浅谈皮带张紧轮提质研发成效

　　摘　要：现代汽车发动机中，广泛使用皮带传动。在皮带工作使用过程中，使用皮带张紧轮保持适当的皮带张力是必不可少的皮带轮系部件。本文，针对提高皮带张紧轮的质量进行的研究成果作了综述，进行了有益的探讨。
　　关键词：发动机；皮带张紧轮；质量；探讨
　　一、引言
　　在现代汽车发动机中，不仅广泛使用带传动驱动发电机、空调压缩机、风扇等发动机附件，连需要和曲轴保持严格相位关系的凸轮轴也采用带轮传动。皮带传动的附件系统通常安装在发动机的前表面上，每个附件都安装在轴上的皮带轮上，用于接收来自某形式的皮带传动的动力。在早期的系统中，每个附件都由在附件系统和曲轴之间运行的单根皮带驱动。但由于皮带技术的改进，现在在大多数应用中通常采用单根蛇形皮带。在各附属部件之间迂回的单根蛇形皮带驱动所述附件。因为蛇形皮带必须迂回到所有的附件，所以，通常它比以前使用的皮带更长。单根蛇形带的使用使得发动机系同步置比以前更加紧凑，而且成本也大为节约，效率也高。但同时，蛇形带正常工作时应具有预定的张力，当运转时，皮带稍稍拉长而超过其长度，这将导致皮带张力下降，可能造成皮带打滑，而用单根带传递时，可能会因为单根带的长度更长而造成更严重的皮带打滑。因此，在皮带工作使用过程中，使用皮带张紧轮保持适当的皮带张力是必不可少的皮带轮系部件。
　　当皮带张紧轮运转时，运转的皮带抖动可能在张紧弹簧中激起振动。这些振动是不希望的，因为它们会导致皮带和张紧轮过早磨损。因此，对张紧轮添加了阻尼机构，以抑制运转中产生的振动。为了保持适当的皮带张力避免皮带打滑、补偿皮带磨损和老化后的伸长量，张紧轮是必不可少的部件，现在广泛应用于各种汽车的张紧轮结构和原理是多种多样，图1是二种实际张紧轮样图。 　　二、皮带张紧轮的作用及问题
　　发动机正时张紧轮由于受到安装空间的限制，产品结构一般都很紧凑；张紧轮工况比较恶劣，工作环境在零下30度至150度范围，泥浆、水、沙尘甚至腐蚀物将对张紧轮轴承的正常工作带来严峻的考验；同时对张紧轮扭矩数值和特性曲线的设计要求更为严格等因素，所以该类产品中的轴承多由NSK、SKF、NTN等公司专门设计制造，带扭簧的自动张紧轮却以非轴承行业的国外公司的市场占有率为Z高。
　　在实际使用过程中，张紧轮的主要作用有：
　　①为了保持适当的皮带张紧力避免皮带打滑、补偿皮带磨损和老化后引起的伸长量；②调节和补偿由于轴和定位孔的加工误差引起的发动机系统中心距的偏差；③张紧轮在一定程度上可以消除由于皮带伸长或摆动引起的发动机组运行中的异响；④抑制传动系统的振动。
　　在实际使用过程中，张紧轮的使用问题有：
　　在发动机实际运行过程中，皮带的预紧力和附件小带轮包角对带的传动能力、寿命和轴压力有很大影响。若预紧力不足，小带轮包角小，传递载荷的能力就降低，效率低，且小带轮急剧发热，胶带磨损严重；若预紧力过大，则会使带的寿命降低，轴和轴承上的载荷增大，引起轴承发热与磨损严重。而且，各种材质的V型带不是完全弹性体，在预紧力的作用下，经过一段时间的运行，由于塑性变形，使预紧力降低，导致传动能力下降，引起皮带打滑、剧烈抖动乃至脱落。如果传递功率大，即负载大，会造成松边更松，上述现象更明显。汽车在运行过程中，发动机本身的振动及在外界作用力的驱使下，发动机与底盘间会产生相应运动和位移，这种变化同样会造成皮带的抖动乃至脱落。因此，增加张紧轮机构是解决上述现象的Z好方法。
　　三、提高张紧轮质量研发
　　3.1成果概述
　　我公司为某汽车厂家自主研发正时张紧轮，主要研发内容为：产品的柔性限位功能，自动张紧力特性曲线检测方法及其检测仪器开发，产品有关寿命与可靠性试验技术研究与相关试验机开发研制，以及自动化生产、自动化装配及在线检测技术开发等。该产品通过客户的≥1400小时台架试验、≥1200小时耐磨性试验和摆动性能试验等，都满足客户要求，实现了国产化。与传统产品相比：皮带寿命提高150%，噪音降低10%。①自动张紧模式可杜绝惰轮式张紧轮在正时皮带长度伸长或磨损条件下，因张紧力变化过大所造成的跳齿现象，保护了发动机由此受到的冲缸损坏；②与传统产品相比，该张紧轮具有扭矩曲线上翘特性，可在发动机突然熄火时，抵冲负载作用对张紧轮的冲击，保护张紧轮自身有关零件不被损坏；③产品为非对称张紧轮：在控制系统振动上更加有效，同时明显延长了皮带寿命；④采用柔性限位结构，具有柔性限位功能。⑤对张紧轮专用轴承的密封结构改进设计，解决轴承润滑与漏脂问题；⑥国内首创从理论上研究张紧力特性影响因素和曲线形状的控制方法。
　　3.2质量提高效果
　　通过对该张紧轮产品在质量稳定、降低成本、批量一致性等方面的改进研发，使得这种轿车张紧轮方面的质量方面有了显著的提高。产品的不良率从项目实施前的2000PPM下降到200PPM左右（如图2）。 　　该张紧轮产品的成功开发，使我公司在汽车发动机张紧轮的技术上处于行业领先水平，并作为《JB/T10859－2008滚动轴承汽车发动机张紧轮和惰轮轴承及其单元》标准主要起草单位。通过本张紧轮项目的研究，搞清张紧轮的特殊技术指标要求以及这些指标的检测、试验和生产控制方法，形成该类产品的企业专有技术。
　　四、讨论
　　该张紧轮的主要技术特点：该张紧轮自动张紧模式保护了发动机受到的冲缸损坏；与传统产品相比，该张紧轮具可抵冲负载作用对张紧轮的冲击，保护张紧轮自身有关零件不被损坏；该张紧轮具有合适的阻尼值，降低了发动机运转期间的噪音；该张紧轮与普通张紧轮相比，为非对称阻尼在控制系统振动上更有效，延长了皮带寿命；该张紧轮具有柔性限位功能；张紧轮专用轴承的密封结构采用双唇密封结构，解决轴承润滑与漏脂问题；国内首创从理论上研究张紧力特性影响因素和曲线形状的控制方法。
　　该张紧轮产品的质量改进，主要体现在密封轴承的优化设计，提高密封性能；正时张紧轮扭矩和阻尼的影响因素的优化设计，确保扭矩和阻尼特性值稳定达到要求。在工艺方面，可以在试验后逐步推广到其他车型用张紧轮，形成系列化产品，以降低成本；另外，带轮注塑工艺改进，可以提高带轮强度和耐温耐磨性能；铝合金铸造过程参数优化，确保铝铸件质量。
　　综上，提高张紧轮的质量，我公司在自主研发及其成果方面具有一定的创新性，在理论设计、产品改造、自主创新、产学研合作以及产品生产线等方面具有重要价值，产品具有综合性、新颖性、实用性等特点，成果具有较高的市场应用价值。