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带传动技术在发动机上的应用吴梦宇 王猛猛... 林业机械与木工设备-2012年6期.pdf

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带传动技术在发动机上的应用吴梦宇 王猛猛... 林业机械与木工设备-2012年6期.pdf

第40卷第6期2012年6月林业机械与木工设备V。140N。.6FORESTRYMACHINERYWOODWORKINGEQUIPMENTJun.2012带传动技术在发动机上的应用吴梦字,王猛猛,杨越北京林业大学工学院,北京100083摘要从国内外汽车传动带发展的趋势出发,阐述了汽车传动带在使用上面临的问题,分析并探讨了各类传动带的性能及其在发动机上的应用。关键词带传动同步带多楔带中图分类号TQ336.2文献标识码A文章编号20952953201206001304ApplicationofBeltTransmissionTechnologytoEnginesWUMengyu,WANGMengmeng,YANGYueSchoolofTechnology,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,ChinaAbstractStartingfromthedevelopmenttrendofautomotivetransmissionbeltsatdomesticandabroad,theproblemswiththeuseofautomotivetransmissionbeltsarestated,thefunctionalcharacteristicsofvarioustransmissionbelts,theirapplicationtoenginesanddevelopmenttrendareanalyzedanddiscussed.KeywordsbelttransmissionsynchronousbeltVribbedbelt带传动具有结构简单、传动平稳、能缓冲吸振,可以在大的轴间距和多轴间传递动力,造价低廉、不需润滑、容易维护等特点。收稿日期20120214通讯作者王猛猛1984一,男,助理实验师,北京林业大学工学院率是反映产品抵抗受潮变形能力的一个指标,此值越小越好,因为在潮湿环境下使用耐水性差的板材如果其周边密封不严,就有可能发生较明显的膨胀变形,引起尺寸和强度的变化,进而影响人造板制品的使用效果,而导致该项指标不合格的主要原因是大部分企业的产品设计和生产工艺不合理,还有部分企业为降低成本使用了廉价劣质的原材料等。5建议为提高黑龙江省人造板生产企业的人造板产品质量,应招聘专业技术人员改进生产技术,选用合格原材料,配备必要的检验设备,提高企业的自检能力或委托相关的检测机构代为检测产品质量同时上级质量主汽车用传动带包括汽车发动机辅助装置用V形胶带、多楔胶带和顶置式凸轮轴OHC发动机用同步胶带亦称时规带以及新近推出的无级变速器简称CVT用的变速胶带等三大种类。汽车传动带是汽车发动机重要的零部件,传动带的许多发明和技术进步都与汽车工业的发展息息相关。管部门也应加大对企业产品质量的抽查力度,每年定期或不定期地对企业产品或装饰材料市场进行抽查,从源头上把好质量关。只要这些措施能够落到实处,黑龙江省人造板产品质量就能得到很大提高。参考文献1吴勃生,齐英杰,颜良.中国人造板机械生产企业分布及形成与发展概况EJ.木材加工机械,2009增刊.2刘海军.黑龙江省人造板产业发展状况的研究J.中国人造板,201028一l1.3黄淑芹,李光哲.我国木工与人造板机械行业状况统计分析J.木材加工机械,2011,2262931.4维奇.细木工板产品合格率83.4%J.中国质量技术监督,20111.5马岩.