【《基于MATLAB的发动机正时链系统设计案例分析》4100字】

第[18]，发动机的正时系统的传动功率 （3.1）式中： 为汽车发动机的传动效率，一般为80~85%，这里取85%； 为发动机功率，根据表3.1可知选用的发动机功率为； 为汽车发动机正时系统功耗，一般为20%。最终求得正时系统传动功率为。一般考虑到链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数的不同选择，将链传动所传递的功率修正为当量的单排链计算功率 （3.2）式中： 为工况系数，通过参考表3.2这里取2.1； 为主动链轮齿数系数，通过参考表3.3这里取1.00； 为排数系数，通过参考表3.4这里取1.0。最终求得。表3.2工况系数从动机械特征主动机械特征平稳运转轻微冲击中等冲击平稳运转1.01.11.3中等冲击1.41.51.7严重冲击1.81.92.1表3.3主动链轮齿数系数1517192123251.271.121.000.910.830.76表3.4排数系数排数1234561.01.72.53.34.04.6正时滚子链系统及其部件的设计总体布局的设计结合实际项目要求，如图3.1所示，主动链轮以某一速度按顺时针转动，则对应的紧边，对应的是松边。进气凸轮轴圆心坐标（-411.628，418.274），排气凸轮轴圆心坐标（169.614，418.274），主动链轮主轴圆心坐标（-219.388，-590.646）。图3.1初始设计空间示意图经过合理的几何计算得到为、为、为。对于的松边一般采用机械或液压张紧器对其进行张紧，的紧边用固定导轨进行固定。滚子链链条的设计与计算（1）确定链条型号根据发动机的相关技术参数可知主动链轮转速为，这里取，另外考虑当量的单排链计算功率，通过的不断调参并由图3.2，最终确定链条型号为10A，其主要参数如表3.5所示。

图3.2A系列、单排滚子链额定功率曲线表3.510A规格滚子链的主要参数ISO链号节距滚子直径内链节内宽销轴直径内链板高度排距抗拉载荷单排链的质量单排双排10A15.87510.169.45.0915.0918.1121.843.61.00（2）计算理论链节数和中心距初选滚子链中心距，按式3.3计算理论链节数： （3.3）为了避免使用过度链节，应将计算出的链节数圆整为偶数，导轨设计完毕后再将理论数值与实际数值做对比，再做适当调整。链传动的最大中心距为 （3.4） （3.5）式中： 为中心距计算系数，通过式3.5及表3.6可知则。如图3.3经调参后，链传动的最大中心距。表3.6中心距计算系数87654.80.249780.249700.249580.249370.249314.64.44.24.03.80.249250.249170.249070.248960.24883图3.3MATLAB最大中心距调参部分界面（3）计算链速，确定润滑方式由式2.1可计算出链条绕过主从动轮的平均链速，主动链轮的最高链速 （3.6）结果求得为27775.35。根据实际经验及发动机具体需求，设计确定润滑方式为压力供油润滑。（4）有效圆周力在正时链传动机构中，传动链条的紧边张力由有效圆周力、离心力引起的张力及松边垂度引起的张力三部分组成。由于系统中设有固定导轨，松边设有张紧导轨，因此传动链条的紧边张力主要由有效圆周力影响： （3.7）式中： 为7级精度齿轮传动效率，这里取为0.98； 为滚动轴承传动效率，这里取为0.99。经计算，正时链传动系统中的有效圆周力为455。滚子链链轮的设计与计算（1）链轮齿形滚子链与链轮的啮合属于非共轭啮合，其链轮齿形的设计比较灵活。在国标GB/T1243—2006中没有规定具体的链轮齿形，仅仅规定了最小和最大齿槽形状及其极限参数。根据前期主从动轮的各项参数，如图3.4，由式3.8-13分别计算出最小、最大齿槽形状的齿侧圆弧半径、滚子定位圆弧半径及滚子定位角。图3.4滚子链链轮的齿槽形状1）最小齿槽形状：齿侧圆弧半径 （3.8）滚子定位圆弧半径 （3.9）滚子定位角 （3.10）2）最大齿槽形状：齿侧圆弧半径 （3.11）滚子定位圆弧半径 （3.12）滚子定位角 （3.13）结合前期数据，使用调参计算，主从动轮的滚子链链轮的最小、最大齿槽形状各参数如表3.7。表3.7滚子链链轮的齿槽形状链轮名称符号最小齿槽形状最大齿槽形状主动轮齿侧圆弧半径25.6043.97滚子定位圆弧半径5.135.20滚子定位角135.3°115.3°从动轮齿侧圆弧半径48.77132.00滚子定位圆弧半径5.135.20滚子定位角137.6°117.6°结合加工轮齿的刀具和加工方法，最终实际的齿槽形状如表3.8。