汽車傳動帶技術的最新進展
發布者：hxbelt 發布時間：2012-07-17 08:53:31
| 汽車傳動帶技術的最新進展 |
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汽車傳動帶是汽車發動機重要的零部件，也是傳動帶重要的組成部分。可以說，傳動帶的許多技術進步和發明與汽車工業的發展息息相關，如V帶發明，切邊V帶、多楔帶和同步帶的快速發展，氫化丁腈橡膠(HNBR)應用于同步帶、三元乙丙橡膠(EPDM)應用于多楔帶等，都是為了適應汽車工業最新技術要求而獲得迅速發展的。
近年來，由于全球氣候變暖、環境保護和對汽車舒適性要求，節能、排放和NVH(噪音、振動和平穩)是汽車工業主要話題。如何提高燃料利用率和減少廢氣排放、提高維修周期一直是汽車工業研究目標，這些技術包括多氣門(MultivalveEngines，MVES)和可變門(VariableValveTiming，VVT)技術、催化轉換器、42V發電/起動集成電機(integratedstarteralternator，ISA)、直噴式柴油發動機和240000km甚至300000km維修周期等。這些技術進步對汽車零部件的性能要求也相應提高和苛刻，汽車傳動帶也不例外。為了適應這些變化，國外一些著名傳動帶廠家對汽車傳動帶進行了許多改進和性能提高。
齒形多楔帶
齒形多楔帶類似于齒形切邊V帶，即在楔部切成齒形，以提高帶的曲撓性能及帶散熱性能，可明顯提高帶使用壽命。固特異公司研究表明，相同的氯丁橡膠(CR)材料多楔帶，高溫疲勞試驗普通多楔帶66h，有齒多楔帶可達167h。有齒多楔帶還可降低對帶的裝配精度要求。但有齒多楔帶在使用時通過帶輪會帶進帶出空氣流，產生有節奏的氣流聲。固特異公司通過斜齒，特高(DAYCO)公司做成不規則齒來抵消這種聲音，可減少15dB左右的噪音。兩家公司分別以“Gatorhark”和“POLYCOG”標識推向市場。
植絨多楔帶
多楔帶傳動缺點之一是傳動噪音較大，在低速或角速度變化快使用時，以及一段時間后，楔面磨損、硬化和張力松弛，或在雨天沾到水后，傳動時會發出刺耳的尖叫聲，影響汽車的NVH性能。解決辦法之一是楔面留有0.1-1.0mm高強度短纖維(如芳綸、PBO纖維等)。由于纖維摩擦系數穩定、具有吸音功能，因此大大降低多楔帶傳動噪音。
植絨多楔帶一般用特殊的研磨工藝來實現。研磨時，先將楔快速磨成大致的楔形，然后低速濕磨，將橡膠磨掉，楔面露出一定長度的纖維。
彈性多楔帶
彈性多楔帶最早用于白色家電如洗衣機、干洗機和健身器材等。原理是，帶的長度比輪系計算周長小，帶在裝配時，使用專用工具強制拉伸在固定的帶輪上，通過帶的彈性變形力使帶產生足夠的張力。在整個使用過程中無需調整張力，這樣可以省略張力調節機構。
近幾年來，小型家用轎車為了簡化發動機前端附件傳動輪系結構也開始使用彈性多楔帶作為驅動用帶。彈性多楔帶一般使用扯斷伸長率大于20％的高捻度的尼龍纖維作為強力層線繩。特高、大陸(CONTITECH)生產的汽車用彈性多楔帶，據稱使用壽命已達150000km。
EPDM多楔帶
近年來，發動機室的溫度越來越高，有的要求橡膠件能耐150℃，瞬間能耐170℃，傳統氯丁橡膠(CR)顯然達不到要求。由于HNBR過于昂貴，人們在研究發現小量的油污并不對發動機前端的皮帶造成損害，可使用較廉價耐熱性好的三元乙丙橡膠(EPDM)作為多楔帶主體橡膠材料。但EPDM耐磨性、高溫抗撕裂和動態性能不理想，與其它材料粘合差，這些都需要通過改性如添加ZDA或ZDMA和與其它材料并用加以解決。
