CN110344905B - 发动机使用正时皮带的正时轮系结构 - Google Patents

发动机使用正时皮带的正时轮系结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了发动机使用正时皮带的正时轮系结构，皮带轮A位于发动机压缩上止点位置为基准，皮带轮B由惰轮与正时紧边长度L(A‑B)共同决定，L(A‑B)=n1*P，P为正时皮带节距；皮带轮C由正时皮带凸轮轴传动长度L(B‑C)决定，L(B‑C)=n2*P；张紧轮位置由正时皮带松边长度L(A‑C)决定，L(A‑C)=n3*P，其中n1、n2、n3为自然数；凸轮轴皮带轮B与凸轮轴皮带轮C直径大于皮带轮A直径；张紧轮、惰轮直径分别为0.9—1.0 dA。本发明的结构，正时皮带出现轻度疲劳裂纹的有效工作时间增加1.5‑1.8倍，皮带使用寿命延长2‑2.5倍，显著降低发动机噪音；极大提升正时皮带使用性能和发动机NHV效果。

Description

发动机使用正时皮带的正时轮系结构
技术领域
本发明属涉及提供动力的发动机，具体涉及一种使用正时皮带传动的发动机的正时轮系结构。
背景技术
发动机配气系统通常采用正时皮带或正时链轮，通过与曲轴的连接并配合一定的传动比来保证进、排气时间的准确；使用正时皮带来传动是因为皮带噪音小，自身变化量小而且易于补偿。正时皮带的作用是起到承上启下的，上部连接的是发动机缸盖的正时轮、下部连接的是曲轴正时轮；正时轮连接的是凸轮轴，这个凸轮轴上有凸轮，它的接触点是小摇臂，摇臂通过正时皮带带来的动力产生压力，起到顶起的作用；顶起进气门是让雾化的汽油进入缸体，顶起排气门的时候是让废气排出缸体；当凸轮轴凹陷的地方同时接触小摇臂的时候，这时候进气门、排气门都关闭，压缩比产生、分电器打火，内燃开始并产生动力！
发动机正时轮系主要包括曲轴皮带轮为主动轮、凸轮轴皮带轮、正时皮带紧边惰轮、松边张紧轮、正时皮带等部件，作为起到承上启下作用的正时皮带，其松紧度直接影响配气系统的工作；如皮带过紧：会造成皮带寿命的降低、引起异响、在高速时或急加速时会造成皮带断裂,导致气门顶坏、皮带卡的较死转动需更大马力、导致电机轴径向负载大易疲劳等不足；而如果正时皮带过松，会造成配置正时滞后，进气排气不准，进排气门打开关闭的时间晚了，造成动力不足，水温偏高，发动机抖动，燃烧不完全，油耗偏高，冒黑烟等一系列问题，在发动机负荷较大或者动力冲击的时候容易跳牙，可能会造成顶气门，气门断了后在气缸内还会把活塞，缸筒内壁划伤，最严重的会直接造成发动机报废等不利后果。
故，发动机的正时轮系，需要通过对轮系坐标位置及相对位置的调整，满足正时紧边长度、正时皮带凸轮轴传动长度、正时皮带松边长度设计要求。而现有的发动机的正时轮系，在调整轮系坐标位置及相对位置时不方便，且难以满足正时紧边长度、正时皮带凸轮轴传动长度、正时皮带松边长度达到优良配合的工艺要求的配合精度。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种使用正时皮带传动的发动机的正时轮系结构，以使发动机使用正时皮带时正时轮系快速调整轮系坐标位置及相对位置以及正时轮系相互之间达到较高的配合精度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
