一种基于协同算法的发动机正时齿形链系统齿形匹配方法与流程

1.本发明涉及一种基于协同算法的发动机正时齿形链系统齿形匹配方法，它属于汽车发动机技术领域。


背景技术：

2.齿形链因其在中远距离传输下的轻量化优势，以及高速重载工况下的低噪声、长寿命、高耐久等优点，目前已经被广泛应用于中高端车型的发动机正时系统领域。
3.对于汽车发动机正时齿形链系统而言，链板与主/从动链轮之间的齿形匹配是一大技术难点。这是因为：首先，齿形链具有多元变异特性，齿形所涉及的参数众多，并且参数之间呈现出一种非线性化趋势，难以通过线性方程去描述齿形之间的匹配关系。其次，链板与链轮齿形之间的匹配关系极其复杂，不仅仅是链板与主动链轮、链板与从动链轮、主动链轮与从动链轮之间的匹配，更是上述匹配关系的再匹配。
4.传统的发动机正时齿形链系统齿形匹配方法极其依赖设计者经验，并且没有公式或算法对其匹配效果进行有效保证。当链板齿形选择过大时，齿数较少的主动链轮齿根强度较低，容易疲劳折断导致系统失效，并在外观上表现出“根切现象”；当链板齿形选择过小时，一方面会导致链板的强度以及耐磨性降低从而造成链条的提前拉长失效，另一方面，会导致齿数较多的从动链轮齿形过粗造成传动效率降低以及材料浪费。当链板与主动链轮齿形匹配关系同链板与从动链轮齿形匹配关系不能二次匹配时，还会造成整批次产品的质量瑕疵，如：链条提前报废，链轮提前磨损，链条伸长量过大导致预紧失效等。
5.现有的中国专利cn106446457a涉及了一种发动机正时链轮与正时链条齿形匹配设计方法，该发明只是阐述了基于“围链”的齿形链链板链轮齿形几何位置关系，给出了一种基于已知链板绘制链轮齿形的方法，但是该方法并不基于齿形链啮合原理，没有考虑主从动链轮齿形的比例问题，也没有考虑齿形强度以及齿形参数协调问题，故并不能解决上述实际工程问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种基于协同算法的发动机正时齿形链系统齿形匹配方法，基于链板齿形、主动链轮齿形、从动链轮齿形三者间的协同配合关系，确定正时齿形链协同算法，解决传统设计方法下出现的主动链轮齿根强度过低以及从动链轮齿形不合理问题，解决链板与主动链轮齿形匹配关系同链板与从动链轮齿形匹配关系不能二次匹配所导致的链条提前报废、链轮提前磨损、链条伸长量过大预紧失效等问题。
7.本发明技术方案结合附图说明如下：
8.一种基于协同算法的发动机正时齿形链系统齿形匹配方法，该匹配方法包括以下步骤：
9.步骤一、确定系统基本参数；
10.具体包括链板节距p；链板边心距f；主动链轮齿数z1；从动链轮齿数z2；链板齿半高
初始取值h0；链板跨高初始取值h0；
11.步骤二、依据链板与从动链轮之间的定位关系，并以从动链轮宽齿形为基准，计算比较系数k2；
12.链板与从动链轮之间的具体定位关系包括：从动链轮相对分度线和链条节线之间的距离hs，以及从动链轮齿宽s2，
13.步骤三、依据主动链轮齿形存在极限条件，计算齿根圆半径r
f1
、基圆半径r
b1
，以及渐开线存在极限夹角θ1’
，并据此计算比较系数k1；
14.步骤四、基于齿形链齿形协同算法，通过控制比较系数k2与k1的取值，计算链板齿半高h、链板跨高h最优解，从而使得正时齿形链系统齿形得以完全确定；
15.所述步骤一的具体方法如下：
16.先确定基本节距p，再按照以下公式确定边心距f：
17.f＝c
·
p；
18.式中，p为链板节距；f为链板边心距；c为边心距关系系数，当链板跨高h》0时c＝0.4；当链板跨高h《0时c＝0.355；
19.所述步骤二的具体方法如下：
20.从动链轮相对分度线和链条节线之间的距离hs可由以下公式进行计算：
[0021][0022]
式中，p为链板节距；f为链板边心距；z2为从动链轮齿数；α为链板齿形半角，一般取π/6；
[0023]
从动链轮齿宽s2可由以下公式进行计算：
[0024][0025]
