CN106124203B - 一种正时皮带耐久试验机及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正时皮带耐久试验机，包括至少两层轮系，利用机械原理在轮系中形成一转角差，使正时齿形皮带在耐久试验机上能够实现并保持松紧边张力不同。此时皮带的受力状态与其在实际应用中的受力状态吻合度更高，试验效果更佳。该试验机结构简单，造价低廉。在缺少从动轮外部负荷的条件下，在轮系内产生可以调节的负载，模拟松紧边张力不同的特征，在无真实发动机的条件下能模拟皮带张力动态变化的特征，实现负载功率在轮系内部的循环，电动机仅仅需要克服系统的摩擦阻力，节省了传统试验机驱动进气排气凸轮轴的能源消耗，功率消耗极小。

Description

一种正时皮带耐久试验机及测试方法

技术领域

本发明属于皮带耐久测试领域，具体涉及一种正时皮带耐久试验机及测试方法。

背景技术

耐久性能试验是汽车零部件开发过程中不可或缺的环节。耐久试验机用于模拟汽车零部件在真实使用过程中的运行状态，以最接近实际工况的状态或比实际工况更恶劣的状态下长时间运转，记录零部件的关键性能参数，以达到对零部件寿命的等效评估。

正时齿形传动皮带是汽车发动机正时系统的核心零件。四冲程汽车发动机工作过程中，气缸内不断发生进气、压缩、燃烧做功、排气四个过程。每个过程的发生时刻都要与曲轴、活塞的运动状态和位置相配合，使进排气门的打开关闭与活塞的升降相互协调起来。正时皮带连接曲轴皮带轮与配气系统中的凸轮轴皮带轮，通过齿形来保证曲轴与凸轮轴恒定传动比，进而保证发动机气缸内部的进气、排气时间准确。

正时齿形传动皮带属于橡胶部件，随着发动机工作时间的增加，皮带本身会发生如永久伸长、齿形磨损、表面出现裂痕、表面起毛、橡胶硬化，甚至是断裂等耐久性能相关的失效模式。这要求皮带制造商在设计阶段要对皮带做充分的耐久性能考量。耐久试验机是这一考量工作中的重要工具，它使正时皮带能够在逼近于真实车辆使用的状态下长时间运转。通过了等效里程的耐久试验确认设计之后，皮带设计才能够被冻结，产品才能进而进入量产并被投放到市场中所使用。

传统皮带耐久试验机一般使用改造过的发动机，配合电机驱动发动机曲轴，进而驱动正时轮系带动皮带运转。这种试验机的优点是改造后的发动机保留有完整的凸轮轴配气结构，皮带轮系中所承受的凸轮轴负载仍然真实存在，最接近真实运转状态。但是这项工作需要皮带制造商能够获得发动机本体样机，而且改造后的发动机不能再被装回整车中使用。这造成了耐久试验灵活性低，试验机成本高，浪费电力能源等缺点。

非安装于发动机本体的正时皮带耐久试验一般使用无轮系负荷的方式做试验。这种方法使用带有螺纹孔矩阵的钢板，将正时皮带轮按照实际发动机中的几何布置安装在钢板上，再将皮带安装到轮系中。最后用电机驱动轮系转动，达到皮带模拟实际工况运转的目的。由于此方法不能够给皮带轮施加实际使用中的负荷，所以被测皮带上不具有实际工况下松边紧边张力不同的特征，耐久试验结果的可靠性被大打折扣。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种成本低廉，运行模式贴近实际状态，设计灵活的方法来对皮带耐久性能做验证，以满足正时皮带轮系零部件制造商的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种正时皮带耐久试验机，利用机械原理在轮系中形成一转角差，使正时齿形皮带在耐久试验机上能够实现并保持松紧边张力不同。此时皮带的受力状态与其在实际应用中的受力状态吻合度更高，试验效果更佳。

根据本发明的目的提出的一种正时皮带耐久试验机，包括一主轮系与至少一辅轮系，所述主轮系与辅轮系中均包括至少一个主动轮与一个从动轮，所述主轮系与辅轮系的从动轮间刚性连接，为同步转动，被测皮带绕于主轮系的主动轮与从动轮上；

