国外汽车传动带技术最新进展(1).docx

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1、国外汽车传动带技术最新进展摘 要 :对近几年来国外汽车传动带最新技术发展作了简介。汽车传动带主要往高性能、长寿命、节能、高安全性、低维护费用、低排放和低噪音以及一带多用途的集成化模块式等方向发展。关键词 :汽车传动带 ;多楔带 ;同步带 ;集成化、目录1 齿形多楔带 4 22 弹性多楔带 5 2图 3 普通多楔带与弹性多楔带的拉伸性能3 (a) 普通多楔带; ( b) 弹性多楔带3图 6 有背布同步带4图 7 人字齿同步带4图 8 非圆齿轮传动技术4图 10 EMD 集成化辅助传动系统5图 11 CVT 用 复 合 V 带5参考文献 :558 特 种 橡 胶 制 品6Progress of A

2、utomobile Driving Belt at Abroad6W U Yi2z hen , CA I W ei6Simulation of Agglomerate Dispersion in Kneading Blocks6YA N G H ai2bo , Z H A N G L i2qun6o btained.6汽车传动带是汽车发动机重要的零部件 ,也是传动系统重要的组成部分。可以说 ,传动带的许多技术进步和发明与汽车工业的发展息息相关 ,如 V 带发明 ,切边 V 带、多楔带和同步带的快速发展 ,氢化丁腈橡胶( HNB R) 在同步带中应用、三元乙丙橡胶( EPDM) 和芳纶短纤维在多

3、楔带中应用等 ,都是为了适应汽车工业最新技术要求而获得迅速发展的。近年来 ,出于环境保护和对汽车舒适性要求 , 节能、排放和 NV H (噪音、振动和平稳) 是汽车工业主要话题 ,如何提高燃料利用率和减少废气排放 ,如何提高辅助装置在发动机周围有限空间里的耐热氧老化和抗疲劳性以及如何提高维修周期一直是汽车工业研究目标 ,这些技术包括多阀门( Mulit valve Engines ,MV ES) 和变阀门( Variable Valve Timing , VV T) 技术 1 、催化转换器、42V 发电/ 启动集成电机 ( integrated starter alter na2 to r ,

4、 ISA) 2 、直喷式柴油发动机和 24 万 km 维修周期 3 等。这些技术进步对汽车零部件的性能要求也相应提高和苛刻 ,汽车传动带也不例外。为了适应这些变化 ,国外一些著名传动带厂家对汽车传动带进行了许多改进和性能提高。本文对近几年来国外汽车传动带的一些最新研究进展作些简介。1 齿形多楔带 4 齿形多楔带类似于齿形切边 V 带 ,即在楔部切成齿形 ,以提高带的曲挠性能及散热性能 ,可明显提高带使用寿命。固特异公司研究表明 ,相同的氯丁橡胶( CR) 材料多楔带 ,高温疲劳试验 ,普通多楔带 66h ,有齿多楔带可达 167h 3 。有齿多楔带还可降低对带的装配精度要求。但有齿多楔带在使用

5、时通过带轮会带进带出空气流 ,产生有节奏的气流声。固特异公司通过斜齿 , DA YCO 公司作成不规则齿来抵消这种声音。两家公司分别以“Gaterhar k”和“POL Y CO G”标识推向市场 ,如图 1 所示。2 弹性多楔带 5 弹性多楔带最早用于白色家电如洗衣机、干洗机和健身器材等。原理是 ,带的长度比轮系计算周长小 ,带在装配时 ,使用专用工具强制拉伸在固定的带轮上 ,通过带的弹性变形力使带产生足够的张力 ,如图 2 所示。在整个使用过程中无需调整张力 ,这样可以省略张力调节机构。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

6、般使用拉断伸长率大于 20 %的高捻度尼龙纤维作为强力层线绳。图 3 为2 种多楔带拉伸性能对比。CON T I T EC H 生产的汽车用弹性多楔带 ,据称使用寿命已达 15 万 km 。 国外汽车传动带技术最新进展55图 3 普通多楔带与弹性多楔带的拉伸性能(a) 普通多楔带; ( b) 弹性多楔带3 EPDM 多楔带 6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 ,瞬间能耐 170 , 传统 CR 显然达不到要求。由于 HNB R 过于昂贵 ,人们研究发现小量的油污并不对发动机前端的皮带造成损害 7 ,可使用较廉价耐热性好得多的三元乙丙