表3.8设计滚子链链轮的实际齿槽形状链轮名称符号齿槽形状主动轮齿侧圆弧半径30.00滚子定位圆弧半径5.15滚子定位角120.0°从动轮齿侧圆弧半径70.00滚子定位圆弧半径5.15滚子定位角120.0°（2）链轮的基本参数和主要尺寸如图3.5，链轮的基本参数是配用链条的节距、套筒的最大外径、排距和齿数。由式3.14-20可计算出链轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、齿高和确定的最大轴凸缘直径。图3.5滚子链链轮的主要尺寸分度圆直径 （3.14）齿顶圆直径 （3.15） （3.16）齿根圆直径 （3.17）齿高 （3.18） （3.19）确定的最大轴凸缘直径 （3.20）经计算调参，主动轮分度圆直径，齿顶圆直径取整为，取整为，由于和对于最小齿槽形状和最大齿槽形状均可应用，但受到刀具限制，故而取。同时由于与对应，与，因此齿高。齿根圆直径，确定的最大轴凸缘直径取整为。同理，从动轮分度圆直径，齿顶圆直径，齿高，齿根圆直径，确定的最大轴凸缘直径取整为。（3）滚子链链轮轴向齿廓尺寸如图3.6滚子链链轮轴向齿廓尺寸示意图，根据表3.9可计算出链轮轴向齿宽、齿侧倒角、齿侧半径及齿全宽。图3.6滚子链链轮轴向齿廓尺寸示意图表3.9滚子链链轮轴向齿廓尺寸名称符号计算公式备注齿宽单排双排、三排时，使用者和客户同意可以使用时的齿宽，为内链节内宽。齿侧倒角齿侧半径齿全宽为排数经计算，主、从动轮齿宽，齿侧倒角，齿侧半径，齿全宽。导轨的设计与计算汽车发动机正时滚子链系统中的导轨采用张紧导轨和固定导轨两种。张紧导轨主要安装在正时链传动系统的松边一侧，导轨一端铰接，另一端与机械或液压张紧器配合使用，其作用是在张紧器的配合作用之下根据实况对链条的松边进行张紧，一般来说张紧导轨铰链副的位移是靠近主、从动轮，特殊情况根据实际要求进行调整。此外，固定导轨一般安装在正时链传动系统的紧边，由螺栓固定两端，其作用是减弱甚至消除链条与齿轮在啮合是产生的横向波动和由于链条的位置变化而产生的振动，另外限制链条的横向自由度。（1）固定导轨的设计与计算图3.7紧边固定导轨的设计示意图紧边导轨垂度（压入量）通常可取的中心距，如图3.7在本设计中即（），结合具体数值求得紧边垂度取值范围为，垂度的具体取值可根据设计的实际需求在取值范围内取值，这里初选紧边垂度为。如图3.6，为紧边垂度，和分别为排气凸轮轴链轮和主动链轮的啮合半径，为安装紧边固定导轨后链条运动轨迹的曲率半径，则 （3.21）紧边导轨垂度与链条运动轨迹的曲率半径之间的关系 （3.22）由于紧边导轨垂度已知，可利用非线性求解程序求得链条运动轨迹的曲率半径，最终求得。（2）张紧导轨的设计与计算设计中张紧导轨安装在正时链系统的松边，其设计方法与固定导轨的设计方法在原理上是基本相同的，不同点分别在于链条的垂度取值和导轨的安装方式。松边导轨垂度通常可取的中心距，如图3.1在本设计中即（），代入具体数值求得取值范围为，结合实际设计情况，最终确定松边导轨垂度为，导轨设计示意图如图3.8。图3.8松边张紧导轨的设计示意图最后将代入式3.21-22，利用非线性求解程序求得链条运动轨迹的曲率半径。图3.9设计完成的正时链系统导轨示意图经过系列设计计算后，正时链系统的整体示意图如图3.9所示。滚子链系统链长的计算图3.10张紧导轨圆弧相切计算的基本模型正时滚子链系统导轨设计完毕后，则需要根据导轨的曲率半径、凸轮轴中心距等设计参数计算出正时链系统的链长，这里用总链节数来表示。对于导轨的弧度一般采用计算弧长的方式来求解弧长，进而由滚子链链条参数得出总链节数，最后将结果取整，为避免使用中链节带来的一系列问题，一般要求总链节数为偶数，若不是偶数可通过调节张紧导轨的转角来使链节数为偶数。如图3.10本处以张紧导轨为例，介绍计算各段弧长的链节方法，固定导轨同理即可求得。设导轨曲率半径圆点的坐标为，主动链轮中心坐标为，进气凸轮轴链轮中心坐标为，中心间距离、间距离为 （3.23）两链轮直线段所围角度、为 （3.24）两链轮直线段长度为 （3.25）长度计算完毕后可利用求出链节数。圆弧段的链节数可利用圆弧圆心角，结合导轨曲率半径求得其对应的链节数 （3.26）主动链链轮中心坐标为，进气凸轮链轮中心坐标为，将其带入式3.23-26可求得张紧导轨的链节数为99，同理求出固定导轨段圆弧对应的链节数，利用对其数值进行优化调节，最后得链节数为100。张紧器工作行程的设计张紧器通常安装在链条的松边侧，即张紧导轨一侧。其利用柱塞的范围内微量往回运动使张紧导轨以铰支点为旋转点进行旋转，进而实