正时链条传动与齿形皮带传动的比较(下)--《汽车与配件》2006年42期
正时链条传动与齿形皮带传动的比较(下)
【摘要】：正图4示出的试验结果是节距为7mm的套筒链在加速到7500r/min过程中张紧边的链条力,其中3根曲线分别代表在链条不同磨损变长状态下的最大、中等和最小链条力。从图中可以看出,链条力的最大值不足1400N,并没有超过所选用链条的耐久性标准(即2000N的75%),同时最小链条力在任何转速下都没有通过零点,大约为250N,处于完全可接受的范围内。在这样的情况下,链条磨损变长对链条力的影响可忽略不计。在5500r/min时的共振使凸轮轴扭振振幅超高,达到0．75°NW,并且在链条磨损变长的情况下仍然保持不变。这样大小的凸轮轴扭振振幅对于发动机的正常运转来说是完全可以接受的。因此,7mm套筒链传动机构,由于其结构型式而具有十分有利的磨损可靠性。
【关键词】：
【分类号】：TH132【正文快照】：
曰目.门..曰翻.甲密封效果更..压~门.目r好.特别是对链条又盆西尸室四周凸台上气缸体曲口尸~轴箱与气缸盖之间的接缝处的r补偿密封效果更佳。链传动发动机由于必须考虑用于链条室的凸台和用于润滑的机油喷嘴，以及安装链条张紧器.因此其制造成本略有增加。3、辅助装里的传动
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京公网安备74号正时皮带传动及其在发动机的经济性和NVH特性方面的优势
正时皮带传动及其在发动机的经济性和NVH特性方面的优势
盖茨公司动力传动部一直从事汽车皮带传动系统的研发和制造，其正时皮带传动技术处于世界领先地位。基于正时皮带传动系统分别处于干燥和油雾两种环境状况下的燃油经济性和声学特性的对比研究，本文着重介绍了正时皮带传动系统相对于链传动系统在发动机燃油经济性和NVH方面的优势。
目前，欧洲现代发动机顶置凸轮轴的驱动，应用最为广泛的技术是同步皮带传动。近年来，盖茨公司在材料开发和传动系统优化设计等方面投入了大量的精力，研究可以达到与发动机等寿命的正时皮带传动系统。最近几年，已经有许多可以与发动机等寿命的正时皮带传动系统成功地进入了市场。
与链传动相比，正时皮带传动有着显著的优势。比如说优秀的延伸性能和良好的阻尼特性，保证了正时皮带在发动机整个寿命期间都能对凸轮轴的相位进行精确的控制，确保了发动机在燃油经济性和排放等方面处于最佳状态。另一个重要的方面是，皮带传动系统可以通过一条皮带同时传动其他轮系辅件如水泵和喷油泵等，这对轮系布置是个很明显的优势。
本文主要探讨皮带传动对比于链传动的另外两个基本优势：减少摩擦损失和更佳的声学表现。
2 功能定义
不论是正时皮带传动还是正时链传动，其主要作用都是使发动机的凸轮轴与曲轴同步运动。凸轮轴与曲轴间的任何相位误差都会导致燃油耗增加和排放恶化。两种技术的基本设计要求是一致的，都要求持久耐用、结构紧凑、静音、高效、最优化的系统成本和保养成本。
汽车同步皮带是由耐热尼龙帆布、耐热合成橡胶和高拉伸模量的玻纤线绳组成的。这些材料的组合所形成的产品的特性，能够承受很大的动态冲击载荷而不造成永久性的延伸和磨损。相反的，对于由很多金属连接而成的链条，其刚度高但阻尼小，因此在承受大的动态冲击载荷时必定会产生磨损或永久性的延伸。链条由于长时间的磨损而产生的延伸（比皮带大10倍）对于发动机排放控制是非常不利的。在“泵喷嘴”柴油机上应用正时皮带就是一个很好的例子，对于这种高动态和高载荷的系统，链条技术是无法和正时皮带相竞争的。