发动机使用正时皮带的正时轮系结构，包括主动皮带轮A、凸轮轴皮带轮B、凸轮轴皮带轮C、惰轮、张紧轮和正时皮带，正时皮带将主动皮带轮A、凸轮轴皮带轮B、凸轮轴皮带轮C这三个皮带轮包围在内侧，并分别形成啮合关系，主动皮带轮A与发电机曲轴连接，是主动轮，通过正时皮带分别带动凸轮轴皮带轮B、凸轮轴皮带轮C转动；惰轮设置在正时皮带紧边，与正时皮带接触，张紧轮设置在正时皮带松边，与正时皮带接触：其特征在于：
以皮带轮A位于发动机压缩上止点位置为基准，皮带轮B相对位置由惰轮与正时紧边长度L(A-B) 共同决定，正时紧边长度：L(A-B)= n1*P ，其中n1为自然数，P为正时皮带节距；
皮带轮C相对位置由正时皮带凸轮轴传动长度L(B-C)决定，正时皮带凸轮轴传动长度L(B-C)= n2*P ，其中n2为自然数；
张紧轮位置由正时皮带松边长度L(A-C) 决定，正时皮带松边长度：L(A-C) = n3*P，其中n3为自然数；
凸轮轴皮带轮B与凸轮轴皮带轮C直径大于皮带轮A直径；张紧轮直径dD为0.9—1.0 dA；惰轮直径dE为0.9—1.0 dA；
主动皮带轮正时皮带包角：βA≥160°；
惰轮正时皮带包角：β惰轮≥20°；
张紧轮正时皮带包角：β张紧轮≥30°。
这样，本发明确定正时紧边长度L(A-B) 、正时皮带松边长度L(A-C) 、正时皮带凸轮轴传动长度L(B-C) 以及张紧轮直径dD、惰轮直径dE之间的配合关系和相互协同作用关系；能快速调整轮系坐标位置及相对位置以及正时轮系相互之间达到较高的配合精度。
进一步地：凸轮轴皮带轮B与凸轮轴皮带轮C直径相等，都为2dA。
进一步地：主动皮带轮A、凸轮轴皮带轮B、凸轮轴皮带轮C的中心点形成等腰三角形结构。
进一步地：张紧轮直径dD为1.0 dA；惰轮直径dE为1.0 dA。
本发明的发动机使用正时皮带的正时轮系结构，是通过设计计算，对发动机使用正时皮带的正时轮系结构进行设计、优化而得。
本发明提供了如何确定正时轮系布置调整，最终确定：正时紧边长度L(A-B) 、正时皮带松边长度L(A-C) 、正时皮带凸轮轴传动长度L(B-C) 以及张紧轮直径dD、惰轮直径dE之间的配合关系和相互协同作用关系；能快速调整轮系坐标位置及相对位置以及正时轮系相互之间达到较高的配合精度。
本发明解决了发动机使用正时皮带时正时轮系快速正向设计以及对逆向（有参考标杆样机）的轮系设计进行验证的方法，有效保证发动机正时系统的设计有效性。每款机型由常规设计（CAE）的30个工作日降低为5个工作日分析。同时节约大量分析费用（每款机型约50万元）。
经对两款发动机试验验证，正时皮带出现轻度疲劳裂纹的有效工作时间增加1.5-1.8倍，皮带使用寿命延长2-2.5倍，发动机前端1m噪音在2500rpm时，下降1dB，在额定转速状态下，下降3dB。极大提升正时皮带使用性能和发动机NHV效果。
另外，本发明的结构，调整轮系坐标位置及相对位置时非常方便，且使轮系的正时紧边长度、正时皮带凸轮轴传动长度、正时皮带松边长度达到优良配合的配合精度。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图中，1—A0齿，2—主动皮带轮A，3—正时皮带，4—惰轮，5—凸轮轴皮带轮B，6—B0齿，7—C0齿，8—凸轮轴皮带轮C，9—张紧轮。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
