本发明涉及制造用于动力链系统的链轮总成的方法。本发明更特别 涉及利用电容放电焊接来制造多层和/或相位链轮总成的方法。

在汽车工业中，除被用于发动机正时驱动装置以外，动力链系统还 被广泛用于汽车传动系统中。发动机正时系统通常包括最少一个位于曲轴 上的主动链轮及最少一位于凸轮轴上的从动链轮。通过一根链条及链轮系 统，曲轴的转动能够带动凸轮轴转动。

另一种类型的发动机正时系统通过一链条及链轮系统而将曲轴与两 个顶置式凸轮轴连接起来。所述曲轴直接连接凸轮轴或连至一张紧轮。在 一张紧轮系统中，所述张紧轮和每一凸轮轴上的一链轮均以传统的方式安 装在同一花键或同一轮毂上。因此，张紧轮的转动会使凸轮轴、链轮都发 生转动。张紧轮的尺寸应能够允许曲轴和凸轮轴以不同的速度转动。

由于多种原因，可能会造成与链轮有关的噪音，其中包括在啮合初 期，由于链条和链轮冲击，以及链条和链轮的啮合作用而产生的冲击声 响。冲击声音的音量会受到，例如链条和链轮冲击速度，及在一特定时刻 或时差时接触链轮的链节数目的影响。啮合冲击声响通常为一种周期性声 响，该声响所重复的频率通常等于链条与链轮啮合的频率，该频率与链轮 齿数及链轮速度有关。因此，这种冲击能产生具有有害正弦声波的声响。

当链节由自由链进入链轮时，会产生弦齿效应。以链啮合频率进行 的链条和链轮间的啮合会在垂直于链条运动的方向上、但处于与链条和链 轮相同的平面内，能产生自由链或间距(链轮间的一部分链条)的移动。这 种振动运动频率为链条啮合频率的有害正弦波或因此而产生的一种派生 声波。

如今，已进行了许多的努力来降低噪音水平及分布在链传动中的纵 向振动频率，以便将正弦声波中的有害效应降低到最低值。例如，此处所 结合参考的美国专利US.5,247,580披露了链轮的相位调整，以便除了 改善弦齿效应的噪音频率外，还能够改善由于冲击而产生的噪音频率。使 用了本发明方法所制造、在一张紧轮系统中的所述总成可利用美国专利 NO.5,247,580所教授的原理。

在以一定倾斜距离使链条偏置的相位调整系统中，应沿惰轮轴对两 顶置式凸轮轴上的链轮相互间进行相位调整。在给定的时间增量期间，对 凸轮轴的链轮进行相位调整能减少影响惰轮轴上链轮的链节数目(或链的 数目)。同样，对链轮进行相位调整除能作用于冲击和弦齿效应所产生的 噪音外，还能改变或对链条及链轮的弦齿效应或联接进行相位调整。

在现有技术中，链传动已对顶置式凸轮轴进行了相位调整。但是， 在这些链传动中，张紧轮及每一凸轮轴上的一链轮均沿惰轮轴方向被安装 在一单一轮毂上。这一系统必须通过复杂的加工过程而将三个链轮安装在 一单一轮毂上。

链轮加工过程的选择及相应费用均会受到链轮几何形状的影响。例 如，对相控链轮中对一中间链槽的要求会造成相控链轮和普通链轮间的价 格差异。普通链轮制造过程不适于制造具有复杂几何形状及综合特点的链 轮，例如传统的多层链轮(如惰轮，平衡轴)或相控链轮。例如，在传统的 冲压和精模压加工过程中，所能达到的最大部分(如，齿)厚度约为 5.00mm。此外，由于GRIP-FLO冲压过程的使用被限制在只能加工不具 有综合特点的简单几何形状链轮，所以它不能被用来加工具有复杂几何结 构和综合特点的多种无声链的申请。

