加速和減速。氣缸點火會對曲軸并因此對曲柄齒輪施加扭矩，而燃料噴射則傾向于對 凸輪軸并因此對凸輪齒輪施加扭矩。在一些發(fā)動機系統(tǒng)中，由于機械致動燃料噴射的力，凸 輪軸的轉速會從其平均轉速瞬時減速每分鐘數百轉。來自凸輪軸和曲軸的扭矩沖擊會相互 獨立地影響傳動機構，或者它們相互附加或相互減弱。氣缸點火、燃料噴射和其他事件容易 快速地連續(xù)發(fā)生，因此，本領域技術人員非常清楚，在這些條件下傳動機構的動態(tài)活動會非 常復雜。通過具有相當大部件慣性和反沖的相對剛性的傳動機構傳遞能量或相鄰輪齒的分 離，可能是具有極大峰值扭矩的一系列動態(tài)事件，特別是當來自不同齒輪的大慣性以不同 速度碰撞時。在一些情況下，例如，當曲柄齒輪和凸輪齒輪之間的正時齒輪(本領域公知的 “空轉齒輪”)受到來自凸輪齒輪和曲柄齒輪中一個或兩者的扭矩沖擊時，在達到相對平穩(wěn) 運轉之前，其會引起反復的強烈的卡塔聲。前傳動機構可能是發(fā)動機系統(tǒng)最大的噪聲產生 部分。上述問題在重型壓縮式點火發(fā)動機中尤其嚴重，因為相比輕型和/或火花點火式 發(fā)動機，它們容易在更大運行工況范圍下經歷齒輪敲擊的問題。而且，已經提出了利用更高 的峰值氣缸壓力和更高的噴射壓力來降低壓縮點火式發(fā)動機中特定氣體排放物的期望，但 這導致發(fā)動機傳動機構中產生甚至更大的沖擊載荷。除了減小磨損、降低機器應力以及改善能量浪費的明顯優(yōu)勢外，某些法規(guī)越來越 關注機器運行中傳動機構所發(fā)出噪聲的高低問題。因此，存在許多處理齒輪系統(tǒng)中過度噪聲的動機。如上所述，多年來已經認識到與過度齒輪噪聲相關的問題。因此，工程師們試圖通過各種方式來解決這樣的噪聲問題，其中一個方式就是通過增加傳動機構及其相連部件 的質量慣性矩，從而降低對有關擾動轉矩的敏感度。例如，這已經通過增加齒輪本身的重 量，和/或通過為凸輪軸和曲柄軸設置擺錘來實現。使發(fā)動機和/或傳動機構部件增加重 量存在明顯缺陷，包括增加了整個系統(tǒng)重量、尺寸以及費用。另外一個方法是向傳動機構中 弓I入柔性(compliance)?！阏f來，柔性齒輪通過允許一個或多個齒輪削弱其對沖擊載荷的反應而在傳動 機構中提供了降低的剛性或者遲滯。在特定齒輪可能會通過轉矩沖力急劇加速或者減速的 情況下，柔性會使得齒輪更緩和地調整其自身轉動以適應沖擊荷載。這樣，柔性齒輪可允許 相鄰的齒輪比非柔性齒輪在更多的時間里保持嚙合，從而減小了過度磨損、機械應變和可
聞噪聲。在一種柔性齒輪設計中，由兩個緊密相鄰的共軸齒輪構成的“剪式齒輪”具有一定 的轉動柔性，其可用來在兩個或者多個齒輪間傳遞轉矩或保持正時。在通常的設計中，剪 式齒輪傳動裝置中前齒輪元件與第一齒輪嚙合，并且剪式齒輪的后齒輪元件與第二齒輪嚙 合。剪式齒輪相應的前、后齒輪元件的輪齒是能夠彼此相對運動的，這樣，相鄰的輪齒對被 認為以類似于一把剪刀的操作來運動，由此得名。盡管這樣一種引進了前后齒輪之間的轉 動柔性的設計可以具有某些優(yōu)點，但是該系統(tǒng)往往非常昂貴且復雜。從授予Matouka等人的美國專利No. 5170676 (以下稱為“Matouka” )中已知另一 種利用轉動柔性的齒輪設計。Matouka圖示了用在傳動機構中的扭矩限制器，當超過齒輪上 的某扭矩值時，在轂和齒圈之間允許相對運動，即轉動柔性。Matouka利用了彈簧，在齒圈和 轂能夠從一個相對位置向另一個位置轉動地滑行之前，其必須能夠克服彈簧的彈力。盡管 Matouka可以應用在某些系統(tǒng)中，但是其設計并非沒有缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在解決上述的一個或多個問題或缺陷。一方面，柔性齒輪傳動裝置包括轂子組件，該轂子組件包括能夠將柔性齒輪傳動 裝置裝配到支撐元件的第一轂部件，第一轂部件包括前面和背面并限定延伸穿過第一轂部 件并垂直于所述前面取向的第一軸線。轂子組件還包括能夠相對于第一轂部件沿垂直于第 一軸線的方向在第一停止位置和第二停止位置之間移動的第二轂部件。柔性齒輪傳動裝置 還包括裝配在所述轂子組件上并能夠相對于轂子組件旋轉的齒圈，該齒圈限定齒圈旋轉軸 線并連接成隨第二轂部件一起在第一停止位置和第二停止位置之間移動。在第一停止位 置，齒圈旋轉軸線與第一軸線共線，在第二停止位置，齒圈旋轉軸線與第一軸線平行但不共 線。柔性傳動裝置還包括連接在第一轂部件和第二轂部件之間并將第二轂部件朝著第一停 止位置偏置的柔性機構。在另一方面，一種內燃機包括發(fā)動機殼體和裝配到發(fā)動機殼體上并包括曲柄齒 輪、凸輪齒輪以及連接在曲柄齒輪和凸輪齒輪之間并能夠在兩者之間傳遞扭矩的空轉齒輪 的傳動機構?？辙D齒輪包括第一轂部件，該第一轂部件將空轉齒輪裝配到發(fā)動機殼體上并 包括前面和背面并限定延伸穿過第一轂部件并垂直于所述前面取向的第一軸線?？辙D齒輪 還包括能夠沿垂直于第一軸線的方向在第一停止位置和第二停止位置之間移動的第二轂部件，以及限定齒圈旋轉軸線的齒圈。齒圈連接成隨第二轂部件一起在第一停止位置和第 二停止位置之間移動，在所述第一停止位置，齒圈旋轉軸線與第一軸線共線，在第二停止位 置，齒圈旋轉軸線與第一軸線平行但不共線。空轉齒輪還包括連接在第一轂部件和第二轂 部件之間并將第二轂部件朝著第一停止位置偏置的柔性機構。在又一方面，一種操作內燃機的傳動機構的方法包括將傳動機構的空轉齒輪的齒 圈朝第一停止位置偏置的步驟，在該第一停止位置，齒圈旋轉軸線、與齒圈嚙合的輸入齒輪 的旋轉軸線以及與空轉齒輪嚙合的輸出齒輪的旋轉軸線限定第一式樣。該方法還包括通過 齒圈處于第一停止位置的空轉齒輪在輸入齒輪和輸出齒輪之間傳遞第一扭矩的步驟，以及 至少部分通過使齒圈響應于對其施加的第二扭矩移動限制在輸入齒輪和輸出齒輪之間傳 遞大于第一扭矩的第二扭矩的步驟。使齒圈移動包括使齒圈朝第二停止位置移動，在第二 停止位置，齒圈旋轉軸線、輸入齒輪的旋轉軸線以及輸出齒輪的旋轉軸線限定不同于第一 式樣的第二式樣。該方法還包括使所述齒圈返回所述第一停止位置的步驟。


圖1是具有根據一種實施方式的發(fā)動機系統(tǒng)的機器的示意圖；圖2是根據一種實施方式的柔性齒輪傳動裝置的分解視圖；圖3a是根據一種實施方式的柔性齒輪傳動裝置的正面透視圖；圖3b是圖3a的柔性齒輪傳動裝置的背面透視圖；圖4是另一種實施方式的柔性齒輪傳動裝置的透視圖；圖5是又一種實施方式的柔性齒輪傳動裝置的透視圖；圖6是沿圖3a的線6-6截取的截面圖；圖7是根據一種實施方式的發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖；圖8是根據一種實施方式的齒輪傳動裝置的側剖透視圖；圖9是根據一種實施方式的發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖；圖10是根據一種實施方式的傳動機構的示意圖；圖11是根據一種實施方式的齒輪傳動裝置的分解視圖；圖12是圖11的齒輪傳動裝置處于組裝好的狀態(tài)的后視圖；圖13是圖12的齒輪傳動裝置的正視圖；圖14是圖11-13的齒輪傳動裝置的剖視圖；圖15是根據一種實施方式的齒輪傳動裝置的分解視圖；圖16是圖15的齒輪傳動裝置組裝并設置在支撐元件上的正視圖；和圖17是貫穿根據一種實施方式的組裝階段的齒輪傳動裝置的一部分的截面圖。
