摘要
齿形链传动广泛应用于汽车、摩托车等汽油发动机的正时机构，然而齿形链传动固有的多边形效应和啮合冲击一直制约着齿形链机构的进一步发展，亟需研究新型齿形链传动来提高齿形链机构的传动性能。本文通过分析齿形链传动过程中存在的多边形效应和啮合冲击，开展了双面啮合齿形链传动啮合理论与应用研究。
以减小多边形效应为目标，提出了双面啮合的啮合形式，双面啮合的特点是齿形链条的内外侧齿廓均可与链轮轮齿啮合。啮合周期的初始阶段，链条的内侧直线齿廓与链轮啮合，啮合周期的终止阶段，链条的内外侧齿廓同时与链轮的齿廓线啮合，链条依靠外侧齿廓定位于链轮上。双面啮合齿形链条拉紧时，内侧齿廓和外侧齿廓平行且外凸于外侧齿廓。
系统研究了双面啮合齿形链传动的啮合理论，设计了双面啮合齿形链机构，该机构由双面啮合齿形链条和新型链轮组成。首先，为减小多边形效应的幅值，设计了内外侧双面齿廓均可与链轮啮合的齿形链条，开发了双面啮合链板参数分析软件。其次，根据包络原理推导出与链条外侧齿廓共轭啮合的链轮齿形，通过理论验证发现该齿形为大负变位大压力角的渐开线。研究了新型链轮的齿形修正方法，设计了可与双面啮合链条配合的新型链轮齿形。最后，研究了新型链轮的齿形特性，推导出新型链轮齿形参数的计算公式。研究发现，当新型链轮唯一变位系数的绝对值小于最小变位系数的绝对值时，新型链轮加工时不会产生根切。
发展与完善了双面啮合齿形链机构的设计理论。提出了双面啮合齿形链条和新型链轮的设计方法和实体建模方法，给出了新型链轮的设计参数方程，开发了齿形链链轮的设计软件。研究了新型链轮刀具和链轮加工机理，对链轮毛坯进行加工仿真，动态模拟了新型链轮的切齿过程。
建立了齿形链机构的运动学模型和啮合冲击模型，动态模拟了双面啮合齿形链机构、传统链条渐开线链轮机构和传统齿形链机构的啮合过程，对三种齿形链机构进行动力学仿真。结果表明：与传统齿形链机构比较，双面啮合齿形链机构的紧边链条波动量、啮入冲击速度系数、冲击动能和瞬时接触力均有所减小。
通过传动及动态性能实验，分析了三种齿形链机构的传动性能，测定了链传动实验台和齿形链条横向振动的固有频率，进行了紧边链条波动量、振动和噪音
Silent chain drive is widely used in the timing mechanism of gasoline engine, such as motorcar and motorcycle engine. However the polygon movement and the meshing contact of silent chain drive are great obstacles in the further development and application of the silent chain mechanism. It is necessary to develop new kind of silent chain drive to improve the transmission performance of silent chain mechanism. The meshing theory and application of the dual meshing silent chain drive are investigated to reduce the polygon movement and the meshing contact.
The dual meshing is presented in order to reduce the polygon movement. The characteristic of the presented dual engagement form is that both sides of the silent chain tooth form can engage with the sprocket tooth form. At the beginning of a meshing circle, the inner straight tooth form of the silent chain engages with the sprocket form. At the end of a meshing circle, both sides of the silent chain contact with the sprocket form. The dual meshing silent chain depends on its outer tooth flank to wind around the sprocket. The inner tooth form of link plate is profiled to parallel and project outward of the outer tooth form as the dual meshing silent chain is stretched into a line.
The meshing theory of the dual meshing silent chain drive is systematically investigated. The dual meshing silent chain mechanism is designed, which comprises the dual meshing silent chain and new kind of sprockets. First, both forms of silent chain, including the inner form and the outer form, are designed to mesh with the sprocket in order to reduce the amplitude of the polygon movement. According to the envelope principle, the approach to solve the sprocket tooth profile conjugated with the outer tooth form of dual meshing silent chain is presented. The result shows that the sprocket tooth profile is an involute surface with large pressure angle and large negative addendum modification coefficient. Second, in order to acquire the new kind of sprocket, the sprocket tooth profile is modified. Finally, the characteristic of the sprocket tooth profile is studied and the parameter function of the sprocket tooth profile is derived. The analysis results show that the undercut would not generate in the course of sprocket processing as the absolute value of the unique modification coefficient is smaller than that of the minimal modification coefficient.