布置在松边的张紧器起到保持系统张力的作用，并且可以补偿皮带或链条在系统寿命期内的磨损与延伸。在皮带传动系统中，张力是由液压或弹簧加载装置通过采用球轴承的塑料带轮或者铁带轮提供，所有的皮带张紧装置都能够完全独立于发动机的机油润滑系统工作。而链传动系统中的张力是由液压张紧器提供，并且绝大多数是通过塑料材质的摩擦导轨来施加的；链条张紧器必须直接连接到发动机的机油润滑系统。
链传动要求所有的皮带股都有附加导轨进行导向，以减小链条股的抖动。皮带传动系统只是在皮带股很长或者皮带有可能与周围发动机零件碰到的情况下才需要增加附加惰轮。
最近，能在机油环境下工作的正时皮带被作为优先考虑的方案，该情况下，正时皮带被用于发动机内典型的链条环境中。这可能是出于布置上的原因，但同时也是为了充分利用皮带传动的优势，例如更佳的NVH性能以及减少摩擦损失从而改善燃油经济性。
3 试验设置
盖茨和它在日本的兄弟公司――盖茨优霓塔亚洲，[1]在皮带传动系统和链传动系统的摩擦损失对比方面进行了一系列研究。
在研究过程中，考虑到了张力大小或张紧轮种类等因素造成的影响，并且在两种传动系统之间进行了对比。
另一个研究是进行了正时皮带传动和链传动在声学性能上的对比。
3.1 摩擦损失研究的试验概念
摩擦损失研究是在一个允许安装不同气缸盖的试验台架上进行的，见图1。该试验台架包括一个电动马达，它通过皮带驱动主轴，主轴上贴有测量驱动扭矩的应变片。气缸盖安装在测试机顶部的加工平面上，凸轮轴通过驱动系统连接到主轴上。
为了控制测试环境，在试验台架的前端面装有一个罩住整个被测试系统的加热箱，加热箱内的温度控制在100℃。
试验台还包括一个可加热的压力机油系统，为气缸盖提供润滑，并给链传动系统的张紧器提供压力机油。机油的温度控制在100℃，实时监控机油压力并对它进行调整以模拟发动机真实机油系统的状况。
试验机是一个三缸三气门的汽油机。进行的对比试验包括不同种类的张紧装置的影响，以及两种不同类型的链条――滚子链和静音链，见图2。链传动的测试是在普通工况有油润滑的环境下进行的，正时皮带传动的测试只在干燥无油的工况下进行。
图1 研究摩擦损失的测试台架
图2 研究摩擦损失的三缸三气门发动机的驱动布局
用于该研究的试验台的中心距离是可变的，这样就可以分别测量皮带传动系统有无张紧轮和链条传动系统有无导轨条件下的摩擦损失，由此可以进行下列评价：
－ 传动中的摩擦损失总和
－ 气门机构的摩擦损失 (A)
－ 驱动轴的轴承摩擦以及皮带/链条啮合的摩擦损失 (B)
－ 张紧轮/导轨的摩擦损失 (C)
图3 摩擦损失的分类
3.2 声学研究的测试概念
声学对比试验是在发动机冷拖台架上进行的，使用的是一台量产的4缸1.2升四气门汽油机。该发动机被进行了一系列的改动以便能够安装皮带或者链条凸轮轴驱动系统；拆除了活塞和连杆，并在全转速范围内实现机油温度和压力的控制。
测量之前需要做一些准备工作，皮带传动系统的松边由一个特殊设计的导轨来导向和张紧，一个紧边惰轮用来改变皮带走向，见图4。
图4 声学研究的试验轮系
在这个研究中，节距为8mm、宽为20mm的皮带和21个齿的曲轴正时皮带轮被用来与标准的量产滚子链条和齿数为20的曲轴正时链轮进行比较。两种配置都是在采用定张紧轮的条件下（冷态下安装张力150N）进行测量的。
所有的测试都是在半消声室内进行的，通过一个离驱动系统1m远的人工头和一个离驱动中心10cm的近场麦克风同步进行测量。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&
4 摩擦损失的研究
传动系统的摩擦损失通常被定义为传动的平均扭矩与0值之间的差值。平均扭矩是由测得的驱动扭矩曲线下的面积积分而得到的，见图5。
图5 摩擦损失的定义
在3气缸发动机上进行的摩擦损失研究，对下列几种状态进行了对比：
节距8.00mm的正时皮带传动，固定张紧轮和三种张力的自动机械张紧轮；