从展会发展谈木材加工机械与人造板发展状况J.木材加工机械,2009增刊.14林业机械与木工设备第40卷1同步带在发动机上的应用1.1各类同步带的特点同步带是发动机重要的零部件。同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带以及与其相应吻合的轮所组成。其综合了带传动、链传动和齿轮传动等各自的优点,尤其是由于材料的不断开发和完善,使同步带的应用技术得到更大的提高。由于同步带可实现无滑差同步传动,不需要润滑油,且传动体系质量轻、速比大、可多轴传动,能满足汽车发动机的结构要求和符合其传动原理,所以同步带的应用前景十分广阔。根据同步带齿形的不同可分为梯形齿和弧齿两类,而弧齿又分为三种系列圆弧齿H系列又称HTD带、平顶圆弧齿s系列又称为STPD带和凹顶抛物线齿R系列。1.1.1梯形齿同步带梯形齿同步带分单面有齿和双面有齿两种,简称为单面带和双面带。双面带又按齿的排列方式分为对称齿型代号DA和交错齿型代号DB。1.1.2弧齿同步带弧齿同步带除了齿形为曲线形外,其结构与梯形齿同步带基本相同,带的节距相同,但齿高、齿根厚和齿根圆角半径等均比梯形齿大。弧齿承载后应力分布状态较好,可缓解齿根的应力集中,提高齿的承载能力。故弧齿同步带比梯形齿同步带传递功率大,且能防止啮合过程中齿的干涉。另外,弧齿同步带耐磨性能好,工作时噪声小,可用于有粉尘的恶劣环境。由于圆弧齿同步带轮传动功率比梯形齿同步带轮大3~5倍,所以其能够满足大功率传动的要求。圆弧齿同步带轮传动特点如下。1圆弧齿轮传动是点啮合传动,只适用于斜齿轮,不能用于直齿轮。2kNg曲k_L匕酒行开线大,接触强度比渐开线高。3对中心距变动的敏感性比渐开线大。加工时,对切齿深度要求较高,不允许径向变位切削,还要严格控制装配误差。平顶圆弧齿同步带齿根应力集中小,载荷分布合理,传动能力和使用寿命高,是目前较为先进的同步带。凹顶抛物线齿形同步带齿顶设计成凹形,可以改善啮合状态、减缓冲击,因此其工作噪声较低。1.2国内外研究现状目前,对正时系统的研究主要集中在如何提高同步带疲劳强度、延长使用寿命、提高带传动精确性等方面,如CONTITECH公司采用HNBR/ZMA与芳纶短纤维配合制造HSNPOWER同步带在汽油机中使用,其寿命超过240000km,已接近与发动机同寿命的目标。而链传动主要集中在如何提高其强度、耐磨性能以及降低噪声等方面。瑞典Optibeh公司生产的汽车同步带有35000、40000、41000、45000、58000、84000、93000型等7种型号。从产品型号上看,全世界共生产109种汽车用同步带,其中绝大多数为发动机同步带,仅有少数为汽车空调、压缩机、动力转向泵、配电器等机械用同步带。近年来,汽车发动机梯形齿同步带已向高扭矩、低噪声、长寿命的圆弧齿含抛物线齿,即RPP同步带方向发展。国外一些著名的公司如日本的MITSUBISHI、美国的GATES等已研制出节距为9.525mm的汽车发动机用圆弧齿同步带,并已进入推广应用阶段。2楔形带在发动机中的应用汽车用多楔带是由V带演变过来的,多楔带的结构使其在较小的传动带轮上具有更好的柔软性,而且传动带的背部更容易弯曲,在现代结构紧凑型的发动机中运行更好,且占用空间小,多楔带的这种蛇形传动为设计紧凑型发动机提供了可能性。多楔带集平带和v带的优点于一体,其结构上以平带为基体,而内表面则排列了等距的纵向楔体楔角通常为40。,此带综合了两者之长。多楔带的强力层位于平带的基体部分,不像V带那样位于楔体部位。与平型传动带相比,多楔带工作面由多个楔体组成,因而增大了与带轮的接触表面和摩擦力,所以多楔带不易打滑,提高了传动效率。其与联组V带相比,还有两点可取之处第一,沿带宽的载荷分布更为均匀第二,因带体较薄相对于V带,运转时所承受的离心应力和弯曲应力均小于普通V带,因此可配置较小的传动轮,运行时耗费较少的电能即可获得较高的传动比,节能降耗的效果明显。