朱美琳，付振明，陳 偉

（1 中國北方發(fā)動機(jī)研究所，山西大同037036；2 青島征和工業(yè)有限公司，山東青島266705）

發(fā)動機(jī)正時傳動有3種傳動形式，齒帶傳動、齒鏈傳動、齒輪傳動。傳統(tǒng)的齒輪傳動擁有結(jié)構(gòu)可靠、設(shè)計技術(shù)成熟的優(yōu)點，但相對來說結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件數(shù)多、質(zhì)量大、沖擊大；齒帶傳動結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、經(jīng)濟(jì)性好，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、沖擊小，但傳遞功率較低；齒鏈傳動同齒帶傳動一樣擁有運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、沖擊小、質(zhì)量輕的優(yōu)點，而且傳遞功率大大提高，完全可以滿足高速重載發(fā)動機(jī)的使用需求。隨著齒形鏈設(shè)計、加工水平的不斷提高，齒形鏈機(jī)構(gòu)在克服了齒帶機(jī)構(gòu)傳遞功率低的不足后，以其與齒輪傳動相比結(jié)構(gòu)簡單、運動平穩(wěn)、沖擊小、質(zhì)量輕的優(yōu)勢，在發(fā)動機(jī)傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計中占有了越來越大的優(yōu)勢。

1 某型號發(fā)動機(jī)正時傳動工程設(shè)計

正時齒形鏈傳動的設(shè)計根據(jù)發(fā)動機(jī)的總體要求，按整機(jī)要求的傳動比和箱體所給空間確定布局位置，正時齒形鏈傳動的主動鏈輪沒有設(shè)置在曲軸上，而是直接布置在降速大惰輪上，同大惰輪形成了塔輪組合，進(jìn)行同軸同步傳動。正時齒形鏈傳動的主軸與曲軸之間靠齒輪傳動（其傳動比為1∶2），正時齒形鏈傳動的主軸與凸輪軸間的傳動比為1∶1。正時齒形鏈鏈條圍繞在主動鏈輪、惰鏈輪和凸輪軸鏈輪上，由3個導(dǎo)軌組成一個V型導(dǎo)軌組合，實現(xiàn)了V型傳動，靠導(dǎo)軌對正時齒形鏈鏈條進(jìn)行導(dǎo)向。設(shè)置一個傳動惰鏈輪，把正時齒形鏈鏈條的松邊分為兩端，由兩個液壓張緊器和活動的張緊軌分別對正時齒形鏈鏈條的松邊進(jìn)行張緊。

齒形鏈正時傳動結(jié)構(gòu)布局示意圖，見圖1所示。齒形鏈正時傳動機(jī)構(gòu)3D模型見圖2所示。

2 鏈條靜強(qiáng)度計算

根據(jù)發(fā)動機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)提供的結(jié)構(gòu)尺寸和位置尺寸，經(jīng)過計算選擇該靜音齒形鏈的節(jié)距為8mm，拉力為22kN。

汽車鏈靜強(qiáng)度的安全系數(shù)n＝Q／F。

式中Q為汽車鏈的拉力（靜強(qiáng)度）；F為汽車鏈緊邊工作張力。

式中P為凸輪軸功率；d1為主動鏈輪分度圓直徑；n1為主動鏈輪轉(zhuǎn)速；T為凸輪軸扭矩。

圖1 正時齒形鏈傳動結(jié)構(gòu)布局示意圖

圖2 齒形鏈正時傳動機(jī)構(gòu)3D模型

已知P＝7.8kW ，T動＝22N·m，n1＝2 100r／min。

計算得出d1＝48.61mm，T＝1.6×T動＝35.2N·m

選擇鏈條的抗拉強(qiáng)度Q≥22 000N

安全系數(shù)n＝15.08

按F＝T／d1／2計算，得F＝1 448N

安全系數(shù)n＝Q／F＝15.19

由此可見，選擇CL05－11齒形鏈條能充分滿足該發(fā)動機(jī)的凸輪軸正時可靠性要求。

3 齒形鏈正時傳動可靠性部件試驗研究

本設(shè)計采用了目前先進(jìn)的正時齒形鏈傳動系統(tǒng)，并配以導(dǎo)板組件、張緊臂組件、張緊器等輔助裝置，整個系統(tǒng)總體布局合理、結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單。理論靜強(qiáng)度計算初步確定了系統(tǒng)的設(shè)計可靠性。下面將通過部件臺架試驗進(jìn)一步分析系統(tǒng)工作的可靠性。