发动机正时基本轮系组成要素定义：
1.1曲轴主动皮带轮：曲轴正时皮带轮（以下简称皮带轮A），是正时系统动力输入来源，有效直径为dA。
1.2 凸轮轴皮带轮B：凸轮轴正时皮带轮（以下简称皮带轮B）直径大于皮带轮A的直径dA，有效直径为2dA。
1.3 凸轮轴皮带轮C：凸轮轴正时皮带轮（以下简称皮带轮C）直径大于皮带轮A的直径dA，有效直径为2dA。
1.4 惰轮：布置于正时皮带紧边，其主要作用增加正时皮带轮包角，调整
皮带轨迹，减小皮带工作预紧力。
1.5 张紧轮：布置于正时皮带松边，其主要作用增加正时皮带轮包角，调整皮带轨迹，减小皮带工作预紧力。
1.6 正时皮带：正时系统传动零件，有固定的节距，正时皮带节距定义为：P（可按相关标准选取）。
2. 正时系统布置设计关键特性定义：
2.1 紧边：正时皮带运行过程中，根据皮带的受力状态，传递动力侧，一般为主动轮旋转方向右侧。
2.2 松边：正时皮带运行过程中，非传递动力侧，一般为主动轮旋转方向左侧。
2.3 正时皮带啮合区：正时皮带与正时皮带轮以及惰轮、张紧轮啮合区域，其长度用l表示，此长度由轮系皮带轮相互位置关系决定。
2.4 皮带轮包角β：正时皮带与正时皮带轮以及惰轮、张紧轮啮合区域弧长对应的皮带轮角度。
β=360°*l/πd
2.5 皮带轮A0齿：在皮带轮A与正时皮带啮合区内，选定任一与正时皮带完全啮合的正时齿，定义为A0齿。
2.6 皮带轮B0齿：在皮带轮B与正时皮带啮合区内，选定任一与正时皮带完全啮合的正时齿，定义为B0齿。
2.7 皮带轮C0齿：在皮带轮C与正时皮带啮合区内，选定任一与正时皮带完全啮合的正时齿，定义为C0齿。
2.8 正时紧边长度L(A-B)：皮带轮A0齿到皮带轮B0齿之间正时皮带长度。
2.9 正时皮带松边长度L(A-C)：皮带轮C0齿到皮带轮A0齿之间正时皮带长度。
2.10 正时皮带凸轮轴传动长度L(B-C)：皮带轮B0齿到皮带轮C0齿之间正时皮带长度。
实施例一
如图1所示，本发明的正时轮系，包括主动皮带轮A、凸轮轴皮带轮B、凸轮轴皮带轮C（即件2、件5、件8三个皮带轮）、惰轮4、张紧轮9和正时皮带3，正时皮带3顺时针方向转动，将三个皮带轮包围在内侧，并分别形成啮合关系，主动皮带轮A与发动机曲轴连接，是主动轮，通过正时皮带3分别带动凸轮轴皮带轮B、凸轮轴皮带轮C转动；惰轮4设置在正时皮带紧边一侧，与正时皮带3接触以改变其运行角度，张紧轮9设置在正时皮带松边一侧作为张紧机构，与正时皮带3接触。主动皮带轮A、凸轮轴皮带轮B、凸轮轴皮带轮C的中心点形成等腰三角形结构。
1、张紧轮、惰轮直径设定：
一般情况下，根据发动机正时轮系系统，初步确定张紧轮、惰轮的直径。一般情况下：
张紧轮直径：dD≈dA
惰轮直径：dE≈dA
即张紧轮的直径与主动皮带轮A的直径基本相等，dD为0.9—1.0 dA；惰轮直径与主动皮带轮A的直径基本相等，dE为0.9—1.0 dA。
2张紧轮、惰轮位置的确定，主要根据发动机正时轮系空间及张紧轮、惰轮及主动皮带轮的包角需求确定。一般情况下:
主动皮带轮正时皮带包角要求：βA≥160°；
惰轮正时皮带包角要求：β惰轮≥20°；
张紧轮正时皮带包角要求：β张紧轮≥30°。
正时轮系与关联零件的距离要求：与毛坯面的距离≥5mm，与加工面的距离≥3mm。
