袁 催，羅世君

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)布置日趨復(fù)雜，汽車電器功率越來越大，發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)的布置與設(shè)計(jì)將直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，進(jìn)而影響到整車的工作可靠性及技術(shù)指標(biāo)，因而前端附件系統(tǒng)的布置也越來越引起業(yè)內(nèi)的關(guān)注。多楔帶是V型皮帶中傳動(dòng)效率最高的，利用PK型多楔帶驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)前端各附件已是現(xiàn)代汽車中廣泛應(yīng)用的附件傳動(dòng)形式。多楔帶和三角帶類似，一般由三部分組成：頂層纖維、張力線及底層橡膠。多楔帶具有傳動(dòng)扭矩大、使用壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)平穩(wěn)及傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，而且可雙面驅(qū)動(dòng)帶輪，既增加了驅(qū)動(dòng)附件的數(shù)量，又可滿足輪系布置緊湊性原則。

1 皮帶輪簡(jiǎn)介

1.1 發(fā)電機(jī)單向離合器皮帶輪

多楔帶的結(jié)構(gòu)和材料構(gòu)成使其質(zhì)量不斷提高，使用壽命越來越長(zhǎng)，壽命一般在80 000 km以上，但即使附件系統(tǒng)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壽命，但噪音和振動(dòng)常常是附件系統(tǒng)常見的問題。為減小系統(tǒng)振動(dòng)與噪音實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平穩(wěn)可靠性，合理的輪系布置尤為重要。皮帶中心偏差和彈性系統(tǒng)振動(dòng)是產(chǎn)生系統(tǒng)噪音和皮帶磨損的主要原因。內(nèi)裝單向離合器的發(fā)電機(jī)皮帶輪可有效地減小皮帶彈性振動(dòng)，改善附件系統(tǒng)NVH，提高系統(tǒng)可靠性。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性矩較大，和曲軸的傳動(dòng)比一般在2～3左右，所以曲軸轉(zhuǎn)速的波動(dòng)會(huì)通過多楔帶傳遞到每一個(gè)驅(qū)動(dòng)附件，其中發(fā)電機(jī)受到的振動(dòng)最為嚴(yán)重，容易引起多楔帶的打滑并產(chǎn)生振動(dòng)噪音，甚至降低多楔帶的使用壽命。內(nèi)裝單向離合器的發(fā)電機(jī)皮帶輪可有效地解決這一問題，目前應(yīng)用較廣的皮帶輪結(jié)構(gòu)是OAP皮帶輪。

1.2 OAP發(fā)電機(jī)皮帶輪

OAP發(fā)電機(jī)皮帶輪即為發(fā)電機(jī)超越皮帶輪，分為內(nèi)圈和外圈兩個(gè)部分，當(dāng)主從動(dòng)部件速度變化時(shí)可以通過內(nèi)圈和外圈脫離實(shí)現(xiàn)自行離合功能。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，OAP皮帶輪內(nèi)圈轉(zhuǎn)速超過外圈轉(zhuǎn)速，皮帶輪立即打滑，此時(shí)內(nèi)圈和外圈之間脫離，外圈隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，而內(nèi)圈轉(zhuǎn)速仍靠慣性持續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，外圈轉(zhuǎn)速逐漸接近內(nèi)圈，內(nèi)外圈恢復(fù)了結(jié)合狀態(tài)，可達(dá)到在發(fā)動(dòng)機(jī)急停狀態(tài)降低發(fā)電機(jī)急停扭曲振動(dòng)及保護(hù)傳動(dòng)皮帶作用，降低了皮帶振動(dòng)改善輪系系統(tǒng)的NVH，延長(zhǎng)了皮帶使用壽命。

2 輪系布置原則

前端附件系統(tǒng)是利用多楔帶與帶輪之間的摩擦力，將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過多楔帶傳遞給各驅(qū)動(dòng)附件。為獲得可靠的附件傳動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)保證附件系統(tǒng)布置的合理性與可靠性，具體體現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 附件帶輪位置及直徑