多楔带是一种很有发展前途的传动胶带。特别在汽车上大量被用作发动机的驱动带。目前,轿车发动机图1多楔带结构1.顶面层2.抗拉体3.粘合胶4.楔胶第6期吴梦宇,等带传动技术在发动机上的应用15上基本都使用多楔带作为发动机前端附件传动轮系的驱动用带。多楔带的结构如图1所示。2.1EPDM多楔带与IINBR多楔带多楔带按照使用材料分类主要分为氯丁橡胶CR多楔带、三元乙丙EPDM多楔带和氢化丁腈HNBR多楔带。汽车传动带原先使用的综合性能较好的氯丁橡胶多楔带,由于其耐热性欠佳,已为HNBR、EPDM多楔带所取代。2.1.1EPDM多楔带近年来,多楔带在汽车上得到普遍应用,而发动机室的温度越来越高,有的要求橡胶件能耐150%的温度,瞬间能耐170%,而氯丁橡胶CR达不到这一要求。EPDM多楔带耐高温性能和高温疲劳寿命明显提高,如CR多楔带在107C温度下疲劳寿命只有50h,而EPDbl多楔带在121C温度下疲劳寿命可达125h。CONTITECH开发的EPDM多楔带使用寿命已达240000km。三元乙丙橡胶EPDM具有良好的耐候性和耐磷酸酯液压油的性能,可应用于汽车发动机系统。目前,发达国家已经完全取代NR和CR。HNBR过于昂贵,主要用于要求非常高的正时皮带以及要求耐油和耐臭氧的油田专用传动带。EPDM价格较适中且密度小,在耐热、耐候、耐臭氧、耐化学品以及可抑制裂口增长等方面都具有非常优异的性能,因此国外在多年前就已经开始使用EPDM汽车传动带。2.1.2氢化丁腈橡胶多楔带HNBR通过配方调节,其性能可在较大范围内变化,比较典型的性能见表1,其拉伸强度比CR、NBR高,而ZSC甚至达到PU的水平HNBR的耐热空气老化性能优异,并与其饱和度有关,饱和度越高耐热性能表1ItNBR硫化胶的典型性能项目指标硬度邵尔A/C拉伸强度/MPa扯断伸长率100%定伸强度/MPa300%定伸强度,MPa回弹率,%压缩永久变形/%磨耗量1.61km/em3459013~35l00~6o03205~3030~50室温53~5670℃1523Cx70h20150C70h25200℃70h0.03~0.05室温0.040.06150℃越好。HNBR在150%42d的老化条件下扯断伸长率仍然保持50%,拉伸强度实际上未变化、硬度邵尔A只增加1IC。特别是不像其他橡胶,温度对NHBR的硬度和模量影响都不大,这一点非常重要,汽车同步带要求在一定的温度和速度范围内都应保持初始张力下的形状,以防带与带轮产生时间滞后Timelag现象。HNBR的长期动态性能稳定,给定使用寿命为1000h时,各种耐油橡胶的使用温度见表2。表2给定使用寿命1000h各种耐油橡胶的使用温度胶种使用温度,℃乙烯硫脲硫化CR硫黄硫化NBR硫黄硫化HNBR过氧化物硫化HNBR苯甲酸铵硫化ACM1011O6126150159HNBR还具有良好的耐臭氧、耐气候老化、耐化学品等性能,并具有很好的压缩永久变形性能和溶胀性能。HNBR动态性能优异,其裂口增长明显低与CR。另外,HNBR耐磨性能优越,这是由于HNBR具有非常高的拉伸积,而拉伸积与耐磨指数成正比,因此HNBR是优良的耐磨橡胶材料。2.1.3HNBR在汽车传动带上的应用现代汽车对节能、环保、舒适、安全等方面的要求越来越高,使得整个发动机室结构复杂、紧凑,工作时温度较高,所以其中的橡胶件应具有较强的耐高温性能。随着发动机润滑技术的改进,润滑油中采用了新的添加剂,因此对发动机中橡胶件的耐油性能也提出了更高的要求。另外,较长的维修期,对橡胶件的耐久性能要求也越来越高。汽车传动带原先使用的综合性能较好的氯丁橡胶,由于其耐热性能欠佳,已无法满足上述要求,现已为HNBR所替代。2.2弹性多楔带随着汽车工业的发展和人们环保意识的增强,世界各国生产的家用轿车都朝着小型化的方向发展。因此,汽车上各零部件均趋向于小型化,空间布局要求紧凑合理。