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 4 0 卷第 6 期 2 0 1 2年 6月 林业机械与木工设备 V 1 4 0 N 6 F O R E S T R Y MA C HI N E R Y WO O D WO R K I N G E Q U I P ME N T J u n 2 0 1 2 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 1 0 0 0 8 3 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 T Q 3 3 6 2 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 2 9 5 3 2 0 1 2 0 6 0 0 1 3 0 4 App l i c a t i o n o f Be l t Tr a n s mi s s i o n Te c hno l o g y t o Eng i n e s W U M e ng y u W ANG M e n g me n g YANG Yue S c h o o l o f T e c h n o l o g y B e i j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 C h i n a Abs t r a c t S t a r t i n g f r o m t h e d e v e l o p me n t tre n d o f a u t o mo t i v e t r a n s mi s s i o n b e l t s a t d o me s t i c a n d a b r o a d t h e p r o b l e ms wi t h t h e u s e o f a u t o mo t i v e t r a n s mi s s i o n b e l t s a r e s t a t e d the f u n c t i o n a l c h a r a c t e r i s t i c s o f v a r i o u s t r a n s mi s s i o n b e l t s t h e i r a p p l i c a t i o n t o e n g i n e s a n d d e v e l o p me n t t r e n d a r e a na l y z e d a n d d i s c u s s e d Ke y wo r ds b e l t t r a n s mi s s i o n s y n c h r o n o u s b e l t V rib b e d b e l t 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 2 0 1 2 0 2 1 4 通讯作者 王猛猛 1 9 8 4 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 O H C 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C V T 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E J 木材加工机械 2 0 0 9 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 2 0 1 0 2 8 一l 1 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 2 0 1 1 2 2 6 2 9 3 1 4 维奇 细木工板产品合格率 8 3 4 J 中国质量技术监督 2 0 1 1 1 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 2 0 0 9 增刊 1 4 林业机械与木工 设备 第4 0 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 H T D带 平顶圆弧齿 s 系列又称为 S T P D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 D A 和交错齿型 代号 D B 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 2 k N g 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 C O N T I T E C H公司采用 H N B R Z MA与芳纶短纤 维配合制造 H S N P O WE R同步带在汽油机中使用 其 寿命超过 2 4 0 0 0 0 k m 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 O p t i b e h公 司生产 的汽车 同步带有 3 5 0 0 0 4 0 0 0 0 4 1 0 0 0 4 5 0 0 0 5 8 0 0 0 8 4 0 0 0 9 3 0 0 0型 等 7种 型 号 从产品型号上看 全世界共生产 1 0 9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 R P P 同步带方 向发展 国外一些著名的公司如 日本的 M I T S U B I S H I 美 国的G A T E S 等已研制出节距为 9 5 2 5 m m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 4 0 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 1 5 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 1 E P D M 多楔 带与 I I N B R 多楔 带 多楔带按照使用材料分类主要分为氯丁橡胶 C R 多楔带 三元乙丙 E P D M 多楔带和氢化丁腈 H N B R 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 H N B R E P D M多 楔带所取代 2 1 1 E P D M 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 1 5 0 的温度 瞬间能耐 1 7 0 而氯丁橡胶 C R 达不到这一要求 E P D M多楔带耐高温性能和高温疲劳寿命明显提高 如 C R多楔带在 1 0 7 C 温度下疲劳寿命只有 5 0 h 而 E P D b l 多楔带在 1 2 1 C 温度下疲劳寿命可达 1 2 5 h C O N T I T E C H 开发的 E P D M多楔带使用寿命已达 2 4 0 0 0 0 k m 三元 乙丙橡胶 E P D M 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 N R和 C R H N B R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 E P D M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 E P D M汽车传动带 2 1 2 氢化 丁腈橡胶 多楔带 H N B R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 C R N B R 高 而 Z S C甚至达到 P U的水平 H N B R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 1 I t NB R硫化胶的典型性能 项 目 指标 硬度 邵尔 A C 拉伸强度 MP a 扯断伸长率 1 0 0 定伸 强度 MP a 3 0 0 定 伸强度 MP a 回弹率 压缩永久变形 磨 耗量 1 6 1 k m e m 3 4 5 9 0 1 3 35 l 0 0 6 o 0 3 2 0 5 3 0 3 0 5 0 室温 5 3 5 6 7 0 1 5 2 3 C x 7 0 h 2 0 1 5 0 C 7 0 h 2 5 2 0 0 7 0 h 0 0 3 0 0 5 室温 0 0 4 0 0 6 1 5 0 越好 HN B R在 1 5 0 4 2 d 的老化条件下扯断伸长率仍 然保持 5 0 拉伸强度实际上未变化 硬度 邵尔 A 只 增加 1 I C 特别是不像其他橡胶 温度对 N H B R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 T i m e l a g 现象 H N B R的长期动态性能稳定 给定使用寿命为 1 0 0 0 h 时 各种耐油橡胶的使用温度见表 2 表2 给定使用寿命 1 0 0 0 h各种耐油 橡胶 的使用温度 胶种 使用温度 乙烯 硫脲硫化 C R 硫 黄硫化 NB R 硫 黄硫化 HN B R 过 氧化物硫化 HN B R 苯 甲酸铵硫化 A C M 1 0 1 1 O 6 1 2 6 1 5 0 1 5 9 H N B R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 H N B R动态性能优异 其裂 口增长明显低与 C R 另 外 HN B R耐磨性能优越 这是由于 H N B R具有非常高 的拉伸积 而拉伸积与耐磨指数成正比 因此 HN B R是 优 良的耐磨橡胶材料 2 1 3 H N B R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 H N B R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 1 6 林业机械 与木工 设备 第4 0 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 2 0 的高捻 度尼龙纤维作为强力层线绳 特高 大陆 C O N T I T E C H 等公 司生产的汽车用弹性 多楔带 的使用 寿命 已达 1 5 0 O 0 0 k m 3 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 N V H 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 L i n t e n s 公 司发 明 了 S m a r t S p r o c k e t T M 非 圆齿 轮 传动 技术 C T C c a m s h a f t t o r q u e c a n c e l l a t i o n t e c h n o l o g y 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 4 0 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 1 0 0 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 2 4 3 0万 k m 使用温度在一 3 5 1 5 0 C 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 H S N正时带 的结构也在 向更 耐疲 劳和低排 放的 方向发