式中，p为链板节距；f为链板边心距；z2为从动链轮齿数；α为链板齿形半角，一般取π/6；hs为链轮相对分度线和链条节线之间的距离；
[0026]
比较系数k2可由如下公式进行计算：
[0027][0028]
式中，h为链板齿半高；h为链板跨高；s2为从动链轮齿宽；
[0029]
所述步骤三的具体方法如下：
[0030]
主动链轮齿根圆半径r
f1
可由如下公式进行计算：
[0031]
[0032]
式中，p为链板节距；z1为主动链轮齿数；h为链板齿半高；
[0033]
主动链轮基圆半径r
b1
可由如下公式进行计算；
[0034][0035]
式中，p为链板节距；z1为主动链轮齿数；α为链板齿形半角，一般取π/6；
[0036]
主动链轮渐开线存在极限夹角θ1’
可由如下公式进行计算：
[0037][0038]
式中，α为链板齿形半角，一般取π/6；z1为主动链轮齿数；p为链板节距；r
b1
为主动链轮基圆半径；f为链板边心距；
[0039]
比较系数k1可由如下公式进行计算：
[0040][0041]
式中，r
f1
为主动链轮齿根圆半径；r
b1
为主动链轮基圆半径；θ1’
为主动链轮渐开线存在极限夹角；
[0042]
所述步骤四的具体方法如下：
[0043]
对于比较系数k1和k2，应满足以下公式：
[0044][0045]
当比较系数k2》0时，增加链板跨高h，减少链板齿半高h；当比较系数k2《0时，减少链板跨高h，增加链板齿半高h，当比较系数k1《0时，减少链板齿半高h；
[0046]
基于图3所示协同算法，经过二次调整，输出调整后齿形参数。
[0047]
本发明的有益效果为：
[0048]
本发明适用于任何形式的正时齿形链传动系统等一系列大传动比齿形链系统，可以合理避免由于正时齿形链系统齿形匹配度过差所导致的如图5所示的主动链轮“根切”现象，以及如图6所示的从动链轮齿形过粗不合理现象；有效解决链板与主动链轮齿形匹配关系同链板与从动链轮齿形匹配关系不能二次匹配所导致的链条提前报废、链轮提前磨损、链条伸长量过大预紧失效等一系列问题，从而显著提高了正时齿形链系统的可靠性与耐磨性。于此同时，本方法无需借助设计经验，一般工程技术人员即可使用本方法对正时系统链板链轮的齿形进行匹配设计，从而降低了设计难度并提高了设计效率。
附图说明
[0049]
图1是链板与从动链轮齿形关系
[0050]
图2是链板与主动链轮齿形关系
[0051]
图3是协同优化算法框图
[0052]
图4合理齿形的主从动链轮示意图
[0053]
图5是主动链轮齿形不存在示意图
[0054]
图6是从动链轮齿形不合理示意图
具体实施方式
[0055]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0056]
本发明所述的一种基于协同算法的发动机正时齿形链系统齿形匹配方法，具体为：
[0057]
步骤一、确定系统基本参数；
[0058]
具体包括链板节距p；链板边心距f；主动链轮齿数z1；从动链轮齿数z2；链板齿半高初始取值h0；链板跨高初始取值h0；
[0059]
例如，选择链板节距p为6.35mm，链板跨高满足h＝h0＝0.744mm，链板齿半高满足h＝h0＝4.4mm，主动链轮齿数z1＝23，从动链轮齿数则为z2＝46，边心距f为可由下式进行计算：
[0060]
f＝c
·
p；
[0061]
式中，p为链板节距；f为链板边心距；c为边心距关系系数，当链板跨高h》0时c＝0.4；当链板跨高h《0时c＝0.355；
[0062]
由此可得，链板边心距f＝2.54mm；
[0063]
步骤二、依据链板与从动链轮之间的定位关系，并以从动链轮宽齿形为基准，计算比较系数k2；
[0064]
链板与从动链轮之间的具体定位关系包括：从动链轮相对分度线和链条节线之间的距离hs，以及从动链轮齿宽s2，
[0065]
从动链轮相对分度线和链条节线之间的距离hs可由以下公式进行计算：
[0066][0067]
式中，p为链板节距；f为链板边心距；z2为从动链轮齿数；α为链板齿形半角，一般取π/6；