引文
22．张克仁．新型齿形链传动的链条设计．合肥工业大学学报，1996，19(2)：105～111
23. Tournier E J. Power-saving transmissions for materials handling equipment. Southern Power Journal, 1937, 55(2): 62-64
24．张克仁．新型齿形链传动的链轮设计．淮南矿业学院学报，1996，16(2)：52～56
25．王吉民．齿形链和渐开线齿形链轮的啮合设计．机械设计，1996，(7)：25～29
26．天津大学编委会．机械原理．北京：人民教育出版社，1979
27．柴邦衡，贾泽彩，王令其．链轮齿形啮合特性的研究．机械设计，1990，(5)：12～16
28．贾泽彩．链轮齿形研究．长春：吉林工业大学，1986
29．单宝忠，吴登峤，王义行．外啮合链轮齿形设计．机械传动，1996，20(2)：1～4，8
30．刘基博．摆线族曲线的参数方程及其逼近圆．机械传动，1992，16(3)：8～13
31．白志敏，于建群．齿形链链轮节距仪的设计．吉林工业大学学报，1998，28(1)：88～92
32．于建群．齿形链链轮节距误差分析．机械制造，1995，33(8)：30～31
33. Bucknor N K, Freudenstein F. Kinematic and Static Force Analysis of Rocker-pin Jointed Silent Chains With Involute Sprockets. Journal of Mechanical Design, 1994, 116(3): 842～848
34. Kong Liexiao, Sabbaqhian. Design of an engagement guiding mechanism for roller chain drives. Journal of Mechanical Design, Transactions of the ASME, 1996, 118(4):538～543
35. Rachner H G. Schwingfoerderer in Giessereienand Kettentriebe. Giesserei, 1964, 51(7): 172～182
36. Aldrich F C. Determine the Individual Chain Link Forces in a Chain Drive Power Transmission Mechanism. General Motors Engineering Journal, 1966, 13(2):43～44
37. Hayashi Koichi et al. Analysis of Noise in Silent Chain Drives. Proceedings of the Fourth International Pacific Conference on Automotive Engineering, Melbourne, SE Australia, 1987
38. Ramsey J H. Silent Chain. U.S.Patent Office, Patent No.1488710, 1924
39. Riopelle E F and Bremer N C. Power Transmission Chain Drive. U.S.Patent Office, Patent No.2725755, 1955
40. Terepin R H. Power Transmission Chain. U.S.Patent Office, Patent No.3213699, 1965
41. Bramham Jo, Maccarthy Bart. The Demand Driven Chain. Manufacturing Engineer, 2004, 83(3):30～33
42. McCarty A M. Higher load and Speed Limits for Silent Chain. Machine Design, 1978, 12(1): 121～125
43. Hermeling P G. Don't Overlook the Merits of Silent Chain Drives. Plant Engineering, 1974, 4(4):108～111
44．李玉玲．AutoCAD二次开发中的几点技术．机械设计与制造，2004，(1)：26～27
45．张国宝．AutoCAD Visual Basic开发技术．北京：科学技术出版社，2000
46．余承飞，王冬松．AutoCAD数据库应用及连接技术．北京：北京大学出版社，2000
47．郑云．AutoCAD计算机绘图软件二次开发技术与实例．北京：科技出版社，1993
48．毕英民，翟继伟．VB对AutoCAD的二次开发方法介绍．电脑学习，2001，(1)：29～30
49．龙村，张高峰．基于AUTOCAD软件的圆柱凸轮CAD．现代机械，2004，(6)：45～46
50．梁雪春，宋德明．AutoCAD2002二次开发技术指南．北京：清华大学出版社，2001
51．李超，董继先．基于VB环境下的AutoCAD二次开发技术．轻工机械，2003，(3)：81～83