7、橡胶( EPDM) 作为多楔带主体橡胶材料。但 EPDM 耐磨性、高温抗撕裂和动态性能不理想 ,与其他材料粘合差 , 这些都需要通过改性或添加芳纶纤维、ZDA 、ZD2 MA 等其他材料并用加以解决 ,也可通过特定装置和工艺来解决。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 107 下疲劳寿命只有50h ,而 EPDM 多楔带在 121 下疲劳寿命可达125h 4 。CON T I T EC H 开发的 EPDM 多楔带使用寿命已达 24 万 km ,见图 4 。图 1 齿形多楔带图 2 弹性多楔带图 4 EPDM 多 楔 带4 短纤维补强同步带 8 自 1975 年

8、 HNB R 首件专利公布以来 , HN2 B R 已逐渐发展成为当今世界汽车同步带生产首选的标准弹性体材料。日本 HONDA 公司于1985 年首次生产出装备有以 HNB R 为基材制作的传动带的新型汽车。德国 B WM 公司亦于1997 年通过由日本进口的 HNB R 同步带而成为欧洲第一家装有 HNB R 同步带的汽车生产厂家。90 年代后期 ,全世界汽车工业发展迅速 ,市场竞争激烈 ,汽车生产厂家纷纷想方设法通过最大限度地延长凸轮轴传动同步带的使用寿命来提高汽车发动机的工作性能 ,目前世界上几乎所有的汽车生产厂家都在通过采用 HNB R 同步带来提高汽车的产品质量。实践证明 ,在一般行

9、驶条件下HNB R 同步带的工作寿命可达 10 万15 万 km 。现代汽车对同步带的要求是 :使用寿命达 25 万30 万 km ; 使用温度 - 35150 ,瞬时高温可达 175 ;耐油性 CR ; 150 下台架寿命可达3000h ,而且在提高耐油性能时不牺牲其低温性能 ,带齿的动态储存模量 1 . 4M Pa 。要达到如此高的条件 ,只有采用过氧化物硫化的 HNB R/ 甲基丙烯酸锌复合物与芳纶短纤维补强的复合材料 ,如图 5 所示。56特 种 橡 胶 制 品图 5 短纤维补强同步带结构CON T I T EC H 公司采用 HNB R/ ZMA 与芳纶短纤维配合制造 H SN -

10、PO W ER 同步带在汽油机中使用 ,其寿命已超过 24 万 km ,已接近与“发动机同寿命”的目标。5 有背布同步带 9 汽车同步带由于 制造工艺的限制 ,带的背部一般都是纯橡胶 ,由于现在汽车同步带在使用时背部需同时带动其他部件如水泵及张紧机构 ,尤其是直喷式柴油发动机 ,要求有很大的张紧力 ,这样对背部磨损非常大 ,纯橡胶无法达到要求。若带的背部有布 ,则可大大提高带的背部耐磨性 ,如图 6 所示 , CON TI T EC H 的“Co nti Diese Run2 ner”同步带就是如此结构 3 。图 6 有背布同步带6 人字齿同步带 10 人字齿同步带见图 7 ,类似于人字齿轮

11、,最大的优点是降低噪音 ,传动能力和使用寿命也大幅提高。这种带是固特异上世纪 90 年代发明的 ,并以“EN GL E”标识推向市场。人字齿同步带的开发成功 ,在同步带发展历史中具有里程碑意义。该带与相同的齿形直齿同步带相比 ,噪音可降低1026dB ,使用寿命提高 120 % ,传动能力也大幅提高(或减少带宽) 等。已在汽车上试用 ,使用寿命已超过 21 万 km 11 。图 7 人字齿同步带7 非圆带轮传动技术 12 目前汽车发动机系统普遍采用多阀门和变阀门技术 ,这给凸轮轴的脉冲负荷成倍增加 ,造成发动机振动幅度加大 ,影响整车 NV H 性能 ,也对同步带和其他部件造成损害。为了最大限

12、度抵消这个振动 ,Lintens 公司发明了 Smart Sp rocket TM 非圆齿轮传动技术( C TC camshaf t to rque cancella2 tio n technolo gy) ,见图 8 。亦即凸轮段的带轮不是传统圆形的 ,而是椭圆或其他非圆的 ,这样在运行过程中 ,可以抵消大部分的振幅 ,可减少 40 % 带及其部件的作用力 ,提高带使用寿命和节约燃料消耗 3 。图 8 非圆齿轮传动技术8 模块式和集成化传动系统所谓模块式传动系统是将皮带传动系统(包括传动带、轮和张紧机构) 与发动机前端辅助传动 国外汽车传动带技术最新进展57系统(除传动件外还包括驱动发电机、

