带传动技术在发动机上的应用

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
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:
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与发展概况[J ].木材加工机械,2009(增刊).
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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).
带传动技术在发动机上的应用
吴梦宇,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:TQ 336.2
文献标识码:Ａ
文章编号:2095-2953(2012)06-0013-04
Application of Belt Transmission Technology to Engines
WU Meng-yu,WANG Meng-meng*,YANG Yue
(School of Technology,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China )
Abstract :S ta rting fro m the deve lo pm e nt tre nd o f auto m o tive tra ns m is s io n be ltsa t do m e s tic a nd abro a d,the pro ble m s w ith the us e o f a uto m o tive tra ns m is s ion be lts are s ta te d,the functio na l cha ra cte ris tics o f va rio us tra ns m is s io n be lts ,their a pplicatio n to e ng inesa nd de ve lo pm e nt tre nd a reana lyz e d a nd dis cus s ed.
Key words :be lt tra ns m is s io n;s ynchro no usbe lt;V-ribbe d be lt
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。

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。

收稿日期:2012-02-14
*通讯作者:王猛猛(1984-),男,助理实验师,北京林业大
学工学院
第40卷第6期
林业机械与木工设备
Vo140No.62012年6月
FORESTRY MACHINERY &WOODWORKING EQUIPMENT
Jun.2012
综述
. All Rights Reserved.
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。

(2)相对曲率半径比渐开线大,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HSN-POWER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Optibelt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
1
2
3
4
图1多楔带结构
1.顶面层;
2.抗拉体;
3.粘合胶;
4.楔胶
林业机械与木工设备
14第40卷. All Rights Reserved.
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HNBR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107℃温度下疲劳寿命只有50h,而EPDM
多楔带在121℃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11°C。

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(Time lag)”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。

HNBR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
表1HNBR硫化胶的典型性能
项目
硬度(邵尔A)/℃
拉伸强度/MP a
扯断伸长率/% 100%定伸强度/MPa 300%定伸强度/MPa 回弹率/%
压缩永久变形/%
磨耗量(1.61km)/cm3
指标
45~90
13~35
100~600
3~20
5~30
30~50(室温)
53~56(70℃)
15(23℃×70h)
20(150℃×70h)
25(200℃×70h)
0.03～0.05(室温)
0.04～0.06(150℃)
表2给定使用寿命1000h各种耐油
橡胶的使用温度
胶种
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(ACM)
使用温度/℃
101
106
126
150
159
吴梦宇,等:带传动技术在发动机上的应用15
第6期
. All Rights Reserved.
图3非圆带轮传动
伸长后
原带
图2弹性多楔带
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。

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。

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150000km。

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(CTC camshaft torque cancellation technology),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。

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/低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-35~150℃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。

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第一作者简介:吴梦宇(1990-),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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第40卷
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