[01190261]发动机同步带正时系统振动特性与性能研究

1、课题来源与背景： 随着同步齿形带传动系统应用的日趋广泛,尤其是汽车发动机正时系统同步齿形带传动驱动轮数的不断增加,对正时系统同步带带轮轮系进行深入细致的研究十分必要。由于同步齿形带的啮合机理研究和设计制造技术涉及到多门基础学科,因此高速齿形带系统的研究开发成为带传动技术的前沿科研领域。由于同步带传动研究涉及到许多国外核心技术,难以获得传动设计时所需要的相关参数,这使我国发动机设计研发水平难以达到世界先进水平。减少噪音和提高传动可靠性是正时同步带系统需要满足的重要指标,而建立系统振动模型和振动方程是找出优化系统方法的有效途径。 2、研究目的与意义： 如今,对于同步齿形带的应用已经日趋广泛,例如压力机,数控机床,汽车发动机正时系统等等。然而对于同步带的研究主要集中在带本身的齿形和材料方面,对于同步带轮系的振动和传动精度方面的设计与研究较少,尤其是对于同步齿形带传动系统本身的主要设计参数与取值方面的研究。出于对其自身技术诀窍的保护,同时也为国际同行业设置相关技术壁垒,在这一传动领域中垄断着技术和主导着国际市场的一些国外研究机构和企业,他们从来不申请有关同步带传动系统设计方法的专利,防止和阻碍国际同行业的仿制和研发。 鉴于上述原因,申请人提出本项目的申请,将从降低振动这个衡量同步带传动系统的关键指标出发,建立同步齿形带带轮轮系数字化振动模型,从而分析影响同步带传动振动特性的关键因素。为进一步完善同步带系统设计和解决同步带传动系统振动问题提供理论依据,提高我国同步齿形带以及汽车发动机正时系统自主研发能力。本申请项目的研究工作不仅具有重要的学术价值,而且具有很强的实用意义。 3、主要论点与论据： 汽车发动机正时系统通过同步带将曲轴、凸轮轴、水泵、惰轮和张紧轮等连接在一起,研究因曲轴、凸轮轴/水泵等部件扭矩导致的带系统的激励,使带在正常转速范围内导致系统带张力、振动、带与带轮啮合磨损和噪声等问题。本项目基于降低正时系统噪声和摩擦损失的要求,研究以下问题： （1）针对汽车发动机配气系统不同结构类型,提出正时同步带驱动多轴系统的几何布局模型。确立以曲轴、凸轮轴、水泵、油泵、张紧轮和惰轮为基准的多带轮轴系传动系统位置布局方案。 （2）建立带轮的直径和包角、皮带周期性系数、轮系布局弯曲疲劳系数、带与带或其他部件间隙等多约束边界条件。 （3）研究降低同步带动态张力、降低系统振动、减轻系统支撑动载荷的轮系设计理论。 4、创见与创新： 本课题以汽车发动机正时齿形带系统为研究对象,依托振动理论、空间微分几何啮合理论和多体动力学等多学科融合理论,从低噪声和低磨损要求关键指标出发,对汽车发动机用多轴正时齿形带系统的设计理论进行研究,提出以低噪声、低磨损为目标的同步带轮系设计基本理论,建立多轴系统的几何型谱,仿真研究曲轴转速波动、凸轮轴负载等对正时系统的动态啮合特性影响,以期满足国内汽车主机厂提出国产品牌汽车配气正时系统设计要求研究内容。 5、社会经济效益,存在的问题： 由于国内对汽车发动机用正时同步齿形带传动系统的振动模型建立以及系统优化设计方面的研究还处于比较薄弱阶段,关于这方面研究报道十分罕见,而通过振动模型找出影响系统噪声和传动可靠性的因素可以为进一步优化系统做好准备,所以本项目的完成,具有较大的科学研究价值,而且具有很强的实用意义,其应用前景十分广阔。目前我国汽车保有量约为2.7亿辆,虽然新能源汽车正在快速发展,但燃油汽车总量仍为2亿辆左右,而正时传动系统作为发动机的重要组成部分,市场巨大。通过对正时同步带传动系统的优化设计可使带的寿命提升20%以上,这将大大提升其经济效益。而巨大的市场会使其经济效益显著。 本项目目前尚处于理论阶段,所进行的实验都为仿真模拟实验,需要进一步的实验进行验证其可靠性。 6、历年获奖情况： 无 7、成果简介： 本成果适用于发动机正时传动系统及其他传动领域。通过传动系统布局的改进,以及对其多边界约束条件进行优化,在传动系统工作转速范围内消除了系统的低阶共振,有效控制系统振动,提高传动系统工作的稳定性,降低噪音,延长传动部件的使用寿命。同时,降低传动系统振动有利于提高产品的加工精度,从而优化了产品生产工艺,在提升产品品质同时,提高产品生产效率。