但汽车发动机传动皮带的装配一直采用传统的方法,即采用皮带张紧装置。这种方法的主要缺点是传动轮系不紧凑、材料浪费大、装配困难,在使用时要经常调节张紧轮的位置以保证胶带正常运行时所需的张力。这样,摩擦噪声大,传递功率损失大,使用寿命短。弹性多楔带在运行时带的张紧力不会因皮带磨损16林业机械与木工设备第40卷而减小,可降低因胶带打滑而产生的噪声,减少胶带的振动可延长轴承的使用寿命,增大胶带的传动功率,使用寿命更长O而且在整个使用过程中无需调整张力,这样还可以省略张力调节机构,使整体布局更加紧凑。弹性多楔带如图2所示。伸长后图2弹性多楔带近几年来,小型家用轿车为了简化发动机前端附件传动轮系结构也开始使用弹性多楔带作为驱动用带。弹性多楔带一般使用扯断伸长率大于20%的高捻度尼龙纤维作为强力层线绳。特高、大陆CONTITECH等公司生产的汽车用弹性多楔带的使用寿命已达150O00km3非圆带轮传动技术目前汽车发动机正时系统普遍采用多阀门和变阀门技术,这使凸轮轴的脉冲负荷成倍增加,导致发动机振动幅度加大,既影响整车NVH噪声、振动和平稳性能,也对同步带和其他部件造成损害。为了最大限度地抵消这个振动,Lintens公司发明了SmartSprocketTM非圆齿轮传动技术CTCcamshafttorquecancellationtechnology,即凸轮段的带轮不是传统的纯圆形,而是椭圆或非圆的,这样在运行过程中可以抵消大部分振幅,减少40%带及其部件的作用力,提高带使用寿命,节约燃料消耗。非圆带轮传动如图3所示。图3非圆带轮传动4汽车正时带由于汽车正时带传动噪声较低、传动效率高,同步性能好,比链条价格低廉,又不需要润滑,既节省空间又能减轻质量,因而被广泛应用于顶置凸轮发动机上,尤其是小排量发动机,几乎100%使用正时带。随着现代汽车发动机对运行环境温度、负荷、噪声、排放和维护周期等要求不断提高,正时系统的负荷不断增大,对配气正时机构的精度要求也越来越高,因此正时传动带也不断地在负荷、耐高/f氐温性能和噪声等方面进行优化,以满足客户的不同使用要求。现代汽车要求正时传动带与发动机寿命等同24~30万km,使用温度在一35~150C范围内,这对正时带的疲劳性能和运行可靠性能都提出了新的要求,盖茨公司的HSN正时带的结构也在向更耐疲劳和低排放的方向发展,目前其8399型皮带已经达到了与发动机寿命等同的要求。5小结汽车传动带是汽车发动机重要的零部件,其中多楔带和同步带的快速发展,氢化丁腈橡胶HNBR在同步带上的应用,三元乙丙橡胶EPDM在多楔带、非圆带轮传动上的应用,汽车正时带的应用等等,都是为了适应汽车工业最新技术要求而发展起来的。参考文献1韩永春.汽车发动机用新型平顶圆弧齿同步带研究J.机械工程师,199541011.2陈哲同步带在汽车发动机上的应用现状及发展趋势J.橡胶工业,1995,426363365.3陶大君.弹性多楔带生产技术J.世界橡胶工业,2011102124.4杨忠敏.汽车橡胶传动带及其材料研发进展J.橡塑资源利用,201033441.5刘洪江,钦焕宇,吴卫东.耐热EPDM汽车多楔带产品的研制J.特种橡胶制品,201t8.6吴贻珍.中国传动带技术现状与未来发展A.中国胶带发展论坛论文集C.浙江中国橡胶工业协会,20064256.7吴卫东,朱新军,哈德尔别克,等.采用拉伸应力一应变特性评价短纤维与EPDM界面粘合水平的研究A.2009年全国高分子学术论文报告会论文集c.天津中国化学会高分子学科委员会,2009.8吴贻珍.国外汽车传动带技术最新进展A.中国胶带发展论坛论文集C.浙江中国橡胶工业协会,20069297.9陆文龙.汽车传动带发展与应用Jj.中国橡胶,2010,26201821.第一作者简介吴梦宇1990一,女,本科学生,北京林业大学工学院,机械设计制造及其自动化专业。

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