粉末金属加工技术通常包括粉末金属的成形，即对粉末金属加压， 并随后使其经受一高温处理，以便制造出烧结制品。详见，例如，Shivanath 等人的PCT WO 94/05822；Jones等人的PCT WO 94/14557；及Hinzmann 等人的PCT WO 94/14568。

但是，由于粉末金属加压的多孔性，所以难于焊接。多孔性通常会 使残余气体，夹杂物及润滑材料的夹杂在焊缝中。同样，由于粉末金属的 高碳含量，粉末金属也难于焊接，其中，例如高碳含量会导致碳移向焊缝， 且在冷却时，会使材料产生脆弱及裂纹。因此，有必要发展一种改进的粉 末金属加工工艺，该工艺能确保提高系统承载及延长其寿命的要求。

另外，利用传统粉末金属压制技术以成形复杂几何形状，如一体式 相控链轮的习惯作法还未成功。传统粉末金属压制技术的一个通常局限 是，在未进行冷加工或预成形的情况下，缺乏准确和重复使粉末制品定位 在成型刀具上的能力。任何对于粉末制品的起始加工均会在该最终部分结 构上导致夹层或裂纹的缺陷，这些缺陷对这部分的性能造成不利影响。因 此，便存在一种对精确、有效加工工艺的要求，以制造具有复杂几何形状 的链轮系统。

在一电容放电焊接机的焊接操作已被本领域普通技术人员所公知。 通常，电容放电焊接或脉冲焊接是一种电阻焊接形式，这种电阻焊接通过 利用存贮在一电容电池或电容器组的能量、以非常高的电流在几毫秒内完 成。详见，Ritter等人的美国专利NO.3,641,305；Bachmann等人的美国专利 NO.3,838,786；Tauern等人的美国专利NO.3,852,559；Blaas等人的美国专 利NO.3,984,653；Gloriso等人的美国专利NO.4,132,879；Devletian等人的美 国专利NO.4,672,164；及Krehl等人的美国专利NO.5,359,771。

总之，在电容放电焊接期间，应将电极移向需连接的配对部件或工 件，并应施加一非常短的脉冲。这一非常迅速的脉冲能量将被焊接的两零 件表面加热至一塑性状态，从而在焊接界面处避免了不希望的杂质的混合 及产生。所述焊接通常在高压(例如，一般链轮的压力为40-60吨)下， 利用低惯性焊头进行，其中所述高压能够产生一很高的压力，所述低惯性 焊头会产生一与在扩散焊接中所发现的那些结构相似的连接点。通常，在 电容放电焊接后，工件不会表现出变形或尺寸变化。可接受的焊接技术可 由，例如Jon等人的美国专利NO.4,086,817中所描述的技术来确定。

在电容放电焊接期间，为产生较小的高放热局部区域，而在一外表 面上需形成一焊接凸块，从而将由余热所产生的所有消极效应(例如，硬 度弱化，应力裂纹)降至最低点。由高碳和高合金合金所形成的马氏体能 够利用第二脉冲被瞬间回火，并降低了硬度且消除了所有与高碳焊接有关 的、导致合金失败的因素。在焊接之前，在一第二外表面上的相应凹槽也 可被用于接收所述焊接凸块；所述焊接凸块和凹槽便于链轮总成部件的匹 配，并能容纳出现在焊接处的多余材料。

本发明的方法使用了电容放电焊接，以制造具有复杂几何结构及综 合特点的粉末金属惰轮总成，该惰轮总成包括多层相控粉末金属链轮总 成。利用电容放电焊接来焊接粉末金属链轮材料的优点在于，例如，能利 用粉末金属刀具以低费用完成所需凸块的成形；使焊接快速成形，以便使 通常与粉末金属部件多孔性有关的残余气体，杂质及润滑材料不存在于所 述焊缝中。且由于伴随着第二次回火脉冲而产生的塑性状态连接成形，因 而能显著地提高高碳焊接的强度。