52．贾体峰．浅谈VB在AutoCAD中的应用．机械工人，2004，(4)：81
53．原秀云，张耕．滚子链传动计算机辅助设计及数学模型的建立．丹东纺专学报，1996，(4)：15～18
54．杨长辉，张鹏．滚子链轮的计算机辅助三维参数化设计．机床与液压，2004，(8)：132～134
55．饶俊良．基于VisualLISP的链传动CAD二次开发应用．南方农机，2005，(3)：39-40
56．肖启敏，肖启莉．链传动CAD系统的研制与开发．机械研究与应用，2005，18(2)：100～101
57．邓兴贵．基于VB6.0的链传动CAD设计子系统开发与研制．煤矿机械，2002，(5)：52～53
58．徐静，董雁，陈国华．链传动Matlab可视化编程的实现．机械，2005，32(增刊)：88～89
59．高俊斌．MATLAB 5.0语言与程序设计．武汉：华中理工大学出版社，1999
60．李丽．MATLAB工程计算及应用．北京：人民邮电出版社，2001
61．许静静．V带传动常规设计的Matlab可视化编程实现．机械科学与技术，2002，21(4)：683～684
62．马建辉，杨铁牛．链传动的计算机辅助设计．陕西师范大学学报(自然科学版)，2001，29(5)：42～44
63．徐锦泓．链传动快速设计的实现．嘉兴高等专科学校学报，2000，13(4)：12～15
64. Waters D V. Roller Chain Drive. Electrical Manufacturing, 1952, 49(4): 114～119
65. Morrison R A. Polygonal Action in Chain Drives. Machine Design, 1952, 24(9): 155～159
66. Bouilln G, Tordion G V. On Polygonal Action Roler Chain Drives. Journal of Engineering for Industry, Transactions of ASME, 1965, 87(2): 243～250
67. Mahalingam S. Polygonal Action in Chain Drives. Franklin Institute-Journal, 1958, 265(1): 23～28
68. Turnbull S R, Fawcett J N. An Approximate Kinematic Analysis of Roller Chain Drives. 4th World Congress on the Theory of Machine and Mechanism, 1975: 907～911
69. Chen C K, Feudensten F. Toward a More Exact Kimematics of Roller Chain Drives. Journal of Mechanisms, Transmissions and Automatin in Design, 1988, 110(3):269～275
70．夏先平．链传动运动特性精确模拟分析的实现．广西机械，1998，(3)：11～12，24
71．李淑民．链传动的等效机构模型及速比计算．机械设计，1998，(9)：17～18
72．杨国欣，刘乃庆，孙裕晶．链传动多边形效应分析．农业与技术，1996，(3)：40～42
73．朱贤华．浅谈链传动多边形效应．涪陵师范学院学报，2003，19，增刊：145～146
74．王义行．链传动．汽车传动新动向．1984
75．严景平．变节距链的匀速机理分析．应用科学学报，1988，6(21)：123～131
76．柴邦衡．链传动专辑．吉林工业大学学报，1983
77．张克仁，颜景平，王寄蓉．变节距滚子链啮合过程中的节距变化规律．机械工程师，1990，(1)：6～9
78．陈亚元，盖雨聆，李欣欣等．共轭啮合链传动的分析．农业机械学报，1997(6)：171～175
79．陈捷．高速重载链传动研究．北京：石油勘探开发研究院，1988
80．赵逸群．高速齿形链传动研究．长春：吉林工业大学，1990
81．李玉平．链传动运动特性的模拟．机械传动，2002，26(1)：65～66
82．姚继权．基于ProENGINEER链传动运动仿真．机械设计与制造，2005，(11)：155～157
83．徐进．新型循环定位链传动的运动及动力学特性分析．机械传动，2003，27(4)：41～43
84．彭立新．多级滚子链轮齿形啮合特性的数字仿真．矿山机械，1999，27(2)：56～58
85．盛建军．高速发动机配气机构的运动学分析．江苏理工大学学报，1996，17(2)：20～26
86．徐澍敏，龚永坚，吴雄彪．高速发动机配气机构的运动学分析．汽车研究与开发，2001，(1)：22～27
87．尹德斌．摩托车正时齿形链的传动特性．摩托车技术，1999，(12)：9
88．田波，胡荣恒，王光建．不对称齿形链传动性能的分析．机械传动，2004，28(1)：43～47
89. Ariartnam S T, Asokanthan S F. Dynamic Stability of Chain Drives. Journal of Mechanisms, Transmissions and Automation in Design, 1987, 109(3):412～418