具體實施例方式參照圖1，其示出了機器8中的發(fā)動機系統(tǒng)10，該發(fā)動機系統(tǒng)包括例如直列式壓縮 點火式發(fā)動機的發(fā)動機12和裝配在發(fā)動機上的傳動機構11。傳動機構11可包括曲柄齒 輪18、凸輪齒輪19和空轉齒輪傳動裝置20。曲柄齒輪18通常與曲軸(未示出)連接，曲 軸又與活塞桿連接并因此能夠以常規(guī)方式旋轉。凸輪齒輪19經由空轉齒輪傳動裝置20能 夠旋轉地與曲柄齒輪18連接，以保持兩者之間的希望正時?？辙D齒輪傳動裝置20包括限定軸線C的轂26和齒圈22。雖然發(fā)動機系統(tǒng)10被顯示為具有一個空轉齒輪傳動裝置，但 在其他實施方式中，根據發(fā)動機設計可以使用多個空轉齒輪。轂26和齒圈22被朝著共軸 對準偏置，使得齒圈22的軸線與軸線C共同延伸。齒圈22能夠響應于通過曲柄齒輪18和 凸輪齒輪19的至少一個對其施加的扭矩而沿垂直于軸線C的方向平移。齒圈22可平移距離D，其旋轉軸線能夠在垂直于軸線C的方向上移動到表示為軸 線C’的位置。由于齒圈22相對于轂26平移距離D會影響凸輪齒輪19和曲柄齒輪18之 間的相對正時，因此可至少部分基于與希望正時的容許偏離來選擇可用的平移距離。換句 話說，由于齒圈22幫助實現凸輪齒輪19和曲柄齒輪18的同步，因此齒圈22的平移將暫時 允許凸輪齒輪19和曲柄齒輪18稍微不同步。當凸輪齒輪19和曲柄齒輪18之間的容許正 時差異較大時，平移距離D可以相對較大。相反，當操作限制要求正時差異較小時，也應當 選擇較小的平移距離D。如上所述，轂26和齒圈22被朝著共軸對準偏置，因此當引起齒圈 22平移的扭矩減小時，齒圈22和轂26將朝共軸對準返回，補償相對正時的任何差異。通 過使齒圈22平移，可以管理空轉齒輪傳動裝置20和這里描述的其他空轉齒輪傳動裝置實 施方式上的載荷，以降低噪聲、磨損等，并且可在操作過程中保持相鄰的嚙合齒輪嚙合。在 圖1中，箭頭A表示齒圈22的總體平移方向，而線L1和L2用來分別表示齒圈22的軸線處 于其止動或偏置位置和平移位置的相對位置。轉到圖2、3a和3b，其分別示出了適用于在圖1的發(fā)動機系統(tǒng)10中使用的一種實 施方式的空轉齒輪傳動裝置20的各個部件的分解和組裝好的前后透視圖。應當認識到，這 里描述的任何空轉齒輪傳動裝置可用于任何描述的發(fā)動機和傳動機構結構，以及未具體說 明的其他系統(tǒng)?？辙D齒輪傳動裝置20包括齒圈子組件25，齒圈子組件具有帶外齒的齒圈 22和環(huán)形的內部部分24。齒圈子組件25適于圍繞轂26裝配，輪轂26包括轂子組件27，轂 子組件27具有第一轂部分26a和第二轂部分26b。在齒輪傳動裝置20中，齒圈子組件25 和轂子組件27被固定以一起旋轉并利用例如包括彈簧52和塊50a-d的多個致動器中的至 少一個致動器31朝共軸對準偏置。如這里描述的，齒圈22能夠相對于轂26平移，但應當 理解，齒圈子組件25的部分或者全部部件可能能夠相對于轂子組件27的部分或全部部件 平移。因此，這里描述的齒圈22相對于轂26平移不應當被解釋為意為只有齒圈22相對于 轂26移動，因為可以涉及其他部件?？辙D齒輪傳動裝置20可具有能夠響應于齒輪傳動裝 置20上的扭矩而在垂直于由轂26限定的軸線的方向上進行相對運動的其他部件。轂子組件27可進一步裝配到適于借助可旋轉的裝配軸60將齒輪傳動裝置20與 發(fā)動機12連接的短軸30上。軸襯28可進一步設置在短軸30和轂子組件27之間。多個 致動器可包括多個塊50a-d，所述塊各自與多個彈簧52連接并裝配在多個銷54上。當齒 圈22相對轂26平移時，齒圈將克服彈簧52的偏置力運動。因此，當齒輪傳動裝置20上的 引起齒圈22平移的扭矩減小時，偏置彈簧52可促使齒圈22和轂26往回向著共軸對準運 動。盡管在所示實施方式的齒輪傳動裝置20中，顯示的是具有彈簧52和塊50a-d的致動 器31，但應當理解，本發(fā)明并不因此受到限制，也可以使用能夠將轂26的齒圈22向著共軸 對準偏置的僅僅一個致動器。這里描述的術語“致動器”應當被理解為包含多種裝置，包括 彈簧、液壓致動器、氣動致動器或者彈簧、液壓和氣動致動器的組合。多個致動器31的每一個可分別定位在轂部分26a和26b的切口 29a和29b內。 齒圈子組件25又可包括例如設置在多個墊40a-d上的多個接觸表面的至少一個接觸表面41，多個墊40a-d的每一個與塊50a-d的每個對準并圍繞齒圈子組件25徑向隔開。齒輪傳 動裝置20上的平移載荷通常通過墊40a_d的支承由塊50a_d抵抗。由于整個傳動裝置通 常在裝配軸60上旋轉，因此當遇到引起平移的扭矩時，根據齒輪傳動裝置20的相對傾斜位 置，抵抗給定平移載荷的具體塊和墊會變化。也可以設置罩或者環(huán)形板32，并且連同與銷 54分離的多個螺栓62，可按照理想的結構將齒輪傳動裝置20的所有裝配部件連接在一起。 應當認識到，每個彈簧52可能需要相對高的預載荷，在一些實施方式中，每個彈簧52的預 載荷在800磅的量級上，因此，用于將全部部件連接到一起的相對堅固的部件是希望的。此 夕卜，定向彈簧52在與齒輪傳動裝置20的旋轉軸線共軸的方向上壓縮和伸展，因為彈簧可以 被壓縮，所以有利于裝配并且有利于在相對少的裝配步驟下用螺栓62固定整個傳動裝置。轉到圖6，示出了沿著圖3的線6-6截取的側剖視圖。圖6示出了齒圈22、齒圈的 環(huán)形內部部分24、墊40a、塊50a、彈簧52和銷54。圖中示出銷54延伸穿過塊50a，但在其 他實施方式中，塊50a可被構造為不具有相應的銷。在該實施方式中，塊50a能夠單獨在切 口 29a和29b內移動并由29a和29b弓丨導或由其他部件引導。齒圈22相對于轂部分26b 的平移通常包括克服塊50a和墊40a之間的靜摩擦系數。塊50a的塊表面51可設置成能 夠滑動地抵靠墊40a的接觸表面41。潤滑劑可設置在各自的表面41和51之間。在所示的 結構中，表面51和41相對于齒輪傳動裝置20的旋轉軸線傾斜地取向。應當認識到，傾斜 表面的相對取向可與所示的不同，或者甚至顛倒，但不脫離本發(fā)明的精神和范圍。除了克服 表面41和51之間的靜摩擦系數之外，為了使齒圈22及其相關的子組件25相對于轂子組 件27平移，有必要克服彈簧52的預載荷。因此，當希望提供更結實的傳動機構時，彈簧52 可以被預加更大的載荷，而對于具有更大柔性的較弱的傳動機構來說，彈簧52可以被相對 少地預加載荷。在圖6中，通過箭頭E示出了在齒圈22的平移過程中塊50a和墊40a之間 滑動的大致方向。本領域的技術人員將會認識到，很多因素都對塊50a相對墊40a平移時 需要克服的預載荷有影響?？苫瑒颖砻嬷g的相對摩擦、斜面的傾斜度、彈簧預載荷等都可 變化至由平移之前齒輪上的扭矩匹配或超過的預載荷水平。在一些實施方式中，彈簧預載 荷將僅僅由各個部件的尺寸和公差確定。轉到圖4，示出了根據本發(fā)明的另一種實施方式的齒輪傳動裝置120。與齒輪傳動 裝置20類似，齒輪傳動裝置120包括轂子組件127以及具有齒圈122和齒圈內部環(huán)形部分 124的齒圈子組件125。與齒輪傳動裝置20類似，齒圈子組件125能夠響應于齒輪傳動裝 置120上的扭矩相對于轂子組件127平移。均包括塊140和彈簧152的多個致動器可設置 在轂子組件127和齒圈子組件125之間。