汽车发动机正时皮带和正时链条,不懂的不会的都来围观
杨旭东+王昆
摘 要：发动机正时链条系统保证了发动机的进气及时、排气彻底，链条动态张力对正时链系统有着至关重要的决定作用。本文通过在链轮上粘贴电阻应变片这一简单有效的方法来进行链条张力的测试。
关键词：发动机正时系统；链条张力；测试
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.151
1 发动机正时系统
发动机配气机构通过正时链条严格的控制发动机进排气门的定时开启和关闭，从而实现发动机的‘进饱排净。正时链条张力主要由驱动凸轮轴扭矩产生；同时，曲軸扭震、链轮的多边形效应和啮合冲击也都是链条张力产生的原因[1]。
2 正时系统凸轮轴链轮设计
2.1 链轮受力分析
链轮受力分析是在对地坐标系和链轮坐标系中进行。链轮的受力分析如图1所示，链轮在旋转过程中，把链轮的受力分解到对地坐标系中进行计算分析。链轮的二维静态受力分析，对于全局坐标系有如下方程：
式中：
θ=全局坐标和链轮坐标的夹角
α= T1端链条啮出角
β= T2端链条啮入角
Fx = 链轮坐标中，链轮所受沿X轴方向的反作用力，测量值
Fy = 链轮坐标中，链轮所受沿Y轴方向的反作用力，测量值
Ms= 凸轮轴对链轮的反作用扭矩
Rp= 链轮中心到链条节线的距离
T1、T2是链轮张力、全局坐标是以地面为参考系、链轮坐标跟随链轮旋转。
由上述平衡方程可以看出，要测量链条张力就要对链轮的受力以及两坐标轴之间的夹角进行测量。
2.2 链轮受力仿真分析
在进行链轮的受力仿真分析之前，首先要对链轮进行模态分析。确认链轮的自身频率是否满足实际测试的需求。若不满足要求，则要对链轮的外轮廓形状做进一步优化更改。
在链轮的受力分析过程中，分别对链轮单边受力和双边受力进行仿真分析。同时假设在链轮与链条接触过程中，载荷的分配情况为：第一个齿40%；第二个齿30%；第三个齿20%；第四个齿10%。对链轮上的齿逐个进行仿真分析。通过对链轮在不同受力角度情况下的仿真分析，获得链轮安装传感器的最佳位置，便于计算传感器的电压输出值。
3 链轮测试系统电路设计
通过在链轮设定的位置粘贴应变片传感器，通过测量链轮轮廓形状的微应变量来测量链条的张力。
对链轮上要贴应变片的部位取出与应变片同样大小的立方体，然后对立方体进行有限元分析，得出应变片对应位置的应变量以及对应位置的剪切应变量。通过计算公式（4），可以得出应变片对应位置的总应变边量[2]。
再根据应变量计算出应变片的电阻变化值，从而可以得出链轮上个传感器的电压出数值。计算公式如下：
测量桥路采用惠斯通电桥。惠斯通电桥，不仅测量准确而且对电路具有补偿作用。在惠斯通电桥的基础上，把链轮上不同位置的应变片连接到不同的桥臂上，组成链轮测试传感器的测量电路。根据上述链轮的受力分析，测量电路对链条的张力测量分为两个测量电路，分别测量X方向和Y方向的受力。本课题选用的应变片型号为：HBM公司生产的1-RY31-10/120应变花。
在发动机运行过程中，凸轮轴链轮始终处于旋转状态。本文利用滑电环实现了信号动静态转换；同时，为了避免信号在传输过程中受到干扰，在连接滑电环之前利用AD620微型放大器对信号进行放大，保证了信号传输的准确性。
4 链轮静态标定实验
改变链轮的受力角度来模拟链轮的旋转受力，在固定受力角度下改变链轮受力大小两种方法来进行标定。通过在链轮两侧的链条上安装拉力传感器，同时测量链轮上各传感器的实际电压输出值。通过实际计算出的力以及传感器电压输出值，计算链轮上各传感器的平均灵敏度。计算平均值，得到X 轴传感器的平均灵敏度为：-544.1966N/V；Y轴的平均传感器灵敏度为539.5544N/V。
获得链轮灵敏度后，利用这一数值对传感器灵敏度进行验证。可以看出，链轮传感器的输出值与实际的载荷施加值曲线基本吻合，两者误差在5%之内。这一结果证明了传感器灵敏度的准确性，同时证明了这一测试方法的最终可行性。
5 结论
通过改变凸轮轴链轮的外轮廓形状，可以实现在链轮上粘贴电阻应变片从而准确的测量链条张力。这为高速旋转的发动机正时系统链条张力的测试，提供了一种切实可行的测量方法。
参考文献：
[1]刘高洋，冯增铭.现代汽油发动机用正时齿形链系统动态特性分析及实验研究[J].2014：1-2.
[2]Measurement Group. Strain Gage Based Transducers，1988 ISBN 0-9619057-0-0.
[3]黄兴伟.具有无线传输功能的数显扭矩测量系统的研究与开发[J].2011.