节距8.00mm的滚子链传动，设置在预置水平的液压自动张紧轮；
节距6.35mm的静音链传动，设置在预置水平的液压自动张紧轮。
4.1 皮带传动的安装张力对摩擦损失的影响
安装张力的范围从50N到300N，正时皮带系统的摩擦损失受到安装张力的影响：最大安装张力使得摩擦损失在发动机低速时增加了0.75Nm,
在发动机中高速时增加了0.5Nm，见图6。这些增大的摩擦损失可以解释为皮带与带轮之间摩擦的增加和张紧轮轴承的额外损失。
图6 摩擦损失的对比
4.2 传动类型对摩擦损失的影响
在发动机转速范围内，分别测量静音链系统和滚子链系统的最大摩擦损失。测得的绝对值在3.9Nm到4.3Nm之间，两个链条系统的差值可达到0.3Nm。
正时皮带系统的测量结果是最佳的，绝对值最小为2.6Nm，最大为3.4Nm。因此，最好的链系统与对比的皮带系统的差异约为0.9Nm～1.1Nm，见图6。
4.3 导轨/张紧轮的摩擦损失比较
链传动系统中由导轨/张紧轮产生的摩擦损失是皮带传动系统中张紧轮的4到5倍。显然，这是由于链系统是滑动摩擦而皮带系统是滚动摩擦。试验中没有测量张力增大的影响。
4.4 皮带传动系统中张紧轮类型对摩擦损失的影响
在低安装张力下，采用自动张紧轮的皮带传动系统与采用固定张紧轮的系统相比并没有明显的改善。
但当安装张力增加时，在发动机不同的转速下，自动张紧轮会有0.3到1.0Nm的改善。
4.5 摩擦损失的总体比较
在2000rpm时，轴承的摩擦损失占整个气门机构驱动系统总摩擦损失的50%，这在正时皮带和链传动系统中都得到了证实。
在皮带系统中，张紧轮的摩擦损失可以降到7%甚至更低，而在链传动系统中，导轨/张紧器的摩擦损失在15%-20%之间。
从整体上讲，皮带传动系统的摩擦损失比链传动要低30%，见图7。
图7 &&&2000rpm结果汇总
4.6 改善燃油耗的计算
&&&&&&& 评估燃油消耗量的公式见图8。
基于气门机构与正时传动系统的摩擦损失之和占整个发动机的总摩擦损失的20％[2]的假设，可以得到燃油耗下降2％的结果。这种燃油耗的改善，加上皮带传动系统耐久后的延伸量很小――皮带传动在发动机整个寿命期内的正时精确度大大优于链传动系统，意味着采用皮带驱动凸轮轴的发动机设计，与链传动的发动机相比较，还能在整个寿命期内有效改善排放。
图8 燃油耗改善的计算
5 声学对比的结果
声学对比试验不是在摩擦损失试验台上，而是在前面提到过的4缸冷拖发动机上进行的。
&&&&&&& 两种配置的频谱图见图9。对于链传动系统，啮合阶次（20阶）及其谐波（40阶和60阶）很明显。对于正时皮带传动系统的测量结果，没有明显的啮合阶次（21阶）或谐波（42阶和63阶）。
图9 对应于发动机转速的噪音傅立叶分析
在进行声学研究的同时，也对噪音特性进行了主观评价，其结果是，链传动系统比正时皮带传动有着更大的金属噪音，并且发出一种很高的“啸叫”噪音让人更难忍受。这种噪音反映在频谱图上就是在高频下出现的高声压值。
&&&&&&& 通常，链传动的整体噪音水平比皮带传动高2～5
dB(A)。人工头和近场麦克风的测量结果都证实了这个结论。不过需要注意的是，这个研究是在没有燃烧噪音的电机冷拖发动机上进行的。如果考虑到燃烧噪音，由于整体噪音的增大，测得的2～5
dB(A)的差异将会略小一些。
随着发动机的设计者和制造者追求更高的发动机效率以及排放法规的日益严格，越来越多的数据和测试结果证实了上面的研究结果，即对于凸轮轴的驱动，正时皮带传动比链传动更具有优势。在降低燃油消耗量的同时，发动机的NVH性能也显著提高，发动机的正时相位和排放在整个寿命期内都可以得到更好的保持。从发动机性能和声学方面来看，皮带传动系统的内在阻尼特性与可调整的刚度对于设计和模拟工程师而言也是它的优势。