所述主轮系与辅轮系间设置有一转角调节机构，所述转角调节机构用以控制主轮系与辅轮系中主动轮间的转角差；试验前，转角调节机构驱动主轮系与辅轮系中的主动轮朝相反的方向转动，此过程中主轮系中的从动轮与辅轮系中的从动轮、主动轮同向转动，使得主轮系中的主动轮与从动轮转向相反，转动至初始设定角度后锁止，主动轮间形成一转角差，此时主轮系上的被测皮带一侧处于高张力状态，另一侧处于低张力状态，形成皮带松紧边，且皮带松紧边位置及张紧度可调。

优选的，所述主动轮与从动轮自中心至边缘位置距离相等或不等。

优选的，当主动轮为椭圆形时，主轮系每旋转一周，椭圆形结构的长短轴交替处于竖直方向，被测皮带张力两次高低转换，此张力变化状态与四缸四冲程发动机中的2阶次张力动态变化一致；当从动轮为三角形时，主轮系每旋转两周，从动轮三角形结构使被测皮带张力三次高低转换，此张力变化状态与三缸四冲程发动机中的1.5阶次张力动态变化一致。

优选的，所述主动轮间为刚性连接，多个主动轮的圆心同心或圆心错位设置。

优选的，所述辅轮系为齿轮传动、皮带传动或链条传动。

优选的，所述从动轮间为刚性连接，从动轮间通过一连接轴连接固定，所述从动轮与连接轴间为键连接。

优选的，所述试验机包括两层轮系，分别为一主轮系与一辅轮系，所述转角调节机构包括固定连接于主动轮上的转角调节器，两转角调节器相对平行设置且能够相对转动形成转角差。

优选的，两转角调节器间通过圆周切向顶丝机构调节转角差；所述转角调节器包括转盘与垂直设置于所述转盘上的连接部，所述转盘间平行设置，至少一个连接部上设置螺纹孔，所述转角调节机构还包括转角调节螺丝，所述转角调节螺丝旋接于一连接部上并抵住另一转盘的连接部，旋转转角调节螺丝推动两转盘带动主动轮相对转动。

优选的，所述连接部为对称设置2个或在转盘表面呈环形阵列分布的多个。

一种正时皮带耐久测试方法，采用正时皮带耐久试验机，具体如下：

试验进行之前，调节主动轮的转角差：

S1：在主轮系上连接被测皮带，主动轮间连接主动轴支撑，从动轮间连接从动轴支撑，通过整体上拉从动轴支撑将被测皮带进行张紧，此时被测皮带两边张力相同，无松紧边区别；

S2：调节转角调节机构，使主轮系的主动轮与辅轮系的主动轮朝相反的方向旋转，辅轮系中的从动轮被辅轮系的主动轮带动产生与主轮系的主动轮相反的旋转趋势，主轮系的从动轮由于与辅轮系的从动轮刚性连接，也产生与主轮系的主动轮相反的旋转趋势，此时在主轮系中，由于主动轮与从动轮的旋转趋势相反，被测皮带一侧皮带张力将被升高成为紧边，另一侧皮带张力将被降低成为松边，然后锁定主动轮间的转角差不变；

S3：开启驱动马达带动主轮系的主动轮转动，继而带动多个轮系共同运转，此时被测皮带的一侧将持续处于初始设定下的高张力状态，同时其另一侧皮带持续处于初始设定下的低张力状态。

与现有技术相比，本发明公开的正时皮带耐久试验机的优点是：

该试验机结构简单，造价低廉。在缺少从动轮外部负荷的条件下，在轮系内产生可以调节的负载，模拟松紧边张力不同的特征，在无真实发动机的条件下能模拟皮带张力动态变化的特征，实现负载功率在轮系内部的循环，电动机仅仅需要克服系统的摩擦阻力，节省了传统试验机驱动进气排气凸轮轴的能源消耗，功率消耗极小。

利用机械原理在轮系中形成一转角差，使正时齿形皮带在耐久试验机上能够实现并保持松紧边张力不同。此时皮带的受力状态与其在实际应用中的受力状态吻合度更高，试验效果更佳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为试验机的结构示意图。

图2为试验机爆炸图。

图3为传动状态图。

图中的数字或字母所代表的相应部件的名称：

1、主轮系轴承2、主轮系主动轮3、被测皮带4、主轮系转角调节器5、主轮系从动轮6、从动轮连接轴7、辅轮系从动轮8、辅轮系轴承9、辅轮系主动轮10、辅轮系传动皮带11、辅轮系转角调节器12、主动轮支撑轴13、转角调节螺丝14、连接部

