浅谈汽车发动机多楔带轮系设计范文

摘要：本文介绍了多楔带轮系的结构与特点，结合多楔带在汽车发动机前端附件传动系中的应用，对发动机多楔带轮系的布置原则和方法进行了探讨，提出了在设计过程中应该重点考虑的事项。

关键词：发动机；多楔带；皮带轮系；设计

0引言

汽车发动机的附件系统如水泵、空调压缩机、发电机等采用皮带传动来驱动。发动机前端附件传动系统设计的优劣，将直接影响发动机及其附件的性能和工作可靠性，进而影响到整机的技术指标，因此，其设计和开发也越来越引起人们的重视。附件传动系统是利用带与带轮之间的摩擦力，将发动机的动力传递给附件并使其在合适的转速下运转。本文着重介绍了多楔带的结构及特点，结合新车开发中遇到的轮系课题，提出了在多楔带轮系设计中应重点关注的要素。

1多楔带轮系的结构特点

1.1多楔带轮系的结构多楔带轮系由多楔带和皮带轮组成。

1.2多楔带轮系的优缺点现代汽车发动机附件多，布置空间小，传统V型带由于其弯曲性能较差，不适合小空间弯曲传动，已无法满足现代汽车的传动要求。多楔带在V型带的基础上，将一个V型带演变成多个微型V型带集成，从而有效地解决了附件多，布置空间小的课题。与V型带相比，多楔带具有以下优点：①输送的扭矩、功率大，空间相同时比普通V带的传动功率的高三分之一。②传动系统结构紧凑，可以背面传动，一根带传动轮的数量多，在相同的传动功率情况下，传递装置所占空间比普通V带小四分之一。③带体薄，富有柔软性，适应带轮直径小的传动，也适应高速传动，带速可达40m/s。④运转平稳，振动小，发热少。⑤张紧拉力不容易丧失，调整次数少；耐热、耐油、耐磨，寿命长。多楔带轮系的缺点：①对中度要求较高。多楔带相当于由多个微型三角带组成，每个三角带都有对中度要求，合体后的多楔带对对中度的要求更严苛，轮系布置精度要求高。②多楔带同时带动多个附件带轮，对皮带质量和可靠性的要求更高。③成本相对较高。

2多楔带轮系的设计要素

2.1附件带轮位置发动机附件轮系的布置首先受到整车总布置尺寸的限制，有限的空间加大了轮系布置的难度。在条件允许的情况下，负荷最大的附件应处于第一轮的位置，避免带在整个带长上均承受较大的拉力。负荷较低的附件和直径较小的带轮应放在松边，以减小带中应力水平，提高带的寿命。同时还应使带轮有足够的包角，以保证轮系工作时能传递足够的功率。

2.2带轮尺寸的确定设计附件驱动系统的过程中，确定发动机各附件的带轮直径首先应保证发动机各个附件的速比要求。尽量做到最大限度的发挥附件的性能。速比的计算相对简单，即为带轮之间的角速度之比。

2.3皮带轮对中度要求皮带轮未对中易造成皮带偏磨和异响，为了保证皮带轮系对中，需要满足以下三点：①保证各个皮带轮轴互相平行。②保证皮带轮在同一平面。③关于轮系对中度要求，理论上相邻皮带轮的偏移量要控制在0.7度以下，因此各带轮设计间距将直接影响对轮系位置精度的要求。

2.4多楔带的包角与带长

2.4.1多楔带的包角与带长包角和带长是多楔带传动设计计算中的两个基本参数。目前计算机CAD软件已广泛应用在皮带轮系设计过程中，在确定带轮的位置和直径后，可以借用设计软件快速获得带轮的包角和皮带带长。

2.4.2包角设计皮带包角是带传动设计中的重要参数。包角的大小由带轮位置和带轮有效直径决定。如果带的包角偏小，则需要调整附件的位置或增加多楔带的楔数，来满足皮带传动能力的要求。两者是可以进行互补的关系，如果结构允许也可以通过采用导向轮或张紧轮的方法来增大包角。由于轮系布置影响因素较多，专业皮带设计公司需要借助轮系设计专业软件进行综合分析计算，并加以实车验证。在轮系包角设计中要特别注意以下两个方面：①皮带轮系设计中，要避免产生一个皮带轮同时受到两个皮带包角作用。②当无法避免一个皮带轮同时受到两个皮带包角作用时，要使两个包角的差值尽可能的大，以使带轮始终受到同一方向的径向力，避免产生异响等。由于水泵皮带轮由两段包角相近的皮带传递动力（两段包角差仅3度左右），两段皮带产生的径向力（Q1和Q2）非常接近，方向近似相反并相互抵消，在发动机运转时，水泵轴承受的径向合力方向会在瞬间时上、时下，使水泵轴联轴承承受交变载荷，产生震动异响(咕噜声)。为了使水泵带轮受到的两个径向合力始终朝向一个方向，必须使Q1和Q2差距变大，即改变皮带上、下包角，使包角差变大，进而使皮带轮承受定向的径向力，使水泵轴联轴承一直承受同一方向的载荷，消除振动异响。

2.5皮带张紧力皮带的预张紧力是保证轮系正常工作的必要条件。张紧力过小，容易造成皮带与带轮的摩擦力过小，皮带在带轮接触面出现滑动，传递载荷的能力降低，效率低；但预紧力过大，则会使带的寿命降低，轴和轴承上的载荷增大，引起轴承发热与磨损严重，并产生噪音异响。因为在诸多因素中张力对寿命的影响最大，所以在设计中带的预张力先根据经验或计算合理给出,然后通过试验最终确认，在装配调整中严格控制。

2.6皮带轮支架轮系中的各部件在装配后，需要保证各个带轮中心处于同一平面，一般要求偏移角不超过0.3°，以避免带发生皮带偏磨，产生噪音，并影响轮系寿命。根据轮系传动力，径向力等要求，合理选择支架材料和加工工艺，并借助于CAE分析，确保带轮支架有足够的强度、刚度和制造精度。

3结论

①本文介绍了多楔带轮系的结构与特点，为多楔带轮系设计提供了理论依据。②结合多楔带在汽车发动机前端附件传动系中的应用，指出了发动机多楔带轮系在设计过程中需要考虑的要素及注意事项，重点介绍了带轮位置布置、带轮直径、皮带对中度、带长、带型选择、包角、预张紧力和带轮支架等事项。

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作者：李庆成 单位：郑州日产汽车有限公司