輪系附件所處位置和帶輪直徑直接影響整個(gè)前端附件系統(tǒng)的布置，輪系布置首先必須滿足整車機(jī)艙布置要求，盡量保證輪系布置的緊湊性。布置過程中負(fù)荷較大的附件盡量布置在曲軸皮帶輪緊邊的位置。負(fù)荷相對(duì)較小的附件可布置在松邊位置。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍和驅(qū)動(dòng)附件的性能要求，確定各附件的傳動(dòng)比（一般發(fā)電機(jī)傳動(dòng)比在2～3左右，空調(diào)壓縮機(jī)傳動(dòng)比≥1.2）.在由曲軸皮帶輪直徑和各附件的傳動(dòng)比確定各附件帶輪直徑。通常正面允許槽輪直徑≥φ55 mm，背部光輪直徑≥φ85 mm.帶輪直徑過小，會(huì)導(dǎo)致多楔帶的彎曲變形過大，多楔帶承受較大的拉伸應(yīng)力，降低使用壽命。

2.2 皮帶張緊和皮帶長(zhǎng)度

皮帶張緊形式可分為機(jī)械張緊和自動(dòng)張緊。每個(gè)皮帶輪都可以作為附件輪系的機(jī)械張緊裝置，盡量做到在松邊張緊。自動(dòng)張緊器可以控制皮帶張力始終在±5%范圍內(nèi)，延長(zhǎng)皮帶的使用壽命。根據(jù)皮帶老化等因素造成的皮帶伸長(zhǎng)和皮帶的有效長(zhǎng)度偏差，可計(jì)算出帶長(zhǎng)的變化范圍。在根據(jù)皮帶安裝預(yù)留量確定張緊器的初始位置和張緊角度。多楔帶老化會(huì)引起皮帶有效長(zhǎng)度伸長(zhǎng)2%左右，多楔帶公差通常是帶有效長(zhǎng)度的0.5%左右，多楔帶安裝預(yù)留量需求在帶有效長(zhǎng)度的1%左右。

2.3 帶輪包角和附件跨度

帶輪的包角是輪系布置中的重要參數(shù)之一。布置過程中帶輪的有效直徑及位置決定了帶輪包角的大小。如果帶輪包角不滿足要求，可以通過調(diào)整帶輪的位置或者通過增加惰輪、張緊器等背部帶輪來增大槽面帶輪包角。整個(gè)驅(qū)動(dòng)輪系一般需要2個(gè)背部纏繞帶輪，背部纏繞的帶輪的位置比槽面纏繞的零件包角和性能更為關(guān)鍵。皮帶跨度≤75 mm時(shí)極容易產(chǎn)生系統(tǒng)噪音，長(zhǎng)跨度從背部纏繞零件進(jìn)入槽輪時(shí)也容易產(chǎn)生系統(tǒng)噪音。

2.4 皮帶張力

多楔帶的張力是保證輪系正常工作的重要條件，皮帶張力也是影響多楔帶的使用壽命主要因素，張力過小會(huì)產(chǎn)生多楔帶打滑現(xiàn)象，但張力過大又會(huì)降低多楔帶的使用壽命。所以在布置過程中應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或通過輪系計(jì)算合理給出多楔帶的初張力，對(duì)于未使用過的新帶，帶的初張力的確定非常重要，初張力過大，不僅會(huì)降低皮帶的使用壽命，還會(huì)增加帶輪軸承的負(fù)荷，進(jìn)而影響軸承的使用壽命；初拉力過小，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或變工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，多楔帶由于受帶輪的沖擊，很容易打滑并產(chǎn)生摩擦噪音。

