发动机正时链系统设计分析及其高速特性试验研究

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1、发动机正时链系统设计分析及其高速特性试验研究DesignandAnalysisoftheEngineTimingSilentChainSystemandExperimentalStudyonHigh-speedCharacteristics作者姓名：李磊专业名称：机械设计及理论指导教师：程亚兵副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月30日摘要本文是在吉林省科技发展计划项目（20116004）《轿车混合动力用链传动系统关键技术研究》国家自然科学基金（51305154）《双相传动Hy-Vo齿形链系统的多元变异及其啮合机理研究》的资助与支持下

2、，基于齿形链啮合原理以及主机厂提供的输入条件，对正时齿形链系统以及机油泵齿形链系统进行设计，并建立刚体系统模型以及刚柔耦合多体动力学模型，对系统动态特性及应力情况进行分析。通过相关的道路高速特性试验，计算链条的磨损伸长率，观测链板与销轴的磨损形貌，研究其磨损特性。论文首先系统地阐述了齿形链研究的意义及其国内外研究现状，依据主机厂提供设计参数，基于齿形链啮合理论，建立包括链板、导板、销轴、链轮、导向板、张紧导板等在内的正时圆销式齿形链系统和机油泵链传动系统几何模型以及相应的三维模型，并通过仿真分析对系统中链板运动轨迹、链板间张力、链板与各构件间的

3、接触力、传动比以及链板角速度等的变化规律进行研究。仿真结果表明，本论文所研究的正时链系统具有良好的传动特性，同时多边形效应对传动误差的影响也较小。通过刚柔耦合多体动力学相关的分析软件对系统模型中的链板内外齿廓与链轮间的接触力、链板与销轴间的接触力以及链板齿廓与销轴表面上不同节点处应力随时间的变化规律进行分析。实验结果表明，各应力均能满足设计的要求。链板能够很好地实现内外复合啮合，并且其两齿廓啮合时间基本相同，体现很好的传动性能。本文在刚柔耦合设计仿真试验中，首次采用更接近实际工况的建模与分析方法，使得仿真结果更准确更具有科学性，为后期的磨损机制

4、推断与研究提供理论支持。针对国产某款汽车发动机正时圆销式齿形链系统进行道路高速特性试验研究，为更好地保证试验结果的准确性与规范性，对道路试验的条件进行了规范。通过对试验前后链长的测量，计算出正时齿形链的磨损伸长率，计算结果表明，正时链条与机油泵链条的磨损伸长率满足设计的要求。通过XL30W/TMP扫描电子显微镜对链板、销轴的工作表面进行微观形貌分析，研究其磨损机制。分析结果表明，磨损现象的产生并不是由某一特定的磨损机制造成，而是通过不同的磨损机制共同造成。链板与销轴工作表面上体现的主要磨损机制不同，这是由于链板与销轴工况条件的差异引起的。综上所

5、述，论文提出的正时圆销式齿形链与机油泵链传动系统的设计计算、仿真分析以及高速特性试验研究可以有效地缩短设计周期，对于提高发动机圆销式齿形链的设计开发与应用具有十分重要的意义。关键词：正时齿形链系统，多体动力学，道路高速特性试验，微观形貌分析，磨损伸长率IABSTRACTThispaperissupportedbyJilinProvinceScienceandTechnologyDevelopmentProgram(20116004)“KeyTechniquesofHybridCarswiththeChainTransmissionSystem”

6、,andtheNSFCProject(51305154)“BipolarDriveHy-VoMultipleVariantsofToothShapeChainSystemandtheMeshingMechanismResearch”.Basedonthemeshingprinciplesofsilentchainandthedesignparametersinputconditionprovidedbyenginemanufacturer,thetimingsilentchaindrivingsystemandoilpumpchaindrivi

7、ngsystemarebuilt.Dependonthemulti-rigid-bodydynamicanalysisandtherigid-flexiblemulti-bodydynamicanalysisknowledge,characteristicsareanalyzed.Throughtherelevantroadhigh-speedcharacteristicstest,chainwearelongationiscalculated.Thewearmechanismsareresearchedbywearmorphologyofch

8、ainplateandpin.Firstly,theimportanceandrecentstatusofsilentchainisdescribed