13、空调、水泵等) 集成在一起 ,用户只需装配即可以满足现在汽车集约化生产的需要 ,把复杂的生产过程简单化。这种传动装置既节省空间和装配费用 ,又提高了汽车的安全可靠性。盖茨公司开发的 GEM10 TM 系统 13 就是其代表之一 ,如图 9 所示。盖茨公司还开发了集成化辅助传动系统 14 ,15 ( Electro - Mechanical Drive , EMD) 如图 10 所示 ,同时适应于 14V/ 42V 电机系统 ,使用寿命已达 24 万km 和 50 万次启动次数。该系统已在标致、通用等新开发的 42V 发电/ 启动系统应用 16 。图 9 模块式传动系统图 10 EMD 集成化辅

14、助传动系统9 CVT 用复合 V 带 17无极变速机构 ( CV T) 是汽车理想的变速机构 ,它与传统的齿轮和油压自动变速机构 ( A/ T) 截然不同 ,是有带轮与皮带构成的无极变速机构。汽车 CV T 传动形式有两种 : 摩擦传动和牵引传动 ,前者包括湿摩擦的金属皮带 ,干摩擦的橡胶 V 带及复合 V 带 ;后者为新近研究的 CV T 。摩擦传动 CV T 用的传动带原来是用金属传动带。金属传动带需要在润滑油中使用 ,要求较大的带轮推动力 ,这样会降低传动总效率。而改用橡胶 V 带则可不必 ,且橡胶 V 带比金属皮带制造费用低 ,保养使用均为方便 ,因此成为各厂商竞相研究开发的对象。但汽

15、车用变速 V 带要传递很高的扭矩 , 一般的橡胶 V 带难以胜任。如1000ml 的发动机达到最大转矩时 ,V 带必须能经受 2. 0M Pa 的侧压力 ,而一般 V 带只能承受 0. 4图 11 CVT 用 复 合 V 带0. 5M Pa 。要达到如此高的模量 ,只能采用由橡胶张力层与金属复合块构成的复合 V 带才行 ,见图 11 。CV T 用复合 V 带几乎世界上所有的有名传动带厂都在研究开发 ,属传动带前沿技术 ,这不仅是这种传动带的技术难度大 ,而且是这种带的市场前景非常广阔。无论在汽车和其他工业上都有广泛的用途。复合 V 带国外已达到实用化的水平 ,如日本爱知机器公司与坂东公司联合

16、开发的 CV T 系统装在铃木 Mira 轿车上。三星、GA T ES 、GOOD2 YEA R 、CON T I T EC H 和 DA YCO 等都在开发这种带。参考文献 : 1 Ye Z M ,Li L G ,et al . Multi - variable optimizatio n o n vari able intake valve clo sing timing system fo r engine overall perfo rmance A . Paper 20050405 - 07 of ASM E Intenal Co mbustion Engine Division S

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23、t ting mechansm of a dry hybrid V - belt fo r a cvt - advanced numerical model considering block tilting and p ulley defo rmation A . International Co ngress & Expo sition ,Session : Trans2missio n &Driveline Systems Sympo sium ( Part A &B) ,De2 t roit MI U SA ,1999 .Progress of Automobile Driving B

24、elt at AbroadW U Yi2z hen , CA I W ei(Beierte Belt Co . L t d. ,Wuxi241037 ,China)Abstract :The latest technolo gy p ro gress of auto mbile driving belt at abroad was p resented. The high perfo rmance ,lo ng durabilit y ,saving energy ,high saf t y ,low maintenance co st ,lo w exhaustio n , low noi

25、se and integrative mo del are t he developing t rend of auto mo bile driving belt .Key words :auto mo bile driving belt ,poly V2belt ,synchro no us belt ,develop ment(上接第 46 页)Simulation of Agglomerate Dispersion in Kneading BlocksYA N G H ai2bo , Z H A N G L i2qun(Beijing U niver sit y of Chemical

26、Technolo gy ,Beijing100029 ,China)Abstract : Three2dimensio nal iso t her mal flow fields of t he kneading blocks in a co2rotating in2 ter meshing t win2screw ext r uder were analyzed wit h establi shing geo met ric mo del s using t he real ge2 o met ry of barrel and screw s. Acco rding to t he velo

27、cit y p rofile of flow fields ,t he t hree2dimensio nal par2 ticle t rajecto ries in t he kneading blocks were o btained by writing p ro gram. Co mbined t he t hree2dimen2 sio nal particle t rajecto ries wit h t he di sper sive mo del of t he agglo merate ,t he size dist ributio n of it waso btained.Key words :co2rotating inter meshing t win2screw ext ruder , t hree2dimensio nal t rajecto ries , agglo m2 erate ,kneading blocks