與齒輪傳動裝置20相反，塊140并不相對于齒圈 子組件125的任何部分滑動，而是彈簧152沿箭頭B表示的與齒輪傳動裝置20的旋轉軸線 大致垂直的方向移動?，F在參照圖5，示出了根據本發(fā)明的又一種實施方式的齒輪傳動裝置220。齒輪傳動裝置220與前述的實施方式類似，即外部齒圈224能夠響應于齒輪傳動裝置220上的扭 矩而相對于轂229平移。然而，圖5的實施方式使用彈簧252而不是塊，彈簧252圍繞轂子 組件229徑向向外地取向并抵靠齒圈224的接觸表面242。參照圖7，示出了發(fā)動機系統(tǒng)410，該發(fā)動機系統(tǒng)與發(fā)動機系統(tǒng)10的不同之處在于 發(fā)動機411的傳動機構更加接近直列式結構，并且包括另外的中間齒輪421。與圖1的發(fā) 動機系統(tǒng)10類似，傳動機構411包括凸輪齒輪419和曲柄齒輪418以及空轉齒輪傳動裝置420，該空轉齒輪傳動裝置420具有能夠響應于齒輪傳動裝置上的扭矩平移的齒圈(圖7未 示出)，使得齒圈的旋轉軸線也在箭頭B所示的方向上平移。還示出了齒圈旋轉軸線的兩個 相對位置，O和O’，與圖1所示的齒輪傳動裝置20的齒圈的不同軸向位置類似?？辙D齒輪 傳動裝置420還不同于前述的實施方式，其中，并非齒圈固定成與轂一起旋轉，而是齒圈能 夠圍繞轂旋轉，轂又固定到發(fā)動機412上。現在轉向圖8，其示出了空轉齒輪傳動裝置420的側剖透視圖?？辙D齒輪傳動裝 置420包括圍繞裝配環(huán)424裝配在環(huán)軸承423上的齒圈422。還設有通常能夠固定裝配到 發(fā)動機412上的第一轂部分426a。第二轂部分426b可以固定到裝配環(huán)424并能夠相對于 第一轂部分426a運動。第一部分426a和第二轂部分426b能夠匹配并能夠在抵靠位置和 齒圈422與第一轂部分426a共軸對準的分離位置之間運動，如這里描述的。當齒輪傳動裝 置420經歷扭矩沖擊時，第二轂部分426b、齒圈422、環(huán)軸承423和裝配環(huán)424可全部作為 一個單元相對于第一轂部分426a移動。在其他實施方式中，各個轂部分的功能可以顛倒。 更進一步，齒輪傳動裝置420可包括兩個以外的不同數量的轂部分。齒輪傳動裝置420還設有至少一個致動器，該致動器能夠將齒圈422向著與第一 轂部分426a共軸對準偏置。所述至少一個致動器可包括兩個液壓致動的補償活塞458。補 償活塞458可至少部分設置在第一轂部分426a內，并且還可各自包括暴露于由第一轂部分 426a限定的第一和第二流體腔459的流體壓力的壓力表面457。補償活塞458還可各自在 套管456內運動，套管456固定到第二轂部分426b，例如被壓在第二轂部分426b內。彈簧 452可在內部，或者經由其他結構，設置在各壓力補償活塞458和套管456之間。因為從以 下描述可以很清楚看到的理由，彈簧452可具有相對較軟的彈簧比率或者彈簧常數，并且 其與腔459的液壓配合可允許齒圈422響應于齒輪傳動裝置420上的扭矩平移，但可將齒 輪傳動裝置420與傳動機構411的某些沖擊頻率動態(tài)隔離，所述沖擊頻率被認為是發(fā)動機 412的操作過程中最有問題的?？梢詮陌l(fā)動機系統(tǒng)410的液壓系統(tǒng)，例如直接從發(fā)動機412的機體向齒輪傳動裝 置420供應液壓流體。為此，第一轂部分426a可包括至少一個(例如兩個)流體入口 460， 其每一個與轂部分426a內的流體供應通路461連接。通路461又可經由入口單向閥490 (例 如簧片閥)與流體加壓室478連接。室478可例如通過第二組套管480限定，該第二組套 管固定到(例如被壓到)轂部分426a。至少一個流體加壓活塞(例如兩個)能夠移動地設 置在套管480內并且被連接成與裝配環(huán)424 —起移動。因此，如這里描述的，當齒圈422及 其相關的部件平移時，裝配環(huán)424隨齒圈422的平移將引起活塞482在他們各自的套管內 來回移動。活塞482的移動將交替地經由閥490向室478內抽吸流體并經由連接到每個室 478的流體出口 463將流體從室478推出。流體出口 463可經由流體壓力通路462與每個 腔459連接，從而允許向其供應被活塞482加壓的流體。例如簧片閥的單向閥也可與出口 463相聯。每個腔459還包括流體出口 468，例如第一轂部分426a內的環(huán)面，其連接到流體 排放口 470。如這里描述的，出口 468可根據腔459內的流體壓力和齒輪傳動裝置420上的 載荷通過套管456交替打開和關閉。參照圖9，示出了根據另一種實施方式的內燃機510。內燃機510可包括發(fā)動機殼 體512和裝配到發(fā)動機殼體512上的傳動機構511。傳動機構511與這里描述的其他實施 方式類似，但具有從以下描述可清楚看到的某些區(qū)別。傳動機構511可包括曲柄齒輪518，該曲柄齒輪限定曲柄齒輪旋轉軸線X1并具有通過箭頭P1指示的旋轉方向。一組部件驅動齒輪513可與曲柄齒輪518連接并能夠通過曲柄齒輪518的旋轉而旋轉?？砂ㄈ邕@里進 一步描述的柔性齒輪傳動裝置的空轉齒輪520可與曲柄齒輪518連接并與其嚙合。泵齒輪 522可與空轉齒輪520嚙合并通過空轉齒輪520的旋轉而受驅動。凸輪齒輪519也可以與 空轉齒輪520嚙合。凸輪齒輪519可限定凸輪齒輪旋轉軸線Zp空轉齒輪520可包括齒圈 540，齒圈540裝配在轂子組件530上并圍繞其旋轉。齒圈540可限定齒圈旋轉軸線Y1并 能夠響應于應用在齒圈540上的扭矩移動，以在傳動機構511中提供柔性，如這里進一步描 述的。箭頭Q1表示齒圈540平移的大致方向以及因此齒圈旋轉軸線Y1的移動方向。在一種實施方式中，齒圈540可響應于對其應用的扭矩而在第一停止位置和第二 停止位置之間移動，在第一停止位置，齒圈旋轉軸線Y”曲柄齒輪旋轉軸線X1以及凸輪齒輪 旋轉軸線Z1限定第一式樣，在第二停止位置，齒圈旋轉軸線Yp曲柄齒輪旋轉軸線X1以及凸 輪齒輪旋轉軸線Z1限定不同于第一式樣的第二式樣。換句話說，當齒圈540響應于對其應 用的扭矩平移時，齒圈旋轉軸線Y1可隨著齒圈540從第一停止位置朝第二停止位置的移動 而沿箭頭Q1指示的方向移動。齒圈540可被朝著第一停止位置偏置并能夠克服偏置力朝 著第二停止方向移動。在所示的實施方式中，通過箭頭R1表示偏置力的方向。在操作過程 中，曲柄齒輪518的旋轉可將扭矩傳遞給空轉齒輪520，空轉齒輪520又將扭矩傳遞給凸輪 齒輪519。在某些情況下，與這里結合其他實施方式描述的那些類似，可從曲柄齒輪518和 凸輪齒輪519的至少一個向空轉齒輪520施加較高的扭矩或扭矩峰值。當向空轉齒輪520 施加的扭矩峰值的大小足以克服上面提到的偏置力時，齒圈540可克服偏置力而平移，以 限制在曲柄齒輪518和凸輪齒輪519之間傳遞扭矩峰值。因此，操作傳動機構511可包括通過齒圈540處于第一停止位置的空轉齒輪520 而在曲柄齒輪518和凸輪齒輪519之間傳遞較低的第一扭矩。操作傳動機構511還可包括 至少部分通過使齒圈540響應于對其施加的第二扭矩朝第二停止位置移動而限制傳遞較 高的第二扭矩。在所示的發(fā)動機實施方式中，曲柄齒輪518用作輸入齒輪，凸輪齒輪519用 作輸出齒輪。應當認識到，在其他實施方式中，可在并非用于內燃機的傳動機構中采用空轉 齒輪520，由此可使用不同類型的輸入齒輪和不同類型的輸出齒輪。