2.5 皮帶中心對(duì)齊

附件系統(tǒng)中各附件皮帶中心對(duì)齊偏差是產(chǎn)生皮帶噪音與磨損的主要原因。通常累計(jì)偏差大于1°時(shí)，容易產(chǎn)生振動(dòng)噪音，當(dāng)累計(jì)偏差大于1.5°時(shí)，皮帶會(huì)出現(xiàn)明顯的磨損現(xiàn)象。導(dǎo)致皮帶中心對(duì)齊偏差的原因有三個(gè)：各附件安裝平面的共面度、背部帶輪導(dǎo)致的橫向偏斜、帶輪橫向位移和搖晃，累計(jì)產(chǎn)生總的對(duì)齊偏差。相鄰附件的安裝平面的的對(duì)齊偏差和跨度長(zhǎng)短成正比?？紤]到皮帶在背部帶輪表面的位移，背部帶輪寬度應(yīng)大于皮帶寬度1.5～2 mm.帶輪橫向移動(dòng)或搖晃產(chǎn)生的軸向位移會(huì)導(dǎo)致皮帶對(duì)齊偏差角度的增加，進(jìn)而容易引起間歇性的噪音。

2.6 附件支架的設(shè)計(jì)

附件支架是將各附件安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的支撐結(jié)構(gòu)，其可靠性影響著前端附件系統(tǒng)的正常工作，所以附件支架必須有足夠的剛度和高的制造精度。從拆裝工藝及輪系共面度考慮附件支架設(shè)計(jì)過程中盡量做成集成形式，集成支架可以安裝所有附件，即可保證輪系共面度要求，而且拆裝更方便。

3 V6發(fā)動(dòng)機(jī)輪系布置方案

3.1 基本型輪系

V6發(fā)動(dòng)機(jī)基本型輪系驅(qū)動(dòng)的附件有發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)。輪系的布置如圖1所示。

圖1 基本型輪系布置

V6發(fā)動(dòng)機(jī)衍生機(jī)型輪系驅(qū)動(dòng)附件：空調(diào)壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)、轉(zhuǎn)向助力泵。其中空調(diào)壓縮機(jī)尺寸加大，需要重新布置衍生機(jī)型輪系。根據(jù)機(jī)艙尺寸要求，衍生機(jī)型輪系分為兩層輪系，內(nèi)層輪系命名為發(fā)電機(jī)輪系，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)，輪系布置方案見圖2，不裝空調(diào)壓縮機(jī)輪系見圖4.外層輪系命名為附件輪系，驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)、轉(zhuǎn)向助力泵，輪系布置方案見圖3.

圖2 發(fā)電機(jī)輪系布置（裝空調(diào)）

圖3 附件輪系布置

圖4 發(fā)電機(jī)輪系布置（不裝空調(diào)）

3.2 輪系的校核計(jì)算

發(fā)電機(jī)輪系曲軸緊邊最大拉力的計(jì)算

其中 Kr＝ eμd，α 為帶輪包角。

多楔帶每楔許用張力為155 N，6PK多楔帶張力為930 N，大于輪系最大的設(shè)計(jì)張力759 N.系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，發(fā)電機(jī)輪系方案滿足設(shè)計(jì)要求。

用同樣的方法計(jì)算附件系統(tǒng)的曲軸緊邊張力380 N，6PK多楔帶張力930 N，大于最大的設(shè)計(jì)張力380 N，附件輪系方案滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 輪系共面度計(jì)算

根據(jù)尺寸鏈計(jì)算整個(gè)多楔帶輪系中各帶輪中心平面偏差均未超出1°，輪系共面度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 附件支架的設(shè)計(jì)與剛度及模態(tài)計(jì)算

V6發(fā)動(dòng)機(jī)附件支架為集成支架，方案經(jīng)多次優(yōu)化，支架剛度較好，固有頻率較高，各階頻率值均高于發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率點(diǎn)轉(zhuǎn)速時(shí)的激振頻率。

4 結(jié)束語

本文對(duì)多楔帶和OAP皮帶輪的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，結(jié)合V6發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系的布置過程和驗(yàn)證方法，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)附件系統(tǒng)布置的基本原則和驗(yàn)證方法進(jìn)行了探究。V6發(fā)動(dòng)機(jī)輪系設(shè)計(jì)方案通過向張緊輪及多楔帶廠家咨詢進(jìn)行了專業(yè)分析計(jì)算，并通過多輪耐久試驗(yàn)考核，確認(rèn)了整個(gè)輪系布置的合理性及可靠性。