本发明的方法提供了利用电容放电焊接而完成多层和/或相控金属链 轮总成的制造。该方法能够被用于焊接多种高碳含量的零件以形成复杂链 轮的几何形状和/或相控链轮总成。

在一个实施例中提供了一种方法，该方法用于制造一具有两个或更 多金属链轮总成部件的多层和/或相控链轮总成。在这一实施例中，所述 方法包括的步骤有：形成两个或更多金属链轮总成部件，其中每一部件具 有一外表面；使两个或更多链轮部件相互匹配；且利用电容放电焊接将两 链轮总成焊接在一起。

在第二实施例中提供了一种根据第一实施例的方法进一步包括粉末 金属链轮总成部件的使用。

在第三实施例中提供了一种根据第一实施例的方法进一步包括的步 骤有：在焊接步骤进行之前，在最少一个金属链轮总成部件的外表面上设 置最少一个焊接凸块。

第四实施例提供了一种在第三实施例上所得到的方法，其特征在于 在焊接步骤进行之前，在最少一个金属链轮总成部件的外表面上设置最少 一个焊接凹槽。

第五实施例提供了一种根据第一实施例所得的方法，该方法进一步 包括的步骤有：在焊接步骤进行之前，将一粉末金属材料系统压制成一理 想的形状，且将其烧结形成最少一个粉末金属链轮总成部件。

在第六实施例中，一种根据第一实施例的方法，其特征在于：在所 述匹配步骤期间，对两个或更多链轮总成部件进行相互之间的相位调整。 如以下所讨论的那样，通过以半个齿(半个齿节)或四分之一齿(四分之一 齿节)，或任何其它理想的整相数值而进行整相或偏置链轮来完成相位调 整。在一传动链系统中的一对链轮之间的相位关系能改善产生噪音频谱的 冲击和弦齿效应。

第七实施例提供了一种根据第六实施例所得的方法，其特征在于： 在一共用惰轮轴上，对一张紧轮及另两个链轮总成部件进行相位调整。

第八实施例提供了一种相控链轮总成，该总成包括一第一链轮元 件，该元件在其周边具有多个由一种金属成分形成的齿；一第二链轮元 件，该元件在其周边具有多个由一种金属成分形成的齿；其特征在于：所 述第一和第二链轮元件位于同一根轴上；第一链轮的齿在圆周方向偏离第 二链轮的齿；且所述第一和第二链轮元件通过一由电容放电焊接方法所形 成的焊缝而被连接。

在第九实施例中，提供了一种根据第八实施例所述的相控链轮总 成，其特征在于：最少一链轮元件由一种粉末金属成分构成。

在第十实施例中，提供了一种根据第八实施例所述的相控链轮总 成，该链轮还包括一位于所述轴上的第三链轮元件，其特征在于：所述第 三链轮元件通过一由电容放电焊接方法所形成的焊缝而被连接到第二链 轮元件上。