使齒圈540朝第一停止位置偏置可包括通過限定與齒圈旋轉軸線Y1垂直取向的 偏置力方向的單向柔性機構542來偏置齒圈540。如這里使用的，術語“單向”柔性機構應 當被理解為指允許齒圈540從例如第一停止位置的被偏置位置沿一個方向移動，但不允許 齒圈540沿相反方向從被偏置位置移動的柔性機構。偏置力方向通過箭頭R1來表示。相應 地，限制傳遞第二扭矩或扭矩峰值可包括通過沿與偏置力方向相反的方向移動齒圈540來 限制傳遞第二扭矩或扭矩峰值。當扭矩峰值減小時，齒圈540可通過柔性機構542的偏置 力返回第一停止位置。由于所選的傳動機構結構，單向柔性在例如傳動機構511的傳動機構中是合適 的。氣缸點火會使曲柄齒輪518加速，因此源于氣缸點火的扭矩峰值會使空轉齒輪520沿 著與曲柄齒輪518的順時針旋轉方向相反的逆時針方向加速。燃料噴射會使凸輪齒輪519 減速，因此，源于燃料噴射的扭矩峰值會使空轉齒輪520減速。會使空轉齒輪520加速的來 自曲柄齒輪518的扭矩峰值將傾向于沿與柔性機構542的偏置力相反的方向向圖9中的右 側促動空轉齒輪520。類似地，來自凸輪齒輪519的扭矩峰值也傾向于向圖9中的右側促動空轉齒輪520。如果來自曲柄齒輪518和凸輪齒輪519的扭矩峰值重疊，則空轉齒輪520 仍傾向于被向右促動。由于在傳動機構511中空轉齒輪520可能經歷的大部分扭矩峰值或 全部扭矩峰值將傾向于沿相同方向促動空轉齒輪520，因此單向柔性提供了切實可行的執(zhí) 行策略。柔性機構542可連接在適于將空轉齒輪520裝配到殼體512的轂子組件530的第 一轂部件532和轂子組件530的第二轂部件538之間。第二轂部件538能夠與齒圈540 — 起在第一停止位置和第二停止位置之間移動。相應地，齒圈540以及第二轂部件538均應 當被理解為具有第一停止位置和第二停止位置。同樣，齒圈旋轉軸線Y1也應被理解為具有 第一停止位置和第二停止位置。在所示的實施方式中，柔性機構542包括連接在第一轂部件532和第二轂部件538 之間的彈簧部件544和墊部件546。操作傳動機構511應當進一步被理解為包括通過墊部 件546與第一轂部件532接觸而使齒圈540停在第二停止位置，并通過第二轂部件538與 第一轂部件532接觸而使齒圈540停在第一停止位置。以下進一步描述柔性機構542的一 種示例結構?，F在參照圖11，示出了空轉齒輪520的分解視圖。如上面提到的，齒圈540能夠 圍繞轂子組件530旋轉。齒圈540可包括在第二轂部件538的外表面539上旋轉的內表面 537。第二轂部件538可包括限定空隙586的內表面584，第一轂部件532和柔性機構542 的一部分被定位在空隙586中?？稍O置位于齒圈540和轂子組件540的第一軸向側的蓋板 541和位于齒圈540和轂子組件530的第二軸向側的背板553。在一種實施方式中，可設置 一組定位螺栓545，這些螺栓穿過蓋板541、穿過形成于第一轂部件532中的一組孔口 547， 還穿過形成于背板553中的一組孔口 551。還可設置釘拴549，其配合在第一轂部件532中 形成的孔口(未示出)內，還配合在背板553中形成的孔口 555內。中心螺栓543還可穿 過蓋板541和空轉齒輪520的其他部件，以將各個部件以組裝好的狀態(tài)連接在一起。還參 照圖12和13，其分別示出了空轉齒輪520的后視圖和正視圖。在圖12中，定位螺栓545以 及釘拴549和中心螺栓543的端部被顯示為延伸穿過背板553。在一種實施方式中，釘拴 549可以如圖12所示的從背板553突出并接收在形成于發(fā)動機殼體512中的孔中。接收中 心螺栓543的裝配孔也可形成在發(fā)動機殼體512中，使得空轉齒輪520直接裝配到其上且 轂子組件530固定不能旋轉。在圖13中，定位螺栓545和中心螺栓543被顯示處于穿過蓋 板541的組裝好的結構。第一轂部件532可包括前面534和背面536并可限定第一軸線F，第一軸線F延伸穿過第一轂部件532并垂直于前面534取向，第一軸線還可以垂直于背面536取向。第一 轂部件532還可包括裝配突起572和能夠定位在空隙586中的塊元件570，塊元件包括前面 534和背面536，裝配突起572沿與第一軸線F大致對準的方向從背面536向外延伸。裝配 突起572可以是圓柱形并可接收在形成于背板553中的圓柱形孔口 557中。還參照圖14， 示出了貫穿空轉齒輪520的剖視圖?？梢曰仡櫟烬X圈540能夠在第一停止位置和第二停止 位置之間移動。在一種實施方式中，齒圈540可連接成與第二轂部件538 —起在第一停止 位置和第二停止位置之間移動，在第一停止位置，齒圈旋轉軸線Y1與第一軸線F共線，在第 二停止位置，齒圈旋轉軸線Y1與第一軸線F平行但不共線。第二轂部件538相對于第一轂 部件532在第一停止位置和第二停止位置之間的移動可沿垂直于第一軸線F的平移方向發(fā)生。如上面討論的，柔性機構542可將齒圈540朝著齒圈旋轉方向Y1和第一軸線F共線的
第一停止位置偏置。如上面提到的，柔性機構542可包括彈簧部件544和與彈簧部件544分離的墊部 件546。墊部件546可將彈簧部件544的偏置力沿垂直于第一軸線F的偏置力方向傳遞給 第二轂部件538。在一種實施方式中，彈簧部件544可包括限定第一縱向彈簧軸線G1的第 一螺旋彈簧550和限定第二縱向彈簧軸線G2的第二螺旋彈簧552。縱向彈簧軸線G1和縱 向彈簧軸線G2可相互平行但不共線地取向。在其他實施方式中，可以使用非平行的螺旋彈 簧、單個螺旋彈簧或一些其它彈簧或偏置結構。第一螺旋彈簧550和第二螺旋彈簧552均 可分別包括內側彈簧端部554a和554b。每個螺旋彈簧550和552還可分別包括外側彈簧 端部556a和556b。第一轂部件532可限定接收第一螺旋彈簧550的內側彈簧端部554a的 第一彈簧孔558a。第一轂部件532還可限定接收第二螺旋彈簧552的內側彈簧端部554b 的第二彈簧孔558b。墊部件546可限定接收第一螺旋彈簧550的外側彈簧端部的第三彈 簧孔560a和接收第二螺旋彈簧552的外側彈簧端部的第四彈簧孔560b。第一彈簧孔558a 可與第三彈簧孔560a共軸，第二彈簧孔558b可與第四彈簧孔560b共軸。圖11和14還示出了空轉齒輪520的一些特征，通過這些特征引導第二轂部件538 相對于第一轂部件532在第一停止位置和第二停止位置之間的移動。第一轂部件532還可 包括在前面534和背面536之間延伸的外部周面574。外部周面574可包括第一外部引導 表面576、第二外部引導表面578、第一外側端面580和第二外側端面582。第二轂部件538 的內表面584可包括抵靠第一外部引導表面576的第一內部引導表面588和抵靠第二外部 引導表面578的第二內部引導表面590。當第二轂部件538隨齒圈540相對于第一轂部件 532移動時，引導表面588和576之間的相互作用、引導表面590和578之間的相互作用可 以引導第二轂部件538相對于第一轂部件532的移動。引導表面588和576以及引導表面 590和578之間的界面可以是經潤滑的界面。為此，第一轂部件559可限定例如與發(fā)動機 510的供油系統(tǒng)連通的油路，該供油系統(tǒng)向轂子組件530的內部部件供應潤滑油。在操作過 程中，油可以從供油通路559流向空轉齒輪520的各個部件并在其各個部件之間流動。通 過通路559供應的油在墊部件546和第一轂部件532之間以及第一轂部件532和第二轂部 件538之間提供油膜，可以對硬停止在第一停止位置和第二停止位置提供一些保護。