汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作分析

范孝康

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汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作分析

范孝康

（安徽江淮納威司達(dá)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳輸?shù)年P(guān)鍵核心，關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)電器、冷卻、制動(dòng)轉(zhuǎn)向等多個(gè)方面，文章將從工作原理、組成部件、輪系布置等多個(gè)方面對(duì)前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析和探討，為以后的輪系設(shè)計(jì)及優(yōu)化工作提供參考。

前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；工作原理；輪系布置

前言

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳輸?shù)募~帶，關(guān)系到汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸能否將燃油燃燒產(chǎn)生的動(dòng)力傳輸至各個(gè)附件，使各附件正常實(shí)現(xiàn)自己的功能。隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于汽車(chē)動(dòng)力的要求也越來(lái)越高，而一個(gè)優(yōu)異的前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性都具有很大的影響與作用。

目前，世界大多數(shù)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的前端輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都采用皮帶進(jìn)行動(dòng)力傳輸，通過(guò)對(duì)各功能附件的輪系布置，對(duì)各輪系子零件的設(shè)計(jì)以及對(duì)輪系的適應(yīng)性張緊，達(dá)到傳輸曲軸動(dòng)力的目的，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。因此，本文將針對(duì)系統(tǒng)的工作原理與組成、系統(tǒng)輔助性部件的分析、輪系的布置等方面來(lái)剖析內(nèi)燃機(jī)輪系的設(shè)計(jì)，了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及一些與設(shè)計(jì)相關(guān)的基本注意事項(xiàng)。

1 系統(tǒng)組成與工作原理

圖1 前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由皮帶、張緊器、惰輪、以及各功能附件（發(fā)電機(jī)、水泵等）等組成，通過(guò)曲軸傳出的動(dòng)力，使曲軸皮帶輪帶動(dòng)皮帶傳動(dòng)，利用皮帶與各附件皮帶輪的摩擦，來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳輸工作。前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示：

常規(guī)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃油會(huì)在活塞頂部燃燒釋放能量，而所釋放的能量會(huì)推動(dòng)活塞在缸筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，首尾分別與活塞和曲軸相連的連桿會(huì)通過(guò)活塞的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)以前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為紐帶驅(qū)動(dòng)各個(gè)功能附件，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的功能附件模塊能夠得到動(dòng)力輸入，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 輪系布置

前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，輪系的布置是其核心骨架，其影響因素有很多，如：附件皮帶輪的平行度與對(duì)齊度、附件之間的距離、附件帶輪的皮帶包角、附件安裝的先后順序、附件對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)其他零部件的相對(duì)位置要求等，只有保證在有限的空間內(nèi)和零部件的使用要求范圍內(nèi)輪系的布置達(dá)到最優(yōu)，才能使化發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳輸效率最大化。

附件安裝的平行度與對(duì)齊度是輪系布置的基本要求，只有達(dá)到一定的對(duì)齊度，才能保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)皮帶不會(huì)異響、磨損、翻邊、脫落，一旦汽車(chē)行駛中皮帶失效，對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的損害會(huì)非常大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懫?chē)駕駛員的安全。如圖2所示，皮帶輪設(shè)計(jì)安裝時(shí)，對(duì)于其位置有一定的對(duì)齊度要求，皮帶輪相對(duì)于理論安裝平面的傾斜角?和兩個(gè)帶輪之間的共面夾角β，其最大值要求：

圖2 對(duì)齊度

各附件之間的距離是根據(jù)附件安裝位置決定的，不過(guò)一般附件之間的距離也是有要求的。如果附件之間的距離過(guò)大會(huì)導(dǎo)致附件之間皮帶段過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致皮帶抖動(dòng)劇烈容易產(chǎn)生異響，皮帶張力也衰減的更快，并且與其他零部件也存在動(dòng)態(tài)干涉風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)就需要通過(guò)添加惰輪來(lái)減小跨度。如果附件之間的距離過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致皮帶在短距離段內(nèi)張力較大，以致影響皮帶壽命，并且附件距離過(guò)近也會(huì)使皮帶輪上的皮帶包角變小，皮帶存在滑移風(fēng)險(xiǎn)。

皮帶包角是各附件能夠被皮帶驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵因素之一，只有皮帶輪上的包角達(dá)到一定的角度，才能夠使附件皮帶輪成功被皮帶驅(qū)動(dòng)，功能附件才能夠?qū)崿F(xiàn)自己的作用。一般包角是通過(guò)附件布置，并且適當(dāng)?shù)奶砑佣栎啠瑥埦o輪等來(lái)實(shí)現(xiàn)的。包角不是越大越好，只有合理布置，合理分配，并且通過(guò)振動(dòng)與皮帶滑移試驗(yàn)校核才能夠保證輪系包角達(dá)到最優(yōu)的地步。

在前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，各附件的布置位置不是隨意放置的，很多功能附件是與其他零部件的相對(duì)位置戚戚相關(guān)的，比如發(fā)電機(jī)的布置位置不宜太低，否則發(fā)電機(jī)內(nèi)容易進(jìn)異物導(dǎo)致失效，且發(fā)電機(jī)也要考慮排氣側(cè)的熱害風(fēng)險(xiǎn)；水泵布置位置不宜過(guò)高，因?yàn)橐话惆l(fā)動(dòng)機(jī)出水管為發(fā)動(dòng)機(jī)上部，如果水泵位置過(guò)高就會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水管位置過(guò)高，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻效果。所以，布置附件時(shí)需要多方面綜合考慮，以防影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。

