汽車發(fā)動機前端輔助動力驅(qū)動系統(tǒng)的工作分析

范孝康

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汽車發(fā)動機前端輔助動力驅(qū)動系統(tǒng)的工作分析

范孝康

（安徽江淮納威司達柴油發(fā)動機有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車發(fā)動機前端輔助動力驅(qū)動系統(tǒng)是汽車發(fā)動機動力傳輸?shù)年P(guān)鍵核心，關(guān)系到發(fā)動機電器、冷卻、制動轉(zhuǎn)向等多個方面，文章將從工作原理、組成部件、輪系布置等多個方面對前端輔助動力驅(qū)動系統(tǒng)進行分析和探討，為以后的輪系設(shè)計及優(yōu)化工作提供參考。

前端輔助動力驅(qū)動系統(tǒng)；工作原理；輪系布置

前言

汽車發(fā)動機前端輔助動力驅(qū)動系統(tǒng)是汽車發(fā)動機動力傳輸?shù)募~帶，關(guān)系到汽車發(fā)動機的曲軸能否將燃油燃燒產(chǎn)生的動力傳輸至各個附件，使各附件正常實現(xiàn)自己的功能。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，人們對于汽車動力的要求也越來越高，而一個優(yōu)異的前端輔助動力驅(qū)動系統(tǒng)對發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和可靠性都具有很大的影響與作用。

目前，世界大多數(shù)汽車發(fā)動機的前端輔助驅(qū)動系統(tǒng)都采用皮帶進行動力傳輸，通過對各功能附件的輪系布置，對各輪系子零件的設(shè)計以及對輪系的適應(yīng)性張緊，達到傳輸曲軸動力的目的，以實現(xiàn)發(fā)動機的正常工作。因此，本文將針對系統(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剖析內(nèi)燃機輪系的設(shè)計，了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及一些與設(shè)計相關(guān)的基本注意事項。

1 系統(tǒng)組成與工作原理

圖1 前端輔助動力驅(qū)動系統(tǒng)

汽車發(fā)動機前端輔助動力驅(qū)動系統(tǒng)一般由皮帶、張緊器、惰輪、以及各功能附件（發(fā)電機、水泵等）等組成，通過曲軸傳出的動力，使曲軸皮帶輪帶動皮帶傳動，利用皮帶與各附件皮帶輪的摩擦，來實現(xiàn)發(fā)動機的動力傳輸工作。前端輔助動力驅(qū)動系統(tǒng)如圖1所示：

常規(guī)的汽車發(fā)動機工作時，燃油會在活塞頂部燃燒釋放能量，而所釋放的能量會推動活塞在缸筒內(nèi)運動。此時，首尾分別與活塞和曲軸相連的連桿會通過活塞的運動帶動曲軸轉(zhuǎn)動，通過曲軸的轉(zhuǎn)動以前端輔助動力驅(qū)動系統(tǒng)為紐帶驅(qū)動各個功能附件，從而使發(fā)動機的功能附件模塊能夠得到動力輸入，實現(xiàn)發(fā)動機的正常運轉(zhuǎn)。

2 輪系布置

前端輔助動力驅(qū)動系統(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、附件對于發(fā)動機其他零部件的相對位置要求等，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)輪系的布置達到最優(yōu)，才能使化發(fā)動機的動力傳輸效率最大化。

附件安裝的平行度與對齊度是輪系布置的基本要求，只有達到一定的對齊度，才能保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)時皮帶不會異響、磨損、翻邊、脫落，一旦汽車行駛中皮帶失效，對汽車發(fā)動機的損害會非常大，嚴重時甚至會影響汽車駕駛員的安全。如圖2所示，皮帶輪設(shè)計安裝時，對于其位置有一定的對齊度要求，皮帶輪相對于理論安裝平面的傾斜角?和兩個帶輪之間的共面夾角β，其最大值要求：

圖2 對齊度

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大會導(dǎo)致附件之間皮帶段過長，導(dǎo)致皮帶抖動劇烈容易產(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態(tài)干涉風險，此時就需要通過添加惰輪來減小跨度。如果附件之間的距離過小，會導(dǎo)致皮帶在短距離段內(nèi)張力較大，以致影響皮帶壽命，并且附件距離過近也會使皮帶輪上的皮帶包角變小，皮帶存在滑移風險。