90. Matsumura Shigeki, Houjoh Haruo. Current Topics in Gear Vibration and Noise Reasearch. Journal of Japanese Society of Tribologists, 2004, 49(11): 845～850
91．张伟．链传动中的横向振动问题的研究．天津理工学院学报，1997，13(1)：44～49
92. Wang K W. Vibration Analysis of Engine Timing Chain Drives with Camshaft Torsional Exciations. Proceedings of the 1991 Noise &Vibration Conference, 1991, (244): 196～207
93．刘晓论，荣长发，张格等．高速滚子链传动动力学分析．农业机械学报，1998，29，增 刊：177-181
94. Ariaratnam S F, A sokanthan S F. Dynamic Stability of Chain Drives. Journal of Mechanisms, Transmission and Automation in Design, 1987, 109(3):412～418
95．蔡锁章．计算方法．北京：中国科学技术出版社，1993
96．孟祥鑫，冯增铭．基于ADAMS的新型齿形链啮合仿真分析．机械设计与研究，2004，20(4)：31～32
97．冯增铭，孟繁忠，李纯涛．新型齿形链的啮合机制及仿真分析．上海交通大学学报，2005，39(9)：1427～1430
98．张越今，宋健．多体动力学仿真软件ADAMS理论及应用探讨．机械科学与技术，1997，16(5)：753～758，776
99．张越今，宋健，张云清等．多体系统动力学分析的两大软件—ADAMS与DADS．汽车技术，1997(3)：16～20
100．凌雯，余卓平，江浩．ADAMS在悬架运动学和弹性运动学仿真中的应用．北京：清华大学出版社，1997
101．郑建荣．ADAMS—虚拟样机技术入门与提高．北京：机械工业出版社，2001
102．孟繁忠．链条链轮产品设计与检验．北京：机械工业出版社，1996
103．宋晗，李晓雷．履带张紧力的多体动力学仿真．车辆与动力技术，2005，(2)：24～27
104．沈昱，安琦，孙林等．链传动受力分析及计算方法商榷．机械科学与技术，2002，21(2)：220～221，233
105．杨秀芳，张峰．链条传动的受力分析．机械管理与开发，2003，(6)：11，13
106．吴继锐．传动链的动力问题．中南矿冶学院学报，1984，(9)：65～68
107．张冢福．链传动的动载荷分析及其改善法．安徽工学院学报，1995，14(3)：65～68
108．殷玉枫．基于Matlab的链传动寿命计算及仿真．中国机械工程，2005，16(5)：399～402
109. Fritz P, Pfeiffer F. Dynamic of High Speed Roller Chain Dives. Z Angew Math Mech ZAMM, 1996, 76(5):151
110. S P Liu, K W Wang, S I Hayek et al. A Global-local Integrated Study of Roller Chain Meshing Dynamics. Journal of Sound Vibration, 1997, 203(1):41～62
111. Chew M S. Inertia Effects of a Roller-Chain on Impact Intensity. Journal of Mechanisms Transmissions and Automation in design, 1985, 107(1):123～130
112．荣长发，朱均，徐华等．高速滚子链的试验研究．石油矿场机械，2000，29(4)：22～24
113．荣长发，王严兴，宁兴江．滚子链传动啮合冲击载荷特性分析．矿山机械，2003，31(7)：45～47
114．袁永钦．对一种变速飞轮齿形啮合特性的数字仿真．华中理工大学学报，1995，21(1)：65～71
115. MULLER J, KAMMINSK W. Experimental Identification of Contact Impulse in Roller Chain Mechanisms. Proceedings of the Six World Congress on the Theory of Machines and Mechanisms, 1984, VolⅡ: 701～704
116. JAME C CONWELL, C E JOHNSON. Experimental Investigation of link Tension and Roller-sprocket Impact in Roller Chain Drives. Mechanism and Machine Theory, 1996, 31(4):533～544