皮带传动系统的这些特点都已经被广泛应用。今日，一个合理设计的皮带传动系统可以达到或超过300,000km的设计寿命，同时能有效降低排放和提高燃油经济性，以及获得更佳的NVH性能。
参考文献：
[1] El Mahamoud, M.A.; Ishiki,
S; Kubota,A; Comparison of Friction Losses between belt and
chain, VDI-Bericht
[2] Toyota Technical Review
Vol. 50 No. 2; A study of low friction engine&主题：皮带比链条传动效率高？
泡网分: 0.506
注册: 2012年12月
這次特別請到負責TMAX 530的車體開發總工程師 -- 鈴木 達也
............balabalabala
4. 將TMAX 530的傳動機構由鏈條改為皮帶, 有什麼用意?
理由很多呢(笑
最主要的優點是摩擦損失更小, 重量更輕, 運轉更安靜
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泡网分: 1.473
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rajiao 发表于
齿形不错，不过不是为了齿轮，这结构应该是增加了接触面积的时候，降低弯曲力损耗。记得，在八十年代，嘉陵50超级流行的时期，
很多嘉陵50的车主都备有一种叫做“皮带蜡”的玩意！
泡网分: 13.241
帖子: 2823
注册: 2009年03月
精灵1 发表于
但是我发现：
基本上，发动机的正时皮带都是有齿那种（图中）
而其他皮带（发动机外部）则是三角皮带（不过很多新款车都是带槽那种了，多少PK那种！3PK&&4PK 5PK 6PK.....）因为要涉及到曲轴的转角与进排气相位的精确对位。
泡网分: 13.241
帖子: 2823
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whywxx 发表于
对，只要有传动就有损耗，主要还是摩擦产生的热损耗。那是考虑了净摩擦的因素，如果保证了加工精度，齿轮可以达到99%，链条可以在97左右，否则则不然，在这里讨论的是驱动模式，这点来看，啮合传动肯定比摩擦传动效率高。
泡网分: 13.241
帖子: 2823
注册: 2009年03月
<font color="#0years 发表于
无级变速的踏板车所用的传动皮带也是齿形皮带吧？
不是啮合齿皮带，只是为了折转半径小一些
泡网分: 8.129
注册: 2009年06月
运动精神 发表于
估计你没看懂，不要理解为大体系的传动效率，就这个传动部件来说，传动效率就是100%，1个角位移带动另一个角位移，除非跳齿，这还有什么疑问吗，建议学学机械原理。传动效率不是指角度吧？
应该是功率吧。
泡网分: 28.582
帖子: 6703
注册: 2005年09月
quwen 发表于
普通皮带传动存在滑移率，齿带或链条滑移率为0.
驱动气门要求严格与活塞同步,滑移率必须是0，不得不用齿带或链条。
发电、空调、风扇等允许滑移，可以用低成本皮带。
任何传动效率都达不到 100%对，只要有传动就有损耗，主要还是摩擦产生的热损耗。 本帖最后由 whywxx 于
09:36 编辑
泡网分: 24.778
注册: 2004年05月
运动精神 发表于
估计你没看懂，不要理解为大体系的传动效率，就这个传动部件来说，传动效率就是100%，1个角位移带动另一个角位移，除非跳齿，这还有什么疑问吗，建议学学机械原理。普通皮带传动存在滑移率，齿带或链条滑移率为0.