第二 油路561由第二轂部件538限定并能夠向齒圈540的內表面537和第二轂部件538的外表 面539之間的旋轉界面供油。在圖14中，顯示了在第二轂部件538和齒圈540處于齒圈旋轉軸線Y1和第一軸線F共線的第一停止位置時空轉齒輪520可能出現的大致情況。當向齒圈540施加足以克服 柔性機構544的偏置力的扭矩時，齒圈540、轂部件538和墊部件546可克服柔性機構542 的偏置力而向圖14中所示的右側平移。如上面解釋的，使第二轂部件538、齒圈540和墊部 件546響應于齒圈540上的扭矩平移能夠使齒圈旋轉軸線Y1沿垂直于第一軸線F的方向 朝第二停止位置移動。在第一停止位置(可以是第一機械停止位置)，第二轂部件538相對 于第一轂部件532沿向圖14中的左側的第一方向的行程通過第一外部端面580和第二轂 部件538的內表面584之間的接觸受到限制。第一外部端面580和內表面584在圖14中 被顯示為彼此抵靠。在第一停止位置，在墊部件546和第一轂部件532的第二外部端面582 之間存在間隙563。
第二停止位置(可以是第二機械停止位置)通過第二外部端面582和墊部件546 之間的接觸限制第二轂部件538相對于第一轂部件532沿向圖14中的右側的第二方向的 行程。因此，當第二轂部件538位于第二停止位置時，墊部件546接觸第二外部端面582且 間隙563閉合。在第二停止位置，第一外部端面580和第二轂部件538的內表面584之間 可存在第二間隙(未示出)。因此，可以認識到，至少在一些實施方式中，墊部件在第二停 止位置接觸第一轂部件532，但在第一停止位置并不接觸第一轂部件532。齒圈中心軸線Y1 能夠隨第二轂部件538在第一停止位置和第二停止位置之間移動一行程距離。在某些實施 方式中，該行程距離可以較小，且可以小于大約2毫米。在一些實施方式中，行程距離可小 于1毫米。齒圈540的較小的行程連同這里描述的機械停止位置可確保在齒圈540平移時 曲柄齒輪518和凸輪齒輪519之間的相對正時改變保持在可接受公差內。在其他實施方式 中，根據特定的應用可以使用較大的行程距離。從圖14進一步注意到，彈簧部件544可保 持壓縮在墊部件546和第一轂部件532之間。當第二轂部件538從第一停止位置朝第二停 止位置移動時，彈簧部件544可被進一步壓縮。相應地，彈簧部件544的第一螺旋彈簧550 和第二螺旋彈簧552可在第一停止位置具有較大的彈簧長度而在第二停止位置具有較小 的彈簧長度?；氐綀D9，可以注意到曲柄齒輪旋轉軸線X1和凸輪齒輪旋轉軸線Z1位于一平面內 并限定所述平面。當齒圈540響應于對其應用的扭矩而朝第二停止位置平移時，齒圈旋轉 軸線Y1可沿垂直于由軸線X1和Z1限定的平面的方向移動。應當認識到，傳動機構511僅 示出了空轉齒輪520和這里描述的其他柔性齒輪傳動裝置可以應用的很多可能的傳動機 構結構中的一種。轉到圖10，示出了具有不同結構的傳動機構611，該傳動機構611采用具 有與空轉齒輪520類似特征但以不同方式操作和構造的空轉齒輪620。傳動機構611包括 沿箭頭S1顯示的方向旋轉的曲柄齒輪618、限定旋轉軸線Z2的凸輪齒輪619以及與曲柄齒 輪618嚙合并沿箭頭S2顯示的方向旋轉的空轉齒輪621。傳動機構611還可包括限定旋轉 軸線T并沿箭頭S3顯示的方向旋轉的第三空轉齒輪623?？辙D齒輪620可包括齒圈640，齒 圈640裝配在轂子組件630上并圍繞其旋轉，轂子組件630包括第一轂部件 632和第二轂 部件638。還參照圖15，空轉齒輪620可包括柔性機構642，其具有與上面描述的柔性機構 542類似的結構并包括彈簧部件644和墊部件646。在傳動機構611中，第二空轉齒輪621 與曲柄齒輪618嚙合，且第三空轉齒輪623與第二空轉齒輪621嚙合并與第一空轉齒輪620 嚙合。第三空轉齒輪623限定的旋轉軸線T和凸輪齒輪619限定的旋轉軸線Z2可限定一 平面。齒圈旋轉軸線Y2能夠隨第二轂部件638沿垂直于軸線T和Z2限定的平面的方向在 第一停止位置和第二停止位置之間移動?，F在參照圖15，其顯示了空轉齒輪620的分解視圖。空轉齒輪620使用的某些部件 可與空轉齒輪520使用的部件類似或相同?？辙D齒輪620和空轉齒輪520之間的一個區(qū)別 涉及空轉齒輪620的裝配方式。圖15示出了支撐元件612，其包括后側部分613和從后側 部分613向外突出的前側部分615。支撐元件612可用于將空轉齒輪620裝配到發(fā)動機殼 體或者另一基底上。支撐元件612可進一步包括位于后側部分613中的一組孔口 673a-c， 這些孔口各自接收緊固組件671a-e。除了孔口 673a_c，可在支撐元件612中形成與緊固 組件671a_e對應的另外的孔口，這些在圖15中被遮住而不可見。在一種實施方式中，孔口 673a-c可包括非圓形的形狀，且在一種實施方式中可具有橢圓形形狀。緊固組件671a_c均可包括穿過對應的一個孔口 673a-c的緊固件，以將支撐元件612經由螺栓連接到發(fā)動機殼 體、其他基底上等?？卓?673a_c的非圓形形狀可允許改變緊固組件671a_c相對于支撐元 件612的位置，從而可以相對于相關傳動機構的其他齒輪調節(jié)空轉齒輪620的位置。這在 例如將傳動機構611的各個部件從服務狀態(tài)移除、各個部件已經發(fā)生磨損、以及傳動機構的 各個部件相對彼此的原始定位不再是最佳的情況下是希望的。此外，當傳動機構611和相關 的發(fā)動機從服務狀態(tài)移除用于改制時可以加工發(fā)動機頭(未示出)。加工發(fā)動機頭可改變其 尺寸，并由此改變傳動機構611中某些齒輪之間的距離。通常，通過調節(jié)空轉齒輪620而不 是例如曲柄齒輪618和凸輪齒輪619的其他齒輪，能夠更加容易地補償磨損或改制對傳動機 構的構型引起的變化。因此，可以改變空轉齒輪620的裝配位置，以允許通過改變緊固組件 671a-d相對于孔口 673a-d的相對定位而使傳動機構611的某些部件的相對定位最優(yōu)。空轉齒輪620還可包括具有其中形成背板孔口 657的背板，其被成形為與第一轂 部件632互補并能夠圍繞第一轂部件632定位。定位切口 655可形成在背板653中，以幫 助相對于支撐元件612定位背板653。切口 655可接收緊固組件671d以使背板653相對于 支撐元件612定位在希望取向上。圖16示出了空轉齒輪620以希望的取向組裝并裝配到 支撐元件612上。一組裝配螺栓645a-c可穿過蓋板641、穿過第一轂部件632中形成的孔 口 647并接收在支撐元件612中形成的孔口 651中，從而將空轉齒輪620的各個部件連接 到一起。參照圖17，示出了貫穿處于組裝階段的空轉齒輪520的某些部件的剖視圖，部件 可出現在包括軸線G1或G2的任一個的截取平面上。如上面討論的，當組裝在空轉齒輪520 中時，彈簧550和552可保持在壓縮狀態(tài)。因此，希望一種利用壓縮狀態(tài)的彈簧550和552 將柔性機構542加載到第一轂部件532和第二轂部件538之間的使用位置的機制或策略。 還參照圖14，第一轂部件532可限定一組組裝孔，包括第一沉孔562a和第二沉孔562b。第 一沉孔562a與第一彈簧孔558a連通并共軸，第二沉孔562b與第二彈簧孔558b連通并共 軸。