[0068]
根据所述步骤一所得结果，可求得链轮相对分度线和链条节线之间的距离hs＝2.6730mm；
[0069]
从动链轮齿宽s2可由以下公式进行计算：
[0070][0071]
式中，p为链板节距；f为链板边心距；z2为从动链轮齿数；α为链板齿形半角，一般
取π/6；hs为链轮相对分度线和链条节线之间的距离；
[0072]
由此可得，从动链轮齿宽s2＝3.04312mm。
[0073]
比较系数k2可由如下公式进行计算：
[0074][0075]
式中，h为链板齿半高；h为链板跨高；s2为从动链轮齿宽；
[0076]
由此可得，比较系数k2＝0.0818；
[0077]
步骤三、依据主动链轮齿形存在极限条件，计算齿根圆半径r
f1
、基圆半径r
b1
，以及渐开线存在极限夹角θ1’
，并据此计算比较系数k1；
[0078]
主动链轮齿根圆半径r
f1
可由如下公式进行计算：
[0079][0080]
式中，p为链板节距；z1为主动链轮齿数；h为链板齿半高；
[0081]
基于所述步骤一的计算结果，由上式可得r
f1
＝18.4526mm；
[0082]
主动链轮基圆半径r
b1
可由如下公式进行计算；
[0083][0084]
式中，p为链板节距；z1为主动链轮齿数；α为链板齿形半角，一般取π/6；
[0085]
由此可得，主动链轮基圆半径r
b1
＝20.1303mm；
[0086]
主动链轮渐开线存在极限夹角θ1’
可由如下公式进行计算：
[0087][0088]
式中，α为链板齿形半角，一般取π/6；z1为主动链轮齿数；p为链板节距；r
b1
为主动链轮基圆半径；f为链板边心距；
[0089]
由此可得，主动链轮渐开线存在极限夹角θ1’
＝4.356
°
；
[0090]
比较系数k1可由如下公式进行计算：
[0091][0092]
式中，r
f1
为主动链轮齿根圆半径；r
b1
为主动链轮基圆半径；θ1’
为主动链轮渐开线存在极限夹角；
[0093]
由此可得：比较系数k1＝-0.2027；
[0094]
所述步骤四的具体方法如下：
[0095]
对于比较系数k1和k2，应满足以下公式：
[0096][0097]
当比较系数k2》0时，增加链板跨高h，减少链板齿半高h；当比较系数k2《0时，减少链板跨高h，增加链板齿半高h。当比较系数k1《0时，减少链板齿半高h；
[0098]
由于此时k1《0且k2》0，基于如图3所示协同算法，可得：
[0099]
当链板齿半高h＝3.9mm，链板齿跨高h＝0.22mm时，总有k2＝0且k1＝0.29260；
[0100]
当链板齿半高h＝4mm，链板齿跨高h＝0.32mm时，总有k2＝0且k1＝0.19353；
[0101]
当链板齿半高h＝4.1mm，链板齿跨高h＝0.42mm时，总有k2＝0且k1＝0.09446；
[0102]
以上输出结果均符合正时系统齿形匹配要求；
[0103]
在二次调整时，由于计算机算法以及绘图软件均会出现误差，应使k1得尽可能大一些，故链板齿半高h＝3.9mm，链板齿跨高h＝0.22mm这组数据较为合理。
[0104]
本发明的有益效果为：
[0105]
本发明适用于任何形式的正时齿形链传动系统等一系列大传动比齿形链系统，可以合理避免由于正时齿形链系统齿形匹配度过差所导致的如图5所示的主动链轮“根切”现象，以及如图6所示的从动链轮齿形过粗不合理现象；有效解决链板与主动链轮齿形匹配关系同链板与从动链轮齿形匹配关系不能二次匹配所导致的链条提前报废、链轮提前磨损、链条伸长量过大预紧失效等一系列问题，从而显著提高了正时齿形链系统的可靠性与耐磨性。于此同时，本方法无需借助设计经验，一般工程技术人员即可使用本方法对正时系统链板链轮的齿形进行匹配设计，从而降低了设计难度并提高了设计效率。
[0106]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。