在第十一实施例中，提供了一种根据第八实施例所述的相控链轮总 成，其特征在于：所述焊缝应沿所述第一链轮外表面上的一凸块形成。

在第十二实施例中，提供了一种根据第十一实施例所述的相控链轮 总成，其特征在于：所述焊缝应沿所述第二链轮外表面上的一凹槽形成。

为了更好地理解本发明的这些和其它实施例，结合相应附图进行以 下详细描述。

图1为一示意图，所示为一带有一曲柄轴，一惰轮及两个顶置式凸轮 轴的正时链系；

图2为一能利用本发明方法而制得的惰轮组合件总成的分解透视 图，所示为惰轮组合件总成的的部件；

图3为一能利用本发明方法而制得的惰轮组合件总成的透视图，所示 为惰轮组合件总成的的部件；

图4为一利用本发明方法制得的一总成的透视侧视剖面图图；

图5为一利用本发明方法制得的一总成的侧视图，所述总成的凸轮轴 链轮间具有二分之一齿的相位差；

图6为一利用本发明方法制得的一总成的侧视图，所述总成的凸轮轴 链轮间具有四分之一齿的相位差；

图7为一用于一两组件总成的驱动链轮视图，该总成能够利用本发明 方法制得。

本发明利用电容放电焊接的多个高碳部件、以可接受的成本而制得 复杂链轮结构。本发明涉及一种方法，该方法利用电容放电焊接来制得多 层相控金属链轮总成。

本发明的方法可以用来制造相控惰轮系统。例如，在这种系统中， 发动机正时系统通过一链条及链轮系统使曲轴与两个顶置式凸轮轴相 连。曲轴通过一链条与一惰轮相连。每一顶置式凸轮轴均通过惰轮轴上的 链轮被连接至惰轮系统上。用于每一凸轮轴的驱动机构和惰轮均沿一花键 或轮毂被设置在一起，以形成惰轮系统。就本发明而言，惰轮轴上通过链 条相连以驱动凸轮轴的两个链轮被称为“惰性凸轮链轮”，通过链条而连 接至凸轮轴的、惰轮轴上的单一链轮被称为“惰轮”。每个惰性凸轮链轮 和惰轮均具有内键槽或内齿，它们能允许链轮移入具有相同数目键槽或齿 数的花键上。另外，每一惰性凸轮链轮和惰轮均沿其外表面具有键槽或 齿，以与特定驱动机构相关的链条相啮合。两个惰性凸轮链设置被在花键 或轮毂上以对其彼此之间进行相位调整。另外，相位调整可以是二分之一 齿(即二分之一齿距)或四分之一齿(即四分之一齿距)，或可采用其它理想 的相位调整值。

通常，在发动机正时系统总成装配期间，应沿惰轮轴使所述花键定 位，其中所述惰轮轴位于曲轴和两个顶置式凸轮轴之间。例如，起初将一 个惰性凸轮链轮设置在花键上。而后，可将第二个惰性凸轮链轮设置在所 述花键上，第二惰性凸轮链轮的数值应使其外齿相对于第一惰性凸轮链轮 沿周向被偏置或被相位调整。

就本发明而言，一个链轮相对于另一个链轮的“转动”是指：在设 置在花键的装配位置之前，应使一个链轮从两链轮外圈链轮齿和内花键齿 的周向匹配位置所处的第一位置转至第二位置，在所述第二位置处已通过 特定数目的内花键齿或外圈链轮齿(和其一小数部分)使一个链轮作了转 动。

另外，就本发明而言，一链轮相对于另一链轮的周向“偏置”是指 一链轮齿的所述小数部分，即在装配在花键上之后，应相对于一个邻近链 轮上的一个链轮齿而对该链轮作出的偏置或相位调整。

改进所需的相位调整，所述第二惰性凸轮链轮通过预定数目的花键 齿、相对于第一惰性凸轮链轮可被转动。将两惰性凸轮链轮设置在花键或 轮毂上之后，可将再由链条连至曲轴上的惰轮设置在所述花键上。随后， 设置一开口环以将惰轮总成固定在一起。

参见附图，在一个实施例中，本发明的一个目的是在于提供一种用 于制造相控链总成的方法，特别是一种能够保证惰轮相位调整的方法，所 提供的相位调整除用于改善与凸轮轴相关的弦齿运动的噪音范围外，还用 于改善冲击所发出的噪音范围。

图1所示为具有曲轴10，两个顶置式凸轮轴12，14及一惰轮轴15的正 时链系。所述曲轴0具有一单一链轮16。链轮18为惰性链轮。所述曲轴10 通过内连曲轴链轮16和惰轮18的链条20驱动惰轮15。两个辅助链轮24， 26被设置在惰性链轮轴15上以驱动凸轮轴12，14。惰性凸轮链轮24通过 链条30及凸轮轴链轮22来驱动第一凸轮轴12。以与其相同的方式，惰性凸 轮链轮26通过链条32和凸轮轴链轮28来驱动第二凸轮轴14。惰轮18及每 一凸轮轴12，14的两个惰性凸轮链轮24，26沿轮毂26形成了惰轮总成34。