3 輪系主要輔助性部件

3.1 皮帶

皮帶是發(fā)動(dòng)機(jī)前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)作用的核心零部件，只有通過(guò)皮帶的傳動(dòng)，才能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出至各功能附件。

一般發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的皮帶類(lèi)型有三種，V帶、多楔帶和正時(shí)帶。皮帶一般由頂布、楔膠、線繩組成，頂布一般采用耐磨材料；楔膠是皮帶直接與皮帶輪接觸實(shí)現(xiàn)摩擦的部分，不僅耐磨還要有一定的強(qiáng)度；線繩一般采用高強(qiáng)度纖維繩，具有較小的延伸率和高的抗拉斷能力。

在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域使用最多的是多楔帶，多楔帶可以看做是由多根V帶并排組成的，但減小了每楔的尺寸，并且多楔帶摒棄了V帶的缺點(diǎn)，繼承了其優(yōu)點(diǎn)，具有帶薄體輕、柔性好、傳動(dòng)振動(dòng)小、散熱快、占用空間小傳動(dòng)緊湊等特點(diǎn)，并且其背部也可去驅(qū)動(dòng)平輪，大大提高了輪系布置的自由度，使其在輪系驅(qū)動(dòng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

3.2 張緊器

一般張緊器分為自動(dòng)張緊器和手動(dòng)張緊器兩種，其主要作用就是在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)給皮帶提供一個(gè)穩(wěn)定的張緊力，此張緊力要控制在一定范圍內(nèi)，張力過(guò)大會(huì)對(duì)影響皮帶的壽命，張力過(guò)小則會(huì)造成皮帶在皮帶輪中打滑，甚至導(dǎo)致皮帶脫落。

手動(dòng)張緊器多種多樣，不過(guò)大多手動(dòng)張緊器都是通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓來(lái)控制傳動(dòng)螺栓的位置使張緊輪隨之移動(dòng)，從而控制皮帶的張緊。自動(dòng)張緊器是多楔帶輪系中常用的調(diào)節(jié)皮帶張力的工具，自動(dòng)張緊器主要由轉(zhuǎn)臂、殼體、皮帶輪、彈簧、阻尼等組成，彈簧是其關(guān)鍵部件，彈簧的扭矩必須隨轉(zhuǎn)臂位置的改變而變化。通過(guò)彈簧這一關(guān)鍵部件，自動(dòng)張緊器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)張緊皮帶至一定張力的功能，省去了手動(dòng)張緊器二次張緊皮帶的步驟，為發(fā)動(dòng)機(jī)售后維護(hù)帶來(lái)了很大的便利。

3.3 惰輪

惰輪是發(fā)動(dòng)機(jī)前端輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輔助性部件，特別對(duì)于使用多楔帶的輪系而言，惰輪是多楔帶能夠使其優(yōu)點(diǎn)最大化的有力支持，也正因?yàn)橛辛硕栎喌膮⒓樱嘈◣л喯挡贾貌拍軌驌碛羞@么大的施展空間。

常規(guī)的惰輪有平惰輪和槽惰輪兩種，在系統(tǒng)中可根據(jù)不同的附件的布置和皮帶的繞向進(jìn)行選擇，分別作用在多楔帶的背面和楔形面。惰輪在系統(tǒng)中一般用于兩個(gè)方面，一是當(dāng)附件之間距離過(guò)大導(dǎo)致處于自由狀態(tài)的皮帶段過(guò)長(zhǎng)時(shí)，為了避免皮帶抖動(dòng)，在皮帶段適當(dāng)位置添加一個(gè)惰輪就可以增加一個(gè)皮帶受力點(diǎn)，減小自由皮帶段的長(zhǎng)度，有效解決這一問(wèn)題；第二個(gè)方面就是當(dāng)皮帶在附件皮帶輪上的包角過(guò)小時(shí)，在空間允許的情況下可以添加惰輪，通過(guò)惰輪對(duì)于皮帶繞向的影響可以有效增加皮帶輪上的包角。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)前端輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中占據(jù)很重要的地位，是發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的紐帶，而在設(shè)計(jì)時(shí)更要把每一個(gè)零部件都放在系統(tǒng)中甚至發(fā)動(dòng)機(jī)整體上去綜合考慮。系統(tǒng)中所有的零部件都是運(yùn)動(dòng)件，更有皮帶這樣的工作壽命相對(duì)較短的橡膠材質(zhì)部件，所以在設(shè)計(jì)整個(gè)輪系時(shí)一定要做好動(dòng)態(tài)分析，使系統(tǒng)工作達(dá)成一個(gè)良性循環(huán)，避免試制時(shí)反復(fù)調(diào)試而導(dǎo)致費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，特別是現(xiàn)在國(guó)際上對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的要求越來(lái)越高，我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)階段就打好基礎(chǔ)，從根本上去提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和品質(zhì)，從而及時(shí)應(yīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)的變化，滿(mǎn)足其需求。

[1] 于增信.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造,原理與維修[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

[2] 李承謙.柴油機(jī)前端附件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造, 2008（01）.

Work analysis of the auxiliary power drive system of the front end of automobile engine

Fan Xiaokang

（Anhui Jianghuai Navistar Diesel Engine Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

The front-end auxiliary power drive system of automobile engine is the key core of the power transmission of automobile engine, which is related to the engine electrical equipment, cooling, braking steering and other aspects. This paper will analyze and discuss the front-end auxiliary power drive system from the aspects of working principle, components, and wheel arrangement, providing reference for the design and optimization of wheel system in the future.

Front-end auxiliary power drive system; principle of operation; Gear train layout

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范孝康，學(xué)士，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)工程師，就職于安徽江淮納威司達(dá)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.059