墊部件546限定第二組組裝孔，包括與第三彈簧孔560a連通并共軸的第一螺紋孔564a 和與第四彈簧孔560b連通并共軸的第二螺紋孔564b。第一螺紋孔564a可包括第一組內螺 紋566a且第二螺紋孔564b可包括第二組內螺紋566b。在組裝空轉齒輪520的過程中，內 螺紋組566a和566b均適于通過第一沉孔562a和第二沉孔562b中對應的一個用螺紋錨固 接收在其中的緊固件568來壓縮墊部件546和第一殼體部分532之間的彈簧部件544。將 會認識到，圖17中對單個緊固件568的圖示和目前的描述也能夠應用于第二緊固件，但由 于特定的截取平面僅示出了一個緊固件。相應地，圖17可以被理解為顯示出了彈簧550或 552，沉孔 562a 或 562b。在圖17中，緊固件568被顯示為穿過上面描述的孔并用螺旋錨固在墊部件546 中。沿第一方向旋轉緊固件568以與螺紋566a或566b接合將被理解為向著第一轂部件 532拉動墊部件546，使得彈簧部件544被壓縮。沿第二方向旋轉緊固件568將被理解為允 許彈簧部件544解壓，迫使墊部件546遠離第一轂部件532。從圖14可以注意到，第二轂部 件538限定又一組孔，每個均標為565，其對準沉孔562a和562b。在組裝過程中，一組的兩 個緊固件(包括圖17中示出的單個緊固件568)可錨固在各螺紋孔564a和564b中，然后 旋轉以向著第一轂部件532拉動墊部件546，壓縮彈簧部件544的每一個彈簧550和552。 接著可通過將由第一轂部件532、墊部件546、彈簧部件544以及包括緊固件568的兩個緊固件構成的子組件放置在空隙584內而將其與第二轂部件538連接。然后可經孔565接近 并除去用來將墊部件546拉靠在第一轂部件532的緊固件，從而允許彈簧部件544的偏置 力迫使墊部件546遠離第一轂部件532。齒圈540然后可定位在轂子組件530上，并將空轉 齒輪520的其他部件與其組裝。類似的組裝技術和組裝孔等可用于空轉齒輪620。工業(yè)實用性回到圖2、3a_b和6的實施方式，在正常的傳動機構操作過程中，齒輪傳動裝置20 將旋轉以將扭矩從曲柄齒輪18傳遞到凸輪齒輪19，從而保持希望的發(fā)動機正時，使得燃料 噴射和例如氣門打開和關閉能夠在希望的時間發(fā)生。在持續(xù)的操作過程中，曲柄齒輪18和 /或凸輪齒輪19將受到傳遞至齒輪傳動裝置20的沖擊扭矩載荷。彈簧52的預載荷將通常 保持傳動機構11相對剛性，僅僅允許在齒輪傳動裝置20受到超過預定大小的扭矩載荷時 借助齒圈22的平移而具有柔性性。當足夠的載荷(或者獨立來自于曲柄齒輪18或凸輪齒 輪19，或者同時來自于兩者)施加于齒輪傳動裝置20時，齒圈22可開始移動，脫離與轂26 的共軸。特別參照圖6，齒圈22的平移可通過這里所述的襯墊40a相對于滑塊50a滑動的 方式來實現。隨著墊40a和塊50a相對彼此滑動，彈簧52將被壓縮。應當認識到，在齒輪 傳動裝置20中彼此相對設置的墊和塊的組合會沿相反的相對方向滑動。當扭矩沖擊停止， 或者彈簧52到達不能被進一步壓縮的狀態(tài)，或者例如止動件(未示出)的一些機械限制件 使齒圈22停止其遠離與轂26共軸對準的平移時，齒圈22的平移將停止。在任何情況下， 當不再向齒圈22施加足夠大小的扭矩時，齒圈將借助一個或多個彈簧52的擴張朝與轂26 共軸對準返回。盡管絕對不意味著限制，但齒圈22相對于轂26的平移距離可以相對較小， 例如大約0. 60毫米。在一些例子中，該相對較小的平移距離可與發(fā)動機系統(tǒng)10中的大約 0. 52度的曲柄角對應。齒輪傳動裝置21，特別是關于圖2、3a、3b和6描述的，提供了能夠相對容易制造、 組裝和封裝的相對緊湊的組件。而且，彈簧和塊致動器關于該組件的對稱布置以及墊和塊 的傾斜面之間的相互作用提供了能夠響應于齒輪傳動裝置上的扭矩平移，而不會傾斜出其 與傳動機構的其他齒輪對準的預期平面。而且，盡管可以想到平移的方向主要是圖1中箭 頭A示出的方向，但齒圈22可沿任意方向平移。還應當認識到，齒輪傳動裝置20的特定布置和部件數量可以進行顯著改變，而不 脫離本發(fā)明預期的精神和范圍。例如，代替轂和齒圈能夠一起旋轉，可以想到在一些實施方 式中，中間轂相對于發(fā)動機殼體固定，且齒圈組件圍繞中間轂旋轉，并利用轂和齒圈之間的 至少一個致動器朝著共軸對準偏置。而且，可以使用一件式轂而不是兩件式轂，并且可以添 加例如空載止推板的各種附加部件。類似地，代替通過螺栓連接或者以其他方式固定到齒 圈內部環(huán)形部分上的單獨的墊，而內部環(huán)形部分又連接到外部齒的齒圈上，可以使用一件 式部件。在又一種設計中(未示出)，代替與齒輪傳動裝置的旋轉軸線對準的塊和彈簧，可 以僅使用彈簧，其從齒輪傳動裝置旋轉軸線略微向外取向并抵靠相對于齒輪傳動裝置旋轉 軸線傾斜取向的齒圈或齒輪傳動裝置的表面。這種設計可以以類似于齒輪傳動裝置20的 方式操作，但使用相對較少的部件。除了幾處例外之外，圖4和5顯示的實施方式以與齒輪傳動裝置20類似的方式運 行。例如，在圖4的齒輪傳動裝置120和圖5的齒輪傳動裝置220中，當各自的齒圈載扭矩 的作用下平移時，彈簧152和252將在部件之間沒有相互滑動作用下壓縮，然后擴張以使部件朝共軸對準返回。盡管圖8的實施方式具有某些相同的操作原理，但在若干方面還是不同于前面提到的實施方式。在操作過程中，齒圈422將在軸承423上圍繞轂部分426a和426b旋轉。 齒圈422將被朝著與第一轂部分426a共軸對準偏置，但在足夠大的扭矩施加到齒圈422時 將從與第一轂部分426a共軸對準的狀態(tài)平移。借助液壓力對彈簧452的預加載可對應于 齒輪傳動裝置420上較強的載荷為平移位移提供較高的閾值。當齒圈422平移時，其又迫 使軸承423、裝配環(huán)424和第二轂部分426b與其一起移動。圖8中所示，第二轂部分426b 克服彈簧452偏置的移動將引起最左側的流體加壓活塞482對室478中的流體加壓并向腔 459供應加壓流體，增加或保持其中的流體壓力，并因此通過壓力表面457施加液壓力以預 加載彈簧452。同時，圖8中最右側的流體加壓活塞482將通過閥490將流體吸入腔478 中。當齒圈422由于彈簧452的偏置而朝與第一轂部分426a共軸對準返回時，流體加壓活 塞482的操作可以顛倒。以此方式，齒圈422的平移可保持腔459中的流體壓力，流體壓力 又提供合適的偏置力，以使齒圈422朝其希望位置偏置。隨著腔459中的流體壓力增加，轂 部分426a和426b將傾向于被朝著完全分離的位置迫動。因此，增加腔459中的流體壓力 使套管456移動到未覆蓋環(huán)面468的位置，且流體可流向排放口 470。這樣，來自腔459中 的流體壓力對彈簧452的預加載可保持在希望的范圍內，并且在降低時也會恢復。齒輪傳動裝置420可被構造成由于一側上的特定載荷而相對快地平移，但由于其 轉動以及在其載荷作用下的移動，齒輪傳動裝置420以較低的速度或較低的沖量將載荷傳 遞到在其相對側嚙合的齒輪上。因此，齒輪傳動裝置420允許曲軸齒輪419和/或凸輪機 構418經歷通過傳動機構彼此間的相互作用力與傳統(tǒng)方案相比大大地降低了的各自動態(tài) 振蕩。當來自齒輪418或419中的一個的相對較大的轉矩沖擊傳遞到另一個時，所述轉矩 沖擊會被削減，這就允許齒輪418和/或419的慣性適應載荷，而不產生巨大反沖以及其它 不利反應。這樣就允許曲軸和凸輪軸承受基本上彼此獨立的動態(tài)振蕩。