图2所示为一利用本发明所制造的惰轮总成34。所述惰轮总成34使三 个独立的链轮18，24，26沿一从轮毂36延伸的花键部分40定位。链轮18， 24，26均具有各自的内键槽或通孔，以保证链轮与花键40的固定。

首先，应沿惰轮轴15设置带有花键40的轮毂36。惰轮18，及凸轮轴 链轮24，26均具有键槽或内齿。这些内齿用以链轮18，24，26移入花键 40上，并能与花键40齿间的键槽匹配。在一个实施例中，花键40圆周面上 的齿数和链轮18，24，26的内齿数目相等。接着，使惰性凸轮链轮24移入 花键40上。在这些附图中，惰性凸轮链轮24通过链条30与左边的凸轮轴相 连。但是，连接设置在花键上的第一链轮使其既可以驱动左边的凸轮轴； 也可以驱动右边的凸轮轴。在这一系统中，连接剩下的惰性凸轮链轮以能 驱动剩下的左边或右边的凸轮轴。

随后，将第二惰性凸轮链轮26移入花键40上，为了实现对外圈链轮 齿进行二分之一齿距或四分之一齿距的相位调整，或进行所需数量的相位 调整或偏置，第二惰性凸轮链轮26的设置应能使其通过预定数目的花键齿 而相对于第一惰性凸轮链轮24被偏置或被相位调整。接着，将惰轮18移入 花键40上。最后，装配一开口挡圈18以使惰轮总成34固定在花键40上。图 3所示为装配好的惰轮总成34。而图4所示为装配好的惰轮总成34的侧剖视 图。

另一方面，在将链轮装配到所述轴上之前，利用电容放电焊接方法 将链轮固定在适当的位置。众所周知，在电容放电焊接方法中，一强电流 水平的脉冲会作用于链轮表面上。从而使链轮在前电压下时而被焊接。通 过这种方式，链轮被连接并随后被设置在所述花键上。在图2和4绘出了焊 接位置37，并在该位置处于链轮周围形成有一连续的带层。如图2所示， 可利用由一链轮的伸出部分39来协助焊接操作。另外，可使形成在一表面 的凹槽41对准焊接位置37，所述表面应与具有所述伸出部分的表面相对。

图5和图6表明了1/4齿的相位差(即，1/4齿距的相位差)或1/2齿(即， 1/2齿距的相位差)是如何形成的。其中，图5表明了1/2齿距的相位差，而 图6表明了1/4齿距的相位差。究竟是1/2还是1/4的相位差应取决于一惰性 凸轮链轮相对于另一惰性凸轮链轮的周向偏置数量。在一个最佳实施例 中，通过利用惰性凸轮链轮能够实现1/2或1/4的相位调整，其中所述惰性 凸轮链轮具有外周的30个齿及用于啮合所述花键的16个内齿。当然，也可 采用其它的结构。一惰性凸轮链轮相当于第二惰性凸轮链轮所必须偏置的 花键齿数应通过以下关系式来确定：

惰性凸轮链轮的特定相位调整应由链轮偏置数目确定。改进花键齿 被转动的数目，即，在被设置在花键上之前，第二惰性凸轮链轮相当于第 一惰性凸轮链轮转动的花键齿数，链轮齿偏置数目不一定为整数。链轮齿 数偏置数目通常由一整数和一小数部分共同组成。链轮齿相位差的大小取 决于链轮齿偏置数目的小数部分。

