发动机正时系统简介

链条 1.寿命长（普遍的寿命在30万公里以上） 2.故障率低，不易发生正时传动故障导致汽车
抛锚。 1975年皮带传动由于价格便宜，客户对于耐久
性和可靠性的期望较低，皮带占据主流。 2000年链条的使用寿命大大增加，达到了30万
公里，链传动占据主流。 2015年至今，普遍认为皮带传动在技术能力上
图为发动机曲轴椭圆形偏心轮简化结构图，椭圆形带轮上的齿面节距
等于正时皮带齿节距，本例节距恒定为8mm，而带轮的每个齿节距对 应的夹度是变化的。椭圆形偏心轮的偏心量等于W，椭圆形偏心轮长 轴等于R1+R2+W，短轴等于R1+R2。椭圆形偏心轮为对称分布，因此 有R1等于R2。
曲轴椭圆形偏心轮详细设计尺寸如图4-5所 示，其理论节圆直径为61. 115mm,偏心量为 2mm。因理论节圆直径不变，理论节圆周 长也不变化，但齿顶圆半径是变化的，因
4.环境预测：已知系统的输出及系统的参数， 确定系统的输入，以判别系统的环境特性。
机械振动的研究方法
1.建立力学模型： 世纪的机械振动系统往往是很复杂的，为便于分析和计
算，必须抓住主要因素，因而略去一些次要因素。 2.建立数学模型： 应用物理定律对所建立的力学模型进行分析，导出描述
系统特性的数学方程。振动问题的数学模型表现为微分 方程的形式。 3.方程的求解： 为得到描述系统运动的数学表达式，就需对数学模型求 解。 4.分析结论： 根据方程的解提供的规律和系统的工作要求及结构特点， 可以作出设计和改进，以获得问题的最佳解决方案。
文献阅读报告
文献题目：带有偏心轮的发动机正时传动 报告人：何泽 作者：李家旺
发动机正时传动系统
发动机正时传动系统是发动机设计开发中 的一项重要内容，其组成零部件多，相互 之间关联复杂。正时传动系统工作时，同 时受到气门机构中凸轮轴和曲轴轴系中曲 轴的直接作用，是典型的多输入多输出系 统，常常发生振动与噪声问题。削减正时 传动系统的振动噪声，是发动机整机降噪 和设计改进的重点之一。
如可靠wenku.baidu.com，耐久性等提高余地不大，但皮带的 伸长率几乎为零，在这点上皮带有很大优势。
机械振动的研究内容
1.响应分析：已知输入和系统的参数，求系统 的响应。
2.系统设计：已知系统的激励，设计合理的系 统参数，满足预定要求的动态响应。
3.系统识别：在已知输入和输出的情况下求系 统参数，对已有的机械系统进行激振，测得在 激振下的响应，然后识别系统的结构参数。
偏心轮技术就是把曲轴带轮设计为偏心或椭圆形，工作时在与其啮 合的皮带中产生附加的周期性变化的张力，并传至凸轮轴，在凸轮轴上 产生附加的校正力矩。若设计合适，则可削弱凸轮轴角振动。
把直列四缸机的曲轴带轮设计为椭圆，一个工作循环中曲轴转两圈， 在凸轮轴产生四个周期的力矩波动，刚好与凸轮轴负载力矩波动四个周 期相同。当两个力矩波动幅值相近且波峰与波谷相对时，其叠加后合力 矩将减小或基本抵消，就可减轻或消除凸轮轴角振动，如上图凸轮轴负 载力矩与皮带校正力矩叠加示意图。
此椭圆形偏心轮上的每个齿节距对应的夹
度是不同的，且夹角变化呈对称分布，这
是为了保证椭圆形偏心轮的理论节圆周长 与圆带轮的节圆周长一致。
减小凸轮轴负载力矩波动、降低凸轮轴 角振动是正时皮带传动研究的重点
减轻凸轮轴角振动的措施
主动减振：优化皮带刚度、阻尼等参数， 增大张紧器张紧力等。缺点增加功耗，降 低各零件寿命。
被动减振：各公司非常重视这种方法，从 已有的文献看，有两种典型结构。
1.凸轮轴减振器 2.橡胶联轴器
凸轮轴减震器的工作原理：在带轮内层和外层金属之间硫化 一层橡胶，利用橡胶阻尼特性隔离凸轮轴各主要谐振阶次的 角位移传递给外层皮带轮，从而减小凸轮轴角振动对正时皮 带传动的影响，优点是凸轮轴角振动减震效果明显。缺点是
近年来国外开发出一种设计理念完 全不同的椭圆形偏心带轮技术
偏心轮技术示意图
偏心轮技术工作原理
如前所述，凸轮轴发生角振动的根本原因在于，气门周期性启闭使 凸轮从动件作用在凸轮上的载荷周期性变化，从而在凸轮轴上产生周期 性变化的负载力矩和角振动。其中，凸轮轴负载力矩可分为平均值和波 动值，平均值就是凸轮轴平均阻力矩，波动部分使其发生角振动。发动 机工作时，若能用正时皮带在凸轮轴上产生一个校正力矩，使其与负载 力矩波动相位相反而频率、幅值相同，则凸轮轴角振动可削弱或消除。
正时传动系统的几大设计难点
可靠性、 振动和噪声
以往的减振方法
1.增大张紧器的张紧力和阻尼 2.提高正时皮带刚度 缺点：降低了各零部件的可靠性和使用寿命，增加了摩擦 阻力，不利于发动机燃油经济性，效率降低。
本文提出的解决办法
曲轴带轮由圆带轮改为椭圆形偏心轮
正时皮带传动与链条正时传动
1.正时皮带降低成本，相比于链条便宜很多。 2.皮带在后期的使用中连续带来利润（在规 定的里程和时间，定期更换皮带）。 3.正时皮带提高发动机的动力性，这就变向 的节省油耗，提高效率。 4.相比较链条传动（即使有静音链）噪声低。
结构复杂、成本高、布置空间受限。
橡胶联轴器工作原理：在进气凸轮轴或排气凸轮轴后端增 加柔性橡胶联器，金属骨架分别与凸轮轴、高压燃油泵、 真空泵连接，利用中间橡胶层来隔离高压燃油泵等附件的 大负载波动力矩对凸轮轴角振动的影响，但对降低凸轮轴 因气门机构引起的角振动没有助益。采用橡胶联轴器的缺 点是:结构复杂，增加了缸盖长度，布置空间受限制，对发 动机缸盖结构改动较大，成本较高；橡胶材料不仅承担较 大力矩、还承受油品腐蚀和油温影响，对橡胶材料要求高。