EPDM多楔帶耐高溫性能和高溫疲勞壽命明顯提高，如CR多楔帶107℃下疲勞壽命只有50h，而EPDM多楔帶在121℃下疲勞壽命可達125h。大陸開發的EPDM多楔帶使用壽命已達240000Km。
短纖維補強同步帶
自1975年HNBR首件專利公布以來，HNBR已逐漸發展成為當今世界汽車同步帶生產首選的標準彈性體材料。日本HONDA公司于1985年首次生產出裝備有以HNBR為基材制作的傳動帶的新型汽車。德國BWM公司亦于1997年通過由日本進口的HNBR同步帶而成為歐洲第一家裝有HNBR同步帶的汽車生產廠家。上世紀90年代后期，全世界汽車工業發展迅速，市場競爭激烈，汽車生產廠家紛紛想方設法通過最大限度地延長凸輪軸傳動同步帶的使用壽命來提高汽車發動機的工作性能，目前，世界上幾乎所有的汽車生產廠家都在通過采用HNBR同步帶來提高汽車的產品質量。實踐證明，在一般行駛條件下HNBR同步帶的工作壽命可達100000-150000km。
現代的汽車對同步帶的要求是：使用壽命達250000-300000km；使用溫度-35-150％，瞬時高溫可達175％；耐油性≥CR；150℃下臺架壽命可達3000h，而且在提高耐油性能時不犧牲其低溫性能，帶齒的動態儲存模量≥1.4MPa。要達到如此高的條件，只有采用過氧化物硫化的HNBR/甲基丙烯酸鋅(ZMA)復合物與芳綸短纖維補強的復合材料。
大陸公司采用HNBR/ZMA與芳綸短纖維配合制造HSN-POWER壽命HNBR同步帶在汽油機使用，其壽命已超過240000km，已接近與“發動機同壽命”的目標。
有背布同步帶
汽車同步帶由于制造工藝的限制，帶的背部一般都是純橡膠，由于現在汽車同步帶在使用時背部需同時帶動其它部件如油泵及張緊機構，尤其是直噴式柴油發動機。要求要有很大的張緊力，這樣對背部磨損非常大，純橡膠無法達到要求。如將帶的背部做成有布，則可大大提高帶的背部耐磨性。如大陸的“ContiDieselRunner”同步帶就是如此結構。
耐油同步帶
自上世紀60年代，美國通用公司首次將同步帶用于新開發的頂制式凸輪(OHC)發動機替代原來使用的滾珠鏈條以來，由于同步帶具有同步性能好、噪音小、無需潤滑、重量輕、成本低和維修方便等諸多優點，迅速在汽車發動機正時傳動機構使用，尤其是小排量發動機，幾乎占100％。但是進入新世紀，隨著現代轎車發動機強化程度的不斷提高，排放法規不斷加嚴，維護周期的不斷延長(240000km甚至300000km)，正時傳動機構的負荷不斷增大，對配氣正時的精度要求也越來越高，同步帶已越來越難滿足現代轎車發動機苛刻的要求，再加上正鏈條技術的提高如強度、耐磨、降噪和優化設計等，克服了鏈條自身存在的缺點，凸現鏈條傳動大功率、無需維護和耐熱、耐油等固有的優點，因此近年來汽車發動機正時傳動機構有傾向于使用鏈條的趨勢。
為了與鏈條競爭，近年來國外傳動帶廠家如大陸、蓋茨和特高等開發了耐油同步帶，即同步帶可以像鏈條一樣直接與潤滑油接觸，省略張緊輪而用導軌張緊和導向，這樣可以降低帶的摩擦系數30％，結構空間跟更為緊湊。
耐油同步帶是傳動帶技術的一大突破，改變了傳動帶不能與礦物油接觸的傳統觀念。