117. Masataka NAKAAGOME. Effects Number of Links on Repeating Impact Strengh of Roller Chains. Bulletin of the JSPE, 1989, 23(4): 298～303
118. H Zheng, X Xu, KY LAN. A Practical Approach for Impact Noise Prediction of Roller Chain Drive Systems. Dynamics, Acoustics and Simulations, ASME, 1998
119. K W Wang, S P Liu, S I Hayek. On the Impact Intensity of Vibrating Axially Moving Roller Chains. Journal of Vibration and Accusticus, Transactions of the ASME, 1992, 114(3):397～403
120．孟繁忠．高速滚子链的多冲磨损特性．中国机械工程，2001，12(5)：492～493
121．张文祥，张克仁．滚子链传动的横向振动．机械工程师，1994，(5)：42～43，37
122．汪骏，崔岚．石油滚子链传动的冲击载荷．石油机械，1989，17(4)：19～26
123. Tumbul S R, Nichol S W, Fawcett J N. Experimental Investigation of Dynamic Behavior of a Roller Chain Drive. ASME Pap, 1977(9): 26～30
124. Fawcet J N, Nichol W W. Vibration of a Roller Chain Drives operating at Constant Speed and load. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, London, 1980, 194(6):97～101
125. Shimizu H, Suecke A. Nonlinear Forced Vibration of Roller Chain. Bulletin of the JSME, 1975, 18(124): 1090～1100
126. Shimizu H, Sueoke A. Nonlinear Free Vibration of Roller Chain Streched Vertically. Bulletin of the JSME, 1976, 19(127): 22～28
127. Shimizu H, Sueoke A. Subharmonic Oscillation of Order 1/3 in Roller Chain. Bulletin of JSME, 1976, 19(138):1448～1457
128. Uehara K, Nakakajima T. On the Noise of Roller Chain Drives. Proc. 5th World Cong. Theory Mach. Mech. ASME, 1979:906～909
129. Black Ted. Controlling noise and vibration. Product Engineering, 1979, 50(12):52～55
130. Zheng H, Wang Y Y, Quek K P et al. Investigation of meshing noise of roller chain drives for motorcycles. Noise Control Engineering Journal, 2002, 50(1):5～11
131. Zheng H, Wang Y Y, Liu G R et al. Efficient modeling and prediction of meshing noise from chain drives. Journal of Sound and Vibration, 2001, 245(1): 133～150
132．杨志刚，郑志峰，何文地．滚子链传动噪声的发生过程．机械设计，1994，11(3)：22～24，32
133．荣长发．链传动的振动和噪声研究现状与发展．机械传动，2004，28(2)：63～66
134．何文地，杨志刚，王殿学．滚子链链传动噪声的控制．机械工程师，1995，(4)：45～47
135．尹德斌．发动机噪声与正时齿形链传动的关系及对策．摩托车技术，2003，(1)：15～16
136．段敏，石晶，鲁晓丽．发动机噪声源识别的试验方法．辽宁工学院学报，2003，20(2)：36～38
137．张克仁，张文祥，丁守方．滚子链传动的纵向振动．淮南矿业学院学报，1995，15(1)：51～56
138．张广义，李欣欣，毛成斌．滚子链传动的横向振动．起重运输机械，2003，(7)：40～43
139．荣长发，郑志峰．啮合冲击载荷对链传动的影响及其改善措施．石油矿场机械，1991，20(6)：16～19
140．孔凡．链传动相对齿轮传动的相似性设计．通用机械，2004，(7)：78～81
141．吴序堂．齿轮啮合原理．北京：机械工业出版社，1982
142．冯德坤，马香峰．包络原理及其在机械方面的应用．北京：冶金工业出版社，1994