齒輪傳動裝置420可具有固有頻率，即一個轂部分相對另一個平移的頻率，該頻 率有效地追蹤齒輪418和419輸出的頻率。然而，由于彈簧452的較弱的彈簧比率，彈簧 452能夠適應較快的位移，而齒輪傳動裝置420的部件基本不會在來自彈簧452的支持力的 短暫變化下顯著移動。換句話說，在給定的彈簧比率下，彈簧452能夠適應強的沖擊載荷， 而不要求齒輪傳動裝置420的其他部件有很大移動。這允許轂部分426a和426b之間的少 量平移，以適應相對較大的載荷。因此，齒輪傳動裝置420的作用可以是相對輕且響應性好的空轉齒輪，其能夠適 應其他齒輪的運動和沖擊，而不會在傳動機構411中傳遞有問題的沖擊。結果，在齒輪傳動 裝置中傳遞的穩(wěn)態(tài)或者“正常”載荷可以是從曲柄齒輪418向凸輪齒輪419傳遞足夠能量 以將凸輪齒輪419的速度保持在希望速度所需要的載荷。此外，通過活塞458施加預載荷提供了足夠的彈簧力，以按照預期偏置齒輪傳動 裝置420，并在不希望平移時限制在載荷的作用下轂部分426a和426b之間的平移。彈簧 452的預加載可引起對齒輪傳動裝置420的例如大約150牛頓米的扭矩預載荷，盡管在其他 發(fā)動機和齒輪系統(tǒng)中該值可以不同。經過削去來自相關凸輪軸和曲柄軸的高脈沖扭矩的峰 值，彈簧452的相對弱的彈簧比率結合他們的預載荷提供的足夠的反作用力允許更加穩(wěn)定 的轉矩通過傳動機構411。而且，借助來自腔459的作用在活塞458上的力提供足夠彈簧力需要的液壓力由活塞482的泵送動作來提供。以此方式，齒輪傳動裝置420利用傳遞到活 塞482的齒圈22的平移動作自我補償，以提供使齒圈422能夠在其響應于沖擊載荷而平移 后朝其希望的共軸位置返回的偏置力。因此，齒輪傳動裝置420通常被構造成響應于動態(tài)載荷頻率相對自由地平移，在需要時在傳動機構411中提供柔性，但液壓將允許在與平均載荷相關的頻率抵消位移，從 而允許這些載荷傳遞通過齒輪傳動裝置420。換句話說，希望的扭矩可容易地在齒輪傳動裝 置420中傳遞，而不希望的扭矩則不容易傳遞。還可以進一步想到齒輪傳動裝置420的設 計在現存的封裝限制中實施，且利用液壓力來預加載彈簧452消除了在組件內定位高度壓 縮的彈簧的需要。然而，在其他實施方式中，可以省去液壓補償部件和用于彈簧452的一些 其他類型的預加載。空轉齒輪520和空轉齒輪620可以以與這里描述的其他實施方式類似但具有某些 不同的方式操作，以緩和和/或削弱扭矩波動/峰值。與圖8的實施方式類似，齒圈旋轉 軸線Y1和Y2可在第一停止位置和第二停止位置之間平移，并可被朝著第一停止位置偏置。 代替利用彈簧和液壓預載荷的預加載機構，如在圖8的實施方式中使用的，柔性機構542和 642的預加載可不包括液壓加載。因此，通常不會借助空轉齒輪520和620的移動對液壓流 體發(fā)生泵送。而且，可在空轉齒輪520和620中使用比其他實施方式總數更少的部件的更 加緊湊的設計?？辙D齒輪520和620的組件還可不同于這里描述的其他實施方式以及更早 的設計，并可以具有相對少的組裝步驟。對較硬的彈簧預加載到通常幾百磅的高預載荷會 產生一定的挑戰(zhàn)?？梢詮倪@里對組裝空轉齒輪520的描述注意到，不需要為了獲得對彈簧 部件544的期望預載荷和將預載荷狀態(tài)的柔性機構542與空轉齒輪520的其他部件組裝而 使用特別的工具、固定裝置或其他笨重和/或昂貴或耗時的技術。因此，本發(fā)明為能夠通過平移來削弱沖擊載荷的齒輪傳動裝置提供了各種設計。 這與旨在類似目標的利用轉動柔性的傳統(tǒng)策略相反。本發(fā)明還與致力于處理接近振蕩源 (即發(fā)動機傳動機構環(huán)境中的凸輪齒輪和曲柄齒輪)的動態(tài)行為的更早設計不同。許多傳 統(tǒng)的傳動機構往往開始時候剛性很大，因此，齒輪在齒輪之間的嚙合力方向上平移相對合 適的量會通過削弱輪齒之間能量的傳遞而顯著降低齒輪齒處的峰值力水平。在根據本發(fā)明 設計和操作的系統(tǒng)中，齒輪敲擊、噪聲以及對傳動機構的相關磨損和破壞都降低了。傳動機 構中的峰值扭矩和整體動態(tài)行為也顯著降低了，并且輪齒彼此可更好地保持嚙合。在一些 實施方式中，現有的傳動機構可以按照本發(fā)明的柔性齒輪傳動裝置來改進。此外，可以根據 本發(fā)明對傳動機構或發(fā)動機進行原始的設計和構建。本說明書僅僅是為了說明的目的，并且無論如何都不應當解釋為是對本發(fā)明保護 范圍的限制。因此，本領域普通技術人員應該理解在不脫離本發(fā)明精神或范圍的情況下可 以對本發(fā)明進行各種變形。例如，盡管本發(fā)明書主要集中在發(fā)動機傳動機構背景下所述柔 性齒輪傳動裝置的使用，但這并不是對本發(fā)明的限制。希望在嚙合的齒輪之間存在某種柔 性的任何齒輪系統(tǒng)都會得益于本發(fā)明的教導。另外，雖然在曲軸齒輪和凸輪機構之間保持 正時在內燃機背景下往往比較重要，且因此認為柔性齒輪傳動裝置能夠應用到具有一定傳 動機構構造的發(fā)動機，但是，不應當認為這里的描述是用來將此處教導限制應用于特定的 傳動機構樣式。在研究了附圖和所附的權利要求之后，其他的應用、特征和優(yōu)點也將是顯而 易見的。
權利要求
一種柔性齒輪傳動裝置，包括轂子組件，其包括能夠將柔性齒輪傳動裝置裝配到支撐元件的第一轂部件，所述第一轂部件包括前面和背面并限定延伸穿過所述第一轂部件并垂直于所述前面取向的第一軸線，所述轂子組件還包括能夠相對于所述第一轂部件沿垂直于所述第一軸線的方向在第一停止位置和第二停止位置之間移動的第二轂部件；齒圈，其裝配在所述轂子組件上并能夠相對于轂子組件旋轉，所述齒圈限定齒圈旋轉軸線并連接成隨第二轂部件一起在第一停止位置和第二停止位置之間移動，其中，在所述第一停止位置，所述齒圈旋轉軸線與所述第一軸線共線，在所述第二停止位置，所述齒圈旋轉軸線與所述第一軸線平行但不共線；和柔性機構，其連接在所述第一轂部件和所述第二轂部件之間并將所述第二轂部件朝著所述第一停止位置偏置。
2.根據權利要求1所述的柔性齒輪傳動裝置，其中，所述柔性機構包括彈簧部件和與 所述彈簧部件分離的墊部件，所述墊部件將所述彈簧部件的偏置力沿垂直于所述第一軸線 的偏置力方向傳遞給所述第二轂部件。
3.根據權利要求2所述的柔性齒輪傳動裝置，其中，所述墊部件在所述第二停止位置 與所述第一轂部件接觸而在所述第一停止位置不與所述第一轂部件接觸。
4.根據權利要求3所述的柔性齒輪傳動裝置，其中，所述齒圈旋轉軸線能夠響應于對 所述齒圈施加的扭矩而與所述第二轂部件一起在所述第一停止位置和所述第二停止位置 之間移動一行程距離，并且所述行程距離小于大約2毫米。
5.根據權利要求3所述的柔性齒輪傳動裝置，其中，所述彈簧部件包括限定第一縱向 彈簧軸線的第一螺旋彈簧和限定第二縱向彈簧軸線的第二螺旋彈簧，并且所述第一縱向彈 簧軸線和所述第二縱向彈簧軸線彼此平行但不共線地取向。
6.根據權利要求5所述的柔性齒輪傳動裝置，其中所述第一螺旋彈簧和所述第二螺旋彈簧均包括內側彈簧端部和外側彈簧端部； 所述第一轂部件限定接收所述第一螺旋彈簧的內側彈簧端部的第一彈簧孔和接收所 述第二螺旋彈簧的內側彈簧端部的第二彈簧孔；所述墊部件限定接收所述第一螺旋彈簧的外側彈簧端部的第三彈簧孔和接收所述第 二螺旋彈簧的外側彈簧端部的第四彈簧孔；和所述第一彈簧孔與所述第三彈簧孔共軸，且所述第四彈簧孔與所述第二彈簧孔共軸。