当链轮齿数目的小数部分为1/2时，第二惰性凸轮链轮应相对于所述 第一惰性凸轮链轮作1/2外圈链轮齿的偏置。从而完成了惰性凸轮链轮的 1/2的相位调整。同样，当链轮齿数目的小数部分为1/4或3/4时，第二惰性 凸轮链轮应相对于所述第一惰性凸轮链轮作1/4或3/4外圈链轮齿的偏 置。在两种情况下，均会获得对惰性凸轮链轮的1/4相位差。

因此，为了计算出花键齿的转动数目，首先，应确定了外圈齿数与 内花键齿的比例。例如，在一最佳实施例中，两个惰性凸轮链轮均具有30 个外圈齿数和16个内花键齿(或16花键齿)，所述比例为30/16或1.875。其 次，为获得1/2或1/4的相位差，一惰性凸轮链轮相对于所述第二惰性凸轮 链轮所必须转动的花键齿数应通过上述比例来确定。再者，为了获得这种 相位差，链轮齿偏置的小数部分数值必须为用于进行1/2相位调整的1/2， 或用于进行1/4或3/4相位调整的1/4。

在一个实施例中，利用所述比例便能够确定如果通过四个花键齿而 使第二惰性凸轮链轮26相对于第一惰性凸轮链轮24作了偏置，则随后便完 成了二分之一的齿距相位调整。详细说明如下：花键40的四个偏置齿数和 “链轮外圈齿数与花键齿比例”的乘积，或4×1.875，为7的链轮齿数 偏置量。因此，在装配在花键上之前，通过四个内花键齿而产生的第二惰 性凸轮链轮相对于第一惰性凸轮链轮的转动会引起7的链轮齿数转 动，及相当于1/2的相位差。此外，由于小数部分是1/2，所以第二惰性凸 轮链轮26相对于第一惰性凸轮链轮24应作了1/2个外圈齿的偏置，从而获 得了二分之一的相位调整。

对于这一实施例，以两个花键40齿使第二惰性凸轮链轮26相对于第 一惰性凸轮链轮24作了转动，则会首先四分之一的相位调整。详细说明如 下：两个花键40的偏置齿数和“链轮外圈齿数与花键齿比例”的乘积，或 2×1.875，为 的链轮齿数偏置量。因此，在装配在花键上之前，通过 两个内花键齿而产生的第二惰性凸轮链轮相对于第一惰性凸轮链轮的转 动会引起3 的链轮齿数转动，及相当于相位差。此外，由于小数部分 是3/4，所以第二惰性凸轮链轮26相对于第一惰性凸轮链轮24应作了3/4个 外圈齿的偏置，或相对于第二惰性凸轮链轮26，第一惰性凸轮链轮24作了 1/4个外圈齿的偏置，从而获得了四分之一的相位调整。

利用本发明的方法能将一粉末金属链轮50焊接至一不同材料的套管 52上(例如，铸件或管件)。例如图7为这种两组件总成，该总成即是利用 本发明方法制得的。

与本发明有关的本领域有经验的技术人员，在不脱离本发明思想或 不脱离特别根据上述技术而得到的实质性内容的情况下，利用本发明的原 理可作出改进和其它实施例。从各个方面上讲，以上所述的实施例仅是用 于说明而不具有局限性。因此，本发明的范围应由后面的权利要求而不是 由以上所描述的内容来说明。因此，当参照特定的实施例及实例对本发明 加以描述时，所产生的结构、工序、材料及其它方面的改进对于本领域有 经验的技术人员来说均是明显的，但这样的内容仍应流落入本发明的范围 内。

实施例1

用于链轮总成的电容焊接方法是使用了由MPIF FN-0208(0.75％ 碳)，以6.60-7.00g/cc的密度所制得的链轮来进行的。十二个链轮组合件 应被焊接并应承受由于夹持一组链轮的齿而转动另一链轮的负载。所述十 二个链轮在焊接点附近所示的一最终平均强度为39,000psi，该强度接近 于材料的理想抗拉强度。