驱动气门要求严格与活塞同步,滑移率必须是0，不得不用齿带或链条。
发电、空调、风扇等允许滑移，可以用低成本皮带。
任何传动效率都达不到 100%
泡网分: 28.582
帖子: 6703
注册: 2005年09月
<font color="#0years 发表于
无级变速的踏板车所用的传动皮带也是齿形皮带吧？
这个其实不算是齿形带还是V形带，这种轮子之间的传动需要很大的摩擦面积，当V形面太大时又会影响皮带的弯曲半径，所以就搞出来这么多的齿来将皮带的弯曲半径变小。传动效率非常低，在主动轮上的散热片就可以看出来，很多能量消耗在轮的发热上了 本帖最后由 whywxx 于
09:25 编辑
泡网分: 48.994
帖子: 11620
注册: 2002年03月
<font color="#0years 发表于
无级变速的踏板车所用的传动皮带也是齿形皮带吧？
齿形不错，不过不是为了齿轮，这结构应该是增加了接触面积的时候，降低弯曲力损耗。
泡网分: 1.412
帖子: 1983
注册: 2005年09月
运动精神 发表于
应该说你只见过齿形皮带的摩托车，因为无级变速的皮带罩在传动箱壳子里看不见。无级变速的踏板车所用的传动皮带也是齿形皮带吧？
泡网分: 1.473
帖子: 2770
注册: 2012年10月
但是我发现：
基本上，发动机的正时皮带都是有齿那种（图中）
而其他皮带（发动机外部）则是三角皮带（不过很多新款车都是带槽那种了，多少PK那种！3PK&&4PK 5PK 6PK.....）
泡网分: 0.279
注册: 2010年10月
1、一楼一语中的，可惜后面的都不知道在吵些什么，什么带和什么链比较很重要。
2、从传动原理来看，链条存在“平行四边形效应”，传动不平稳，从而带来能量的损耗、噪声，而皮带不存在。
3、从结构上来看，皮带的小轮可以做的比链条小，而且带和链都需要张紧（11楼图中左下小轮）。
4、从效率来看，带确实要比链高（损耗的小），至于高多少，具体多少，有兴趣的可以去查查机械手册，里面有数值。
5、带也不是一定就比链好，有两点，第一，普通带过载会打滑（好比轮胎在地面打滑），第二，带比链更容易过载拉断。
6、链也不是一定比带好，有两点，第一就是上面说的平行四边形效应，它损耗能量，第二，链是需要润滑的，不管是机油（发动机正时链）还是油脂（摩托传动链）。
7、11楼这种是齿形带，解决了打滑的问题，所以除了没链耐得住过载拉断，其他性能都优于链。
8、早期发动机都那链条正时来说事，说什么不容易断，终生免维护，而现在不说了，反而带的性能更好，维修维护更方便，虽说带要换，正常使用5、6年是没问题的，换一根才多少钱。
泡网分: 13.241
帖子: 2823
注册: 2009年03月
精灵1 发表于
和轴传动比较呢？& &&&传递效率相同，但是轴传动机构复杂涉及到传动杆万向节伞齿，如果是驱动双轮还要行星减速器，所以成本很高，只在一些大排上用。
泡网分: 13.241
帖子: 2823
注册: 2009年03月
quwen 发表于
没有相对滑动，传动效率应该是100%？
那手动挡全是齿轮传动，没有相对滑动，传动效率100%咯！
物理是音乐老师教的。&&估计你没看懂，不要理解为大体系的传动效率，就这个传动部件来说，传动效率就是100%，1个角位移带动另一个角位移，除非跳齿，这还有什么疑问吗，建议学学机械原理。
泡网分: 13.241
帖子: 2823
注册: 2009年03月
<font color="#0years 发表于
差点沒看懂你说什么。
我见过的摩托车传动皮带都是齿型皮带～& & 应该说你只见过齿形皮带的摩托车，因为无级变速的皮带罩在传动箱壳子里看不见。
泡网分: 24.778
注册: 2004年05月
运动精神 发表于
齿形皮带相当于链条，没有相对滑动，传动效率应该是100%，而皮带是摩擦传动存在相对滑动，效率是不如链条的。没有相对滑动，传动效率应该是100%？
那手动挡全是齿轮传动，没有相对滑动，传动效率100%咯！
物理是音乐老师教的。
泡网分: 1.412
帖子: 1983
注册: 2005年09月
运动精神 发表于
齿形皮带相当于链条，没有相对滑动，传动效率应该是100%，而皮带是摩擦传动存在相对滑动，效率是不如链条的。差点沒看懂你说什么。
我见过的摩托车传动皮带都是齿型皮带～
泡网分: 1.473
帖子: 2770
注册: 2012年10月
运动精神 发表于
齿形皮带相当于链条，没有相对滑动，传动效率应该是100%，而皮带是摩擦传动存在相对滑动，效率是不如链条的。和轴传动比较呢？
泡网分: 13.241
帖子: 2823
注册: 2009年03月