7.根據權利要求6所述的柔性齒輪傳動裝置，其中所述第一轂部件限定第一組組裝孔，包括與所述第一彈簧孔連通并共軸的第一沉孔和 與所述第二彈簧孔連通并共軸的第二沉孔；和所述墊部件限定第二組組裝孔，包括與所述第三彈簧孔連通并共軸的第一螺紋孔和與 所述第四彈簧孔連通并共軸的第二螺紋孔；和所述第一螺紋孔和所述第二螺紋孔均包括一組內螺紋，所述內螺紋能夠用螺紋錨固接 收在其中的緊固件，以在組裝所述柔性齒輪傳動裝置的過程中通過所述第一沉孔和所述第 二沉孔中的一個來壓縮所述墊部件和所述第一殼體部分之間的所述彈簧部件。
8.根據權利要求2所述的柔性齒輪傳動裝置，其中所述第一轂部件包括具有前面和背面的塊元件，以及從所述塊元件的背面沿與所述第一軸線對準的方向延伸的裝配突起，所述第一轂部件還具有在所述前面和所述背面之間延 伸的外部周面，其包括第一外部引導表面、第二外部引導表面、第一外部端面以及第二外部 端面；所述第二轂部件包括限定空隙的內表面，所述塊元件和所述柔性機構設置在所述空隙 中，所述內表面包括抵靠所述第一外部引導表面的第一內部引導表面和抵靠所述第二外部 引導表面的第二內部引導表面；和所述第一停止位置是第一機械停止位置，其通過所述第一外部端面和所述第二轂部件 的內表面之間的接觸限制所述第二轂部件相對于所述第一轂部件沿第一方向的行程，所述 第二停止位置是第二機械停止位置，其通過所述第二外部端面和所述墊部件之間的接觸限 制所述第二轂部件相對于所述第一轂部件沿第二方向的行程。
9.一種內燃機，包括發(fā)動機殼體；傳動機構，其裝配到所述發(fā)動機殼體上并包括曲柄齒輪、凸輪齒輪以及連接在所述曲 柄齒輪和所述凸輪齒輪之間并能夠在兩者之間傳遞扭矩的空轉齒輪；所述空轉齒輪包括第一轂部件，所述第一轂部件將所述空轉齒輪裝配到所述發(fā)動機殼 體上并包括前面和背面，而且限定延伸穿過所述第一轂部件并垂直于所述前面取向的第一 軸線，所述空轉齒輪還包括能夠沿垂直于所述第一軸線的方向在第一停止位置和第二停止 位置之間移動的第二轂部件，以及限定齒圈旋轉軸線的齒圈；和所述齒圈連接成隨所述第二轂部件一起在所述第一停止位置和所述第二停止位置之 間移動，其中，在所述第一停止位置，所述齒圈旋轉軸線與所述第一軸線共線，在所述第二 停止位置，所述齒圈旋轉軸線與所述第一軸線平行但不共線，所述空轉齒輪還包括連接在 所述第一轂部件和所述第二轂部件之間并將所述第二轂部件朝著所述第一停止位置偏置 的柔性機構。
10.根據權利要求9所述的內燃機，其中，所述柔性機構包括彈簧部件和與所述彈簧部 件分離的墊部件，所述第二轂部件包括限定空隙的內表面，所述第一轂部件、所述彈簧元件 和所述墊元件設置在所述空隙中。
11.根據權利要求10所述的內燃機，其中，所述第一停止位置是第一機械停止位置，其 通過所述第一轂部件和所述第二轂部件的內表面之間的接觸限制所述第二轂部件相對于 所述第一轂部件沿第一方向的行程，所述第二停止位置是第二機械停止位置，其通過所述 第一轂部件和所述墊部件之間的接觸限制所述第二轂部件相對于所述第一轂部件沿第二 方向的行程。
12.根據權利要求10所述的內燃機，其中，所述彈簧部件包括在所述第一停止位置具 有較大的彈簧長度而在所述第二停止位置具有較小的彈簧長度的至少一個螺旋彈簧。
13.根據權利要求12所述的內燃機，其中，所述彈簧部件包括限定第一縱向彈簧軸線 的第一螺旋彈簧和限定與所述第一縱向彈簧軸線平行但不共線的第二縱向彈簧軸線的第 二螺旋彈簧，并且所述第一縱向彈簧軸線和所述第二縱向彈簧軸線均具有垂直于所述第一 軸線的取向。
14.根據權利要求9所述的內燃機，其中，所述曲柄齒輪限定曲柄齒輪旋轉軸線，所述 凸輪齒輪限定凸輪齒輪旋轉軸線，所述曲柄齒輪旋轉軸線和所述凸輪齒輪旋轉軸線限定一平面，并且所述齒圈旋轉軸線能夠隨所述第二轂部件沿垂直于該平面的方向在所述第一停 止位置和所述第二停止位置之間移動。
15.根據權利要求14所述的內燃機，其中，所述空轉齒輪與所述曲柄齒輪和所述凸輪 齒輪嚙合。
16.根據權利要求9所述的內燃機，其中，所述空轉齒輪包括第一空轉齒輪，所述傳動 機構還包括與所述曲柄齒輪嚙合的第二空轉齒輪以及與所述第二空轉齒輪和所述第一空 轉齒輪嚙合的第三空轉齒輪，其中，所述第三空轉齒輪限定第三空轉齒輪旋轉軸線，所述凸 輪齒輪限定凸輪齒輪旋轉軸線，所述第三空轉齒輪旋轉軸線和所述凸輪齒輪旋轉軸線限定 一平面，所述齒圈旋轉軸線能夠隨所述第二轂部件沿垂直于該平面的方向在所述第一停止 位置和所述第二停止位置之間移動。
17.一種操作內燃機的傳動機構的方法，包括以下步驟將傳動機構的空轉齒輪的齒圈朝第一停止位置偏置，在所述第一停止位置，齒圈旋轉 軸線、與所述齒圈嚙合的輸入齒輪的旋轉軸線以及與所述空轉齒輪嚙合的輸出齒輪的旋轉 軸線限定第一式樣；通過所述齒圈處于所述第一停止位置的所述空轉齒輪在所述輸入齒輪和所述輸出齒 輪之間傳遞第一扭矩；至少部分通過使所述齒圈響應于對其施加的第二扭矩朝第二停止位置移動限制在所 述輸入齒輪和所述輸出齒輪之間傳遞大于所述第一扭矩的第二扭矩，在所述第二停止位 置，所述齒圈旋轉軸線、所述輸入齒輪的旋轉軸線以及所述輸出齒輪的旋轉軸線限定不同 于所述第一式樣的第二式樣；以及使所述齒圈返回所述第一停止位置。
18.根據權利要求17所述的方法，其中，所述偏置步驟進一步包括通過限定與所述齒 圈旋轉軸線垂直取向的偏置力方向的單向柔性機構來偏置所述齒圈，并且所述限制傳遞第 二扭矩的步驟進一步包括沿與所述偏置力方向相反的方向移動所述齒圈來限制傳遞所述第二扭矩。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，所述偏置步驟進一步包括通過所述柔性機構 的彈簧部件和墊部件來偏置所述齒圈，所述柔性機構的彈簧部件和墊部件連接在所述空轉 齒輪的能夠將空轉齒輪裝配到內燃機殼體的第一轂部件和所述空轉齒輪的能夠隨所述齒 圈在所述第一停止位置和所述第二停止位置之間移動的第二轂部件之間。
20.根據權利要求18所述的方法，還包括以下步驟通過使所述墊部件與所述第一轂 部件接觸而使所述齒圈停在所述第二停止位置，并通過使所述第二轂部件與所述第一轂部 件接觸而使所述齒圈停在所述第一停止位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及柔性齒輪傳動裝置、發(fā)動機和傳動機構操作方法。柔性齒輪傳動裝置包括具有第一轂部件和第二轂部件的轂子組件。第一轂部件限定第一軸線，柔性齒輪傳動裝置包括能夠相對于轂子組件旋轉并限定齒圈旋轉軸線的齒圈。第二轂部件能夠相對于第一轂部件沿垂直于第一軸線的方向在第一停止位置和第二停止位置之間移動。在第一停止位置，齒圈旋轉軸線與第一軸線共線，在第二停止位置，齒圈旋轉軸線與第一軸線平行但不共線。柔性機構連接在第一轂部件和第二轂部件之間并將第二轂部件朝著第一停止位置偏置。在采用柔性齒輪傳動裝置的發(fā)動機傳動機構中，第二轂部件相對于第一轂部件沿垂直于第一軸線的方向平移削弱了例如通過燃料噴射和/或氣缸點火引起的扭矩峰值。
文檔編號F01L1/02GK101813177SQ201010119680
公開日2010年8月25日 申請日期2010年2月20日 優(yōu)先權日2009年2月20日
發(fā)明者A·J·韋伯, J·R·德克, S·A·斯諾貝爾, T·A·布羅索維斯科, T·L·阿特維爾 申請人:卡特彼勒公司