具体实施方式

正如背景技术部分所述，传统皮带耐久试验机一般使用改造过的发动机，该方式造成了耐久试验灵活性低，试验机成本高，浪费电力能源等缺点。非安装于发动机本体的正时皮带耐久试验一般使用无轮系负荷的方式做试验。这种方法由于不能够给皮带轮施加实际使用中的负荷，所以被测皮带上不具有实际工况下松边紧边张力不同的特征，耐久试验结果的可靠性被大打折扣。

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种正时皮带耐久试验机，利用机械原理在轮系中形成一转角差，使正时齿形皮带在耐久试验机上能够实现并保持松紧边张力不同。此时皮带的受力状态与其在实际应用中的受力状态吻合度更高，试验效果更佳。

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的目的提出的一种正时皮带耐久试验机，包括一主轮系A与至少一辅轮系B，主轮系与辅轮系中均包括至少一个主动轮与一个从动轮，主轮系与辅轮系的从动轮间刚性连接，为同步转动，被测皮带绕于主轮系的主动轮与从动轮上。

本实施例中以一个主轮系与一个辅轮系为例，每个轮系包含一个主动轮与一个从动轮，当然本发明并不限于两层轮系，还可采用多层轮系的方案，且主轮系与辅轮系中也不限于一个主动轮与一个从动轮，具体不做限制。

请一并参见图1与图2，如图所示，主轮系A包括一主轮系主动轮2与一主轮系从动轮5，主轮系主动轮2通过主轮系轴承1转动固定于主动轮支撑轴12上，被测皮带3绕于主轮系的主动轮与从动轮上，主轮系为被测皮带轮系，用被测齿形皮带传动，另一轮系为辅助传动轮系即辅轮系，可通过皮带、链条或齿轮等形式传动，具体方式根据需要设定，在此不做限制。两层轮系中的主动轮同心同轴，即共用一主动轮支撑轴12，从动轮间也为同心同轴，两层轮系的主动轮与从动轮的传动比相同，当然也可不同，本实施例中优选为相同传动比。

本实施例中从动轮仅用一套，两个从动轮间为刚性连接，实现同步转动，此外，也可以用两套从动轮模拟进排气凸轮轴，同样两个从动轮之间为刚性连接，从动轮间通过一从动轮连接轴6连接固定，从动轮与从动轮连接轴间为键连接，实施两层轮系中从动轮的同步运动，具体连接方式不做限制。

两主动轮间也为刚性连接，但需要两层轮系间的主动轮可以实现角度错位可调。或者是采用圆心错位设置，实现主轮系中被测皮带上拥有松紧边张力不同的特征。

因此，主轮系A与辅轮系B间设置有一转角调节机构，转角调节机构用以控制主轮系与辅轮系中主动轮间的转角差；试验前，转角调节机构驱动主轮系与辅轮系中的主动轮朝相反的方向转动，此过程中主轮系从动轮5与辅轮系从动轮7、辅轮系主动轮9同向转动，使得主轮系主动轮2与主轮系从动轮5转向相反，转动至初始设定角度后锁止，此时两层轮系的主动轮间形成一转角差，主轮系上的被测皮带一侧处于高张力状态，另一侧处于低张力状态，形成皮带松紧边，且皮带松紧边位置可根据两层轮系中主动轮的转向变化而变化，且张紧度可根据形成转角差的大小进行调节，具体不做限制。

综上，本发明中可采用两层轮系的方案或多层轮系的方案。各层轮系之间的相对转角可调实现方法是多种多样的，可使用圆周切向顶丝结构或蜗轮蜗杆结构等形式，具体不做限制。由于各层轮系之间的相对转角可调，产生内部负荷，实现功率内循环。

在被测轮系中，两层轮系中可使用圆形或非圆主动轮、圆形或非圆从动轮的方式实现运行过程中皮带受力拥有动态变化的特征。使得主动轮和/或从动轮自中心至边缘位置距离相等或不等。本发明中可采用圆形或非圆主动轮，圆形或非圆从动轮各种方案的排列组合。轮系中轮子的数目，张紧方式可以采取如本发明所示的方法，也可以采取传统发动机正时张紧器的方法等等。