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

在前端輔助動力驅(qū)動系統(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位置戚戚相關(guān)的，比如發(fā)電機的布置位置不宜太低，否則發(fā)電機內(nèi)容易進異物導(dǎo)致失效，且發(fā)電機也要考慮排氣側(cè)的熱害風險；水泵布置位置不宜過高，因為一般發(fā)動機出水管為發(fā)動機上部，如果水泵位置過高就會導(dǎo)致發(fā)動機進水管位置過高，影響發(fā)動機的冷卻效果。所以，布置附件時需要多方面綜合考慮，以防影響發(fā)動機的正常工作。

3 輪系主要輔助性部件

3.1 皮帶

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

一般發(fā)動機上使用的皮帶類型有三種，V帶、多楔帶和正時帶。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現(xiàn)摩擦的部分，不僅耐磨還要有一定的強度；線繩一般采用高強度纖維繩，具有較小的延伸率和高的抗拉斷能力。

在汽車發(fā)動機領(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，繼承了其優(yōu)點，具有帶薄體輕、柔性好、傳動振動小、散熱快、占用空間小傳動緊湊等特點，并且其背部也可去驅(qū)動平輪，大大提高了輪系布置的自由度，使其在輪系驅(qū)動中得到了廣泛的應(yīng)用。

3.2 張緊器

一般張緊器分為自動張緊器和手動張緊器兩種，其主要作用就是在發(fā)動機正常工作時給皮帶提供一個穩(wěn)定的張緊力，此張緊力要控制在一定范圍內(nèi)，張力過大會對影響皮帶的壽命，張力過小則會造成皮帶在皮帶輪中打滑，甚至導(dǎo)致皮帶脫落。

手動張緊器多種多樣，不過大多手動張緊器都是通過調(diào)節(jié)螺栓來控制傳動螺栓的位置使張緊輪隨之移動，從而控制皮帶的張緊。自動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。通過彈簧這一關(guān)鍵部件，自動張緊器可以實現(xiàn)自動張緊皮帶至一定張力的功能，省去了手動張緊器二次張緊皮帶的步驟，為發(fā)動機售后維護帶來了很大的便利。

3.3 惰輪

惰輪是發(fā)動機前端輔助驅(qū)動系統(tǒng)的輔助性部件，特別對于使用多楔帶的輪系而言，惰輪是多楔帶能夠使其優(yōu)點最大化的有力支持，也正因為有了惰輪的參加，多楔帶輪系布置才能夠擁有這么大的施展空間。

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)中一般用于兩個方面，一是當附件之間距離過大導(dǎo)致處于自由狀態(tài)的皮帶段過長時，為了避免皮帶抖動，在皮帶段適當位置添加一個惰輪就可以增加一個皮帶受力點，減小自由皮帶段的長度，有效解決這一問題；第二個方面就是當皮帶在附件皮帶輪上的包角過小時，在空間允許的情況下可以添加惰輪，通過惰輪對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

綜上所述，汽車發(fā)動機前端輔助動力驅(qū)動系統(tǒng)在汽車發(fā)動機中占據(jù)很重要的地位，是發(fā)動機動力輸出的紐帶，而在設(shè)計時更要把每一個零部件都放在系統(tǒng)中甚至發(fā)動機整體上去綜合考慮。系統(tǒng)中所有的零部件都是運動件，更有皮帶這樣的工作壽命相對較短的橡膠材質(zhì)部件，所以在設(shè)計整個輪系時一定要做好動態(tài)分析，使系統(tǒng)工作達成一個良性循環(huán)，避免試制時反復(fù)調(diào)試而導(dǎo)致費時又費力，特別是現(xiàn)在國際上對于發(fā)動機的要求越來越高，我們應(yīng)該在設(shè)計階段就打好基礎(chǔ)，從根本上去提高發(fā)動機的性能和品質(zhì)，從而及時應(yīng)對發(fā)動機市場的變化，滿足其需求。

[1] 于增信.汽車發(fā)動機構(gòu)造,原理與維修[M].機械工業(yè)出版社,2014.

[2] 李承謙.柴油機前端附件驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計[J].柴油機設(shè)計與制造, 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)動機設(shè)計工程師，就職于安徽江淮納威司達柴油發(fā)動機有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.059