3.1 平順性試驗研究

平順性試驗見圖3所示。

圖3 齒形鏈正時傳動平順性試驗系統(tǒng)

該鏈條在試驗條件：Z1＝25，Z2＝25，n1＝2 100r／min時，鏈條運轉(zhuǎn)平穩(wěn)正常，各系統(tǒng)零件正常，系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速0～2 100r／min各階段，無共振現(xiàn)象。

3.2 鏈條耐磨試驗研究

鏈條耐磨試驗控制系統(tǒng)見圖4所示。

圖4 鏈條耐磨試驗控制系統(tǒng)

該鏈條在試驗條件：Z1＝25，Z2＝25，n1＝2 100r／min，P＝9.68kW 時，在運轉(zhuǎn)700h后鏈條的磨損伸長率為0.705%，見圖5所示。

圖5 鏈條的磨損伸長率

試驗研究結(jié)果直觀的說明了齒形鏈的磨損伸長率滿足ε≤1%的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 鏈條疲勞試驗研究

鏈條疲勞試驗測控系統(tǒng)見圖6所示。

該鏈條在試驗條件：Fm＝2.13kN，F(xiàn)a＝1.74kN時，疲勞循環(huán)次數(shù)達(dá)到107次，未破壞。滿足了齒鏈永久疲勞壽命使用需求。

3.4 部件試驗研究結(jié)論

本設(shè)計采用了內(nèi)外復(fù)合嚙合的新型齒形鏈，其實現(xiàn)的是共軛嚙合傳動，鏈板、銷軸和輪齒表面的磨損較輕，鏈板采用了優(yōu)質(zhì)彈簧鋼，并進(jìn)行等溫淬火，銷軸采用了優(yōu)質(zhì)合金鋼，并進(jìn)行表面C－N共滲處理，鏈輪采用優(yōu)質(zhì)合金鋼、滾齒加工，并對工作齒面進(jìn)行了表面強(qiáng)化處理，大大提高了鏈條的耐磨性，減小了磨損伸長率，也提高了鏈條與鏈輪嚙合過程中的耐磨性。

由于與鏈條直接接觸的阻尼器、張緊臂上裝有高強(qiáng)度、高耐磨的工程塑料，在油滑潤條件下，其磨損率較低，保持和控制了鏈條在運動中的軌跡，從而確保了兩凸輪原位與曲軸相位的準(zhǔn)確性。

試驗也驗證了該正時齒形鏈傳動的鏈條相對磨損伸長率ε≤1%，將保證發(fā)動機(jī)配氣正時機(jī)構(gòu)正常工作，能達(dá)到該正時齒形鏈傳動的使用壽命1 000h。

圖6 鏈條疲勞試驗測控系統(tǒng)

4 整機(jī)試驗研究

該正時齒形鏈機(jī)構(gòu)在發(fā)動機(jī)整機(jī)試驗臺架上隨整機(jī)通過了50h性能考核試驗，50h考核后，齒鏈幾乎沒有出現(xiàn)磨損，只有輕微的壓痕。由此說明，該齒形鏈的強(qiáng)度較好，可靠性較高。

正時齒形鏈50小時考核后的磨損情況見圖7。

圖7 正時齒形鏈50h考核后的磨損情況

5 結(jié)束語

齒形鏈在高速重載發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用較少，本次設(shè)計在缺乏設(shè)計參照的前提下，通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布置，高性能材料的選取，齒鏈設(shè)計新技術(shù)的引入，完成了齒形鏈系統(tǒng)在某高速重載發(fā)動機(jī)上的工程應(yīng)用設(shè)計。并通過了強(qiáng)度理論計算，平順性、疲勞特性、耐磨特性部件試驗研究、整機(jī)臺架試驗研究對齒鏈系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了全面的分析研究，確保了齒鏈系統(tǒng)的使用可靠性要求。

［1］顏景平.變節(jié)距鏈的勻速機(jī)理分析［J］.應(yīng)用科學(xué)學(xué)報，1988，6（2）：123－131.

［2］張克仁.新型齒形鏈傳動的準(zhǔn)共扼嚙合［J］.機(jī)械設(shè)計與研究，1996，12（3）：31－33.

［3］機(jī)械工程手冊編委會.機(jī)械工程手冊（第2版）［M］..北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［4］齒輪手冊編委會.齒輪手冊（第2版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［5］全國鏈傳動標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB／T10855－1989，傳動用齒形鏈及鏈輪［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

［6］吳序堂.齒輪嚙合原理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982：17－19.