优选的，本实施例中主动轮为椭圆形，主轮系每旋转一周，椭圆形结构的长短轴交替处于竖直方向，被测皮带张力两次高低转换，此张力变化状态与四缸四冲程发动机中的2阶次张力动态变化一致。如图3所述，分别为椭圆形主动轮的短轴与长轴分别处于竖直方向的形式，当短轴处于竖直方向时皮带为松弛状态，当长轴处于竖直方向时皮带为张紧状态。

转角调节机构包括固定连接于主动轮上的转角调节器，分别包括主轮系转角调节器4与辅轮系转角调节器11，两转角调节器相对平行设置且能够相对转动形成转角差。

优选的，两转角调节器间通过圆周切向顶丝机构调节转角差；转角调节器包括转盘与垂直设置于转盘上的连接部14，转盘间平行设置，至少一个连接部上设置螺纹孔，转角调节机构还包括转角调节螺丝13，转角调节螺丝13旋接于一连接部上并抵住另一转盘的连接部，旋转转角调节螺丝推动两转盘带动主动轮相对转动。

本实施例中优选连接部为对称设置2个，两个连接部上对应一上一下的两个转角调节螺丝，在旋动转角调节螺丝时使转盘发生转动。其中，连接部还可为转盘表面呈环形阵列分布的多个，转角调节螺丝对应设置。

本实施例中使用圆周切向顶丝结构调节并锁定两主动轮的转角差，也可使用螺丝螺杆或涡轮蜗杆等机构实现同样的目的；主轮系主动轮使用椭圆形齿形带轮实现四缸四冲程发动机的2阶振动激励；辅轮系中使用齿形皮带传动。该装置需与外部电动马达配合，连接电动马达输出轴与主轮系主动轮使轮系整体运转，进行被测皮带的耐久测试。

试验进行之前，主动轮的转角调节螺丝退到最低端，然后连接两条皮带(被测皮带3、辅轮系传动皮带10)，并通过整体上拉从动轴支撑结构进行张紧。此时被测皮带3两边张力相同，无松紧边区别。然后旋转转角调节螺丝13，使主轮系主动轮2顺时针旋转，辅轮系主动轮9逆时针旋转。辅轮系从动轮7被辅助轮系主动轮9与辅轮系传动皮带带动，产生逆时针旋转趋势。主轮系从动轮5由于与辅轮系从动轮7通过从动轮连接轴6刚性连接，也产生逆时针旋转趋势。此时在被测轮系中，由于主轮系主动轮2与主轮系从动轮5旋转趋势方向相反，被测皮带3右侧皮带张力将被升高成为紧边，左侧皮带张力将被降低，成为松边。然后锁定两主动轮固定，转角差不变，开启驱动马达带动两层轮系共同运转。此时被测皮带3的右侧将持续处于初始设定下的高张力状态，同时其左侧皮带持续处于初始设定下的低张力状态。

如图3所示，试验装置运转过程中，由于主轮系主动轮为近椭圆状，主轮系主动轮2的长轴、短轴交替处于竖直方向。当长轴处于竖直方向时，皮带受拉力偏高；当短轴处于竖直方向时，皮带所受拉力偏低。皮带轮每旋转一圈，长短轴两次交替处于竖直方向，皮带张力两次高低转换。此张力变化状态模拟真实四缸四冲程发动机中的2阶次张力动态变化。

此外，从动轮还可为近三角形结构，主轮系每旋转两周，从动轮三角形结构使被测皮带张力三次高低转换，此张力变化状态与三缸四冲程发动机中的1.5阶次张力动态变化一致。主动轮与从动轮具体结构形状根据需要设定，在此不做限制。

本发明公开了一种正时皮带耐久试验机，该试验机结构简单，造价低廉。在缺少从动轮外部负荷的条件下，在轮系内产生可以调节的负载，模拟松紧边张力不同的特征，在无真实发动机的条件下能模拟皮带张力动态变化的特征，实现负载功率在轮系内部的循环，电动机仅仅需要克服系统的摩擦阻力，节省了传统试验机驱动进气排气凸轮轴的能源消耗，功率消耗极小。