其帶體配方需用高丙烯腈含量的HNBR，齒布涂覆膠科需含有大量的特氟隆，強力層線繩以使用高強度復合玻纖或碳纖維。
“人”字齒同步帶
“人”字齒同步帶類似于“人”宇齒輪，最大的優點是降低噪音，傳動能力和使用壽命也大幅提高。這種帶是固特異上世紀90年代發明的，并于“ENGLE”標識推向市場。“人”字齒同步帶的開發成功，在同步帶發展歷史具有里程碑意義。該帶與相同的齒形直齒同步帶相比，噪音可降低10～26dB，使用壽命提高120％，傳動能力也大幅提高(或減少帶寬)等。已在汽車試用，使用壽命已超過210000km。
非圓帶輪傳動技術
目前汽車發動機正時系統普遍采用多氣門和可變氣門技術，這給凸輪軸的脈沖負荷成倍增加，造成發動機振動幅度加大，影響整車NVH(噪音、振動和平穩)性能，也對同步帶和其它部件造成損害。為了最大限度低抵消這個振動，萊頓(Litens)公司發明了SmartSprocketTM非圓齒輪傳動技術(CTCcamshafttorquecancellationtech-nology)(圖8)，亦即，凸輪段的帶輪不是傳統純圓形的，而是橢圓或其它非圓的。這樣在運行過程中，可以抵消大部分的振幅，可減少40％帶及其部件的作用力，提高帶使用壽命和節約燃料消耗。
模塊式和集成化傳動系統
所謂模塊式傳動系統是將正時皮帶傳動系統(包括傳動件的帶、輪和張緊機構)與發動機前端輔助傳動系統(除傳動件外還包括驅動發電機、空調、水泵等)集成在一起，用戶只需裝配即可，以滿足現在汽車集約化生產，把復雜的生產過程簡單化。蓋茨公司開發的GEMl0TM系統即是。
蓋茨公司還開發了集成化輔助傳動系統(Electro-MechanicalDrive，EMD)，同時適應于14V/42V電機系統，使用壽命已達240000km和500000次啟動次數。該系統已在標致、通用等新開發的42V發電/起動系統應用。
CVT用復合V帶
無級變速機構(CVT)是汽車理想的變速機構，它與傳統的齒輪和液壓自動變速機構(A/T)截然不同，是有帶輪與皮帶構成的無級變速機構。汽車CVT傳動形式有兩種：摩擦傳動和牽引傳動，前者包括濕摩擦的金屬皮帶，干摩擦的橡膠V帶及復合V帶；后者為新近研究的CVT。
摩擦傳動CVT用的傳動帶原來是用金屬傳動帶。金屬傳動帶需要在潤滑油中使用，要求較大的帶輪推動力，這樣會降低傳動總效率。
而改用橡膠V帶則可不必，且橡膠V帶比金屬皮帶制造費用低，保養使用均為方便，因此成為各廠商競相研究開發對象。
但汽車用變速V帶要傳遞很高的扭矩，一般的橡膠V帶難以勝任。如1000ml的發動機達到最大轉矩時，V帶必需能經受2.0MPa的側壓力，而一般V帶只能承受0.4-0.5MPa。要達到如此高的模量，只能采用由橡膠張力層(tensionbelt)與金屬復合塊(block)構成的復合V帶才能達到如此高的要求。
CVT用復合V帶幾乎世界上所有的有名傳動帶廠都在研究開發，屬傳動帶前沿技術，這不僅是這種傳動帶的技術難度大，而且是這種帶的市場前景非常廣闊。無論在汽車和其他工業都有廣泛的用途。
復合V帶國外已達到實用化的水平，如日本愛知機器公司與坂東公司聯合開發的CVT系統裝在鈴木Mira轎車轎車上。三星、蓋茨、固特異、大陸和特高等都在開發這種帶。
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