3.皮带轮相对位置设计：
3.1皮带轮A位置：此轮为曲轴主动皮带轮，其位置是整个轮系设计首要考虑的问题。首先确定皮带轮A位于发动机压缩上止点位置，以皮带轮A位于发动机压缩上止点位置为基准点，再确定皮带轮B、皮带轮C等的位置；即：曲轴某缸（一般定义第1缸）位于压缩上止点的位置。
3.2皮带轮B位置：此轮相对位置由惰轮与正时紧边长度L(A-B) 共同决定。在惰轮位置确认后，顺时针或逆时针旋转皮带轮B，通过调整皮带轮B0齿中心线位置，或略加大或减小惰轮直径等方法对L(A-B)的长度进行调整，确保：
正时紧边长度：L(A-B)= n1*P (n1为自然数)
说明：啮合齿B0调整过程中，必须保证选取的B0齿完全位于正时皮带啮合区内。惰轮直径大小调整时，需保证起工作包角β符合要求。
3.3皮带轮C位置：此轮相对位置由正时皮带凸轮轴传动长度L(B-C)决定。顺时针或逆时针旋转皮带轮C，通过调整皮带轮C0齿中心线位置，确保：
正时皮带凸轮轴传动长度L(B-C)= n2*P (n2为自然数)
说明：啮合齿C0调整过程中，必须保证选取的C0齿完全位于正时皮带啮合区内。
3.4张紧轮位置设计：此轮基本位置受轮系空间位置制约。但其坐标位置及直径可进行调整，确保：
正时皮带松边长度：L(A-C) = n3*P (n3为自然数)。
本发明的上述实例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.发动机使用正时皮带的正时轮系结构，包括主动皮带轮A、凸轮轴皮带轮B、凸轮轴皮带轮C、惰轮、张紧轮和正时皮带，正时皮带将主动皮带轮A、凸轮轴皮带轮B、凸轮轴皮带轮C这三个皮带轮包围在内侧，并分别形成啮合关系，主动皮带轮A与曲轴连接是主动轮，通过正时皮带分别带动凸轮轴皮带轮B、凸轮轴皮带轮C转动；惰轮设置在正时皮带紧边，与正时皮带接触，张紧轮设置在正时皮带松边，与正时皮带接触：其特征在于：
以主动皮带轮A位于发动机压缩上止点位置为基准，凸轮轴皮带轮B相对位置由惰轮与正时紧边长度L(A-B)共同决定，正时紧边长度：L(A-B)＝n1*P，其中n1为自然数，P为正时皮带节距；
凸轮轴皮带轮C相对位置由正时皮带凸轮轴传动长度L(B-C)决定，正时皮带凸轮轴传动长度L(B-C)＝n2*P，其中n2为自然数；
张紧轮位置由正时皮带松边长度L(A-C)决定，正时皮带松边长度：L(A-C)＝n3*P，其中n3为自然数；
凸轮轴皮带轮B与凸轮轴皮带轮C直径大于主动皮带轮A直径；张紧轮直径dD为0.9—1.0dA；惰轮直径dE为0.9—1.0dA；
主动皮带轮正时皮带包角：βA≥160°；
惰轮正时皮带包角：β惰轮≥20°；张紧轮正时皮带包角：β张紧轮≥30°。
2.根据权利要求1所述的发动机使用正时皮带的正时轮系结构，其特征在于：凸轮轴皮带轮B与凸轮轴皮带轮C直径相等，都为2dA。
3.根据权利要求1所述的发动机使用正时皮带的正时轮系结构，其特征在于：主动皮带轮A、凸轮轴皮带轮B、凸轮轴皮带轮C的中心点形成等腰三角形结构。
4.根据权利要求1—3任一所述的发动机使用正时皮带的正时轮系结构，其特征在于：张紧轮直径dD为1.0dA；惰轮直径dE为1.0dA。
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