利用机械原理在轮系中形成一转角差，使正时齿形皮带在耐久试验机上能够实现并保持松紧边张力不同。此时皮带的受力状态与其在实际应用中的受力状态吻合度更高，试验效果更佳。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种正时皮带耐久试验机，其特征在于，包括一主轮系与至少一辅轮系，所述主轮系与辅轮系中均包括至少一个主动轮与一个从动轮，所述主轮系与辅轮系的从动轮间刚性连接，为同步转动，被测皮带绕于主轮系的主动轮与从动轮上；

所述主轮系与辅轮系间设置有一转角调节机构，所述转角调节机构用以控制主轮系与辅轮系中主动轮间的转角差；试验前，转角调节机构驱动主轮系与辅轮系中的主动轮朝相反的方向转动，此过程中主轮系中的从动轮与辅轮系中的从动轮、主动轮同向转动，使得主轮系中的主动轮与从动轮转向相反，转动至初始设定角度后锁止，主动轮间形成一转角差，此时主轮系上的被测皮带一侧处于高张力状态，另一侧处于低张力状态，形成皮带松紧边，且皮带松紧边位置及张紧度可调。

2.如权利要求1所述的一种正时皮带耐久试验机，其特征在于，所述主动轮与从动轮自中心至边缘位置距离相等或不等。

3.如权利要求2所述的一种正时皮带耐久试验机，其特征在于，当主动轮为椭圆形时，主轮系每旋转一周，椭圆形结构的长短轴交替处于竖直方向，被测皮带张力两次高低转换，此张力变化状态与四缸四冲程发动机中的2阶次张力动态变化一致；当从动轮为三角形时，主轮系每旋转两周，从动轮三角形结构使被测皮带张力三次高低转换，此张力变化状态与三缸四冲程发动机中的1.5阶次张力动态变化一致。

4.如权利要求1所述的一种正时皮带耐久试验机，其特征在于，所述主动轮间为刚性连接，多个主动轮的圆心同心或圆心错位设置。

5.如权利要求1所述的一种正时皮带耐久试验机，其特征在于，所述辅轮系为齿轮传动、皮带传动或链条传动。

6.如权利要求1所述的一种正时皮带耐久试验机，其特征在于，所述从动轮间为刚性连接，从动轮间通过一连接轴连接固定，所述从动轮与连接轴间为键连接。

7.如权利要求1所述的一种正时皮带耐久试验机，其特征在于，所述试验机包括两层轮系，分别为一主轮系与一辅轮系，所述转角调节机构包括固定连接于主动轮上的转角调节器，两转角调节器相对平行设置且能够相对转动形成转角差。

8.如权利要求7所述的一种正时皮带耐久试验机，其特征在于，两转角调节器间通过圆周切向顶丝机构调节转角差；所述转角调节器包括转盘与垂直设置于所述转盘上的连接部，所述转盘间平行设置，至少一个连接部上设置螺纹孔，所述转角调节机构还包括转角调节螺丝，所述转角调节螺丝旋接于一连接部上并抵住另一转盘的连接部，旋转转角调节螺丝推动两转盘带动主动轮相对转动。

9.如权利要求8所述的一种正时皮带耐久试验机，其特征在于，所述连接部为对称设置2个或在转盘表面呈环形阵列分布的多个。

10.一种正时皮带耐久测试方法，采用权利要求1-9任一项所述的正时皮带耐久试验机，具体如下：

试验进行之前，调节主动轮的转角差：

S1：在主轮系上连接被测皮带，主动轮间连接主动轴支撑，从动轮间连接从动轴支撑，通过整体上拉从动轴支撑将被测皮带进行张紧，此时被测皮带两边张力相同，无松紧边区别；

S2：调节转角调节机构，使主轮系的主动轮与辅轮系的主动轮朝相反的方向旋转，辅轮系中的从动轮被辅轮系的主动轮带动产生与主轮系的主动轮相反的旋转趋势，主轮系的从动轮由于与辅轮系的从动轮刚性连接，也产生与主轮系的主动轮相反的旋转趋势，此时在主轮系中，由于主动轮与从动轮的旋转趋势相反，被测皮带一侧皮带张力将被升高成为紧边，另一侧皮带张力将被降低成为松边，然后锁定主动轮间的转角差不变；

S3：开启驱动马达带动主轮系的主动轮转动，继而带动多个轮系共同运转，此时被测皮带的一侧将持续处于初始设定下的高张力状态，同时其另一侧皮带持续处于初始设定下的低张力状态。