<font color="#0years 发表于
皮带传动有什么问题？
齿形皮带相当于链条，没有相对滑动，传动效率应该是100%，而皮带是摩擦传动存在相对滑动，效率是不如链条的。
泡网分: 73.149
精华: 1帖子: 28100
注册: 2005年01月
izebra 发表于
链条很重的，相当于给发动机挂了一个大飞轮
在这个连皮带轮都开始用铝合金中空轮的时代，链条影响发动机响应已经算很严重了
这几年来异军突起的小排量增压发动机，又成了压在链条身上的最后一根稻草
当然链条也不会消失，就好像顶杆机，在美帝那些皮卡上，都还活的好好的。铃木的K10B也是链条的，小排量三缸机。
泡网分: 5.26
帖子: 2001
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赠送火化功能 发表于
這次特別請到負責TMAX 530的車體開發總工程師 -- 鈴木 達也
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4. 將TMAX 530的傳動機構由鏈條改為皮帶, 有什麼用意?
理由很多呢(笑
最主要的優點是摩擦損失更小, 重量更輕, 運轉更安靜反正教科书上，都是链条更好，无论是效率还是寿命。这里的皮带，还是指到轮子的传动皮带吧。估计是带齿的传动皮带，否则摩擦力肯定不够。
链条是通用产品，这个皮带估计是特制的，买到手的成本估计更高
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chorister 发表于
TMAX 530是摩托车~~~都是连接曲轴的东西
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齐心 发表于
你说的是正时链条吧
能高多少。还不是忽悠。成本低。以后要换要维护。收钱了。
我就觉得链条好。至少不那么容易断吧。基本上免维护吧。TMAX 530是摩托车~~~
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不明白是什么意思？不喜欢？
用皮带的机车很多的，在这点上设计师不会不如你，基本属于免维护
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皮带传动有什么问题？
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看完此帖，我怀疑现在确实是2013年么？
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皮带噪音小，不用保养，使用年限比链条长，但就是怕卡进东西，一旦进去个硬物，咔嚓一声，一千多就没了。。。
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汽车发动机的话，比较新款的（10年前至今）感觉都是采用皮带的多
以前那些正时链条的话，感觉确实比较耐用，
至少维修时候不需要更换那么多（不过大部分维修时候还是全套都换了，啥几条链条、几个齿轮、几个压顶）
正时皮带的话，更换频率可能大些，不过更换的零件就少些（基本1带3轮）即可。
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蓝色极冰 发表于
T妈妈？以前不是皮带？
t妈妈现在改皮带了啊，530开始，而且恶心的设计是那个皮带外露的
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很多进口的巡航车都是皮带传动或轴传动
&版权所有：&&桂ICP备号&增值电信业务经营许可证轿车发动机为何只使用皮带传动？_百度知道
轿车发动机为何只使用皮带传动？
相于皮带传,链传齿轮传特点:传比准确(输速度变);传能力高(传力);传效率高(摩擦力);没载保护作用(载电机烧坏);加工安装精度高(价格比较高)等.
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其他4条回答
左右两边各进排气凸轮轴 凸轮轴传皮带传递 每气缸盖进排气凸轮轴则由齿轮传
皮带传动的摩擦力小。
轿车发动机有链条和皮带两种传动方式啊！举两个简单例子：
1皮带传动发动机------PASSAT
2链条传动发动机------POLO（1。6）
你好，也有链条呀，原则上是终身免维护。
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