高速正时滚子链链轮齿形研究

摘要

滚子链传动在汽车发动机正时机构中有着广泛的应用。然而传统的滚子链传动由于多边形效应和啮入瞬间的冲击，不适用于高速传动。因此亟需研究新型滚子链传动来提高滚子链传动机构在高速下的动态性能。本文在全面分析传统链传动弊端的基础上，以减小机构高速运转时链条与链轮的啮合冲击、降低链条的波动量、提高链传动的平稳性为目标，进行了新型齿廓链轮的设计研究。
　　 首先，对传统链动态性能进行了理论分析，发现链轮的多边形效应以及链条与链轮间的啮合冲击主要原因是链轮链条的理论瞬心线不规则。在此基础上，本文建立了新型链轮理论齿廓推导模型，通过预先设定链轮链条的瞬心线，在保证标准链条各种参数不变和设定若干假设的情况下，推导出了能与标准链条相共轭啮合的新型链轮理论齿廓方程。并且，利用新型链轮齿廓方程完成了对新型齿廓链轮简单验证模型的建模和多体动力学仿真，对新型链轮齿廓进行了各项动态性能的初步验证。
　　 其次，以验证新型齿廓链轮在实际正时机构中的动态性能为中心，利用三种不同齿廓链轮(新型齿廓、德国DIN8196和国标GB1244-85)对某四缸发动机双顶置凸轮正时链传动系统进行了多体动力学建模，并且完成了正时链机构模型在1000r/min至8000r/min之间各转速下的模拟仿真。通过对不同齿廓正时机构链条波动量、链条和各链轮之间啮合冲击力、凸轮轴链轮角速度波动量以及链条张力等各方面仿真数据进行对比分析，证明了新型齿廓链轮在高速传动下拥有更好的动态性能。
　　 最后，针对于曲轴链轮转速为8000r/min时新型齿廓链轮正时机构各项动态性能急剧下降进行了理论分析，发现机构所使用链条链节在传动中的伸长量超过新型链轮齿槽的容忍范围和新型齿廓方程输入多体动力学软件时存在的齿廓误差是引起机构动态性能下滑的主要原因，并且提出了相应的解决办法——齿廓优化。同时，本文进行了优化齿廓链轮高速性能验证的仿真，并对比分析了优化齿廓链轮及其他齿廓链轮(德国DIN8196和国标GB1244-85)的仿真数据，从而证明了优化齿廓链轮在高速下拥有优越的动态性能，也证明了链轮理论齿廓方程的正确性和研究方法的可行性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景和现状

1.2.1 研究背景

1.2.2 传统滚子链机构简介

1.2.3 国内外研究现状

1.3 多体系统动力学发展及研究现状

1.4 课题的主要研究工作

第2章 链传动理论基础

2.1 滚子链基本技术参数

2.2 链传动运动学

2.2.1 链条的速度变化

2.3.2 从动链轮的角速度变化

2.2.3 多边形效应补偿

2.3 链传动动力学

2.3.1 传动链条受力分析

2.3.2 链条链轮的啮入冲击

2.3.3 链条的振动

2.4 链传动啮合过程及其轮齿的受力

2.4.1 单个铰链及其轮齿的受力分析

2.4.2 围齿区间内各铰链的受力分析

2.5 本章小结

第3章 新型链轮齿廓曲线的理论推导

3.1 标准链轮齿形的介绍

3.1.1 我国滚子链轮国家标准GB1244-85

3.1.2 德国标准DIN8196链轮

3.2 传统链轮链条传动的分析以及存在的缺陷

3.2.1 理论瞬心线的定义和7个假设

3.2.2 理论瞬心线的求解

3.3 新型滚子链链轮齿廓曲线方程的推导

3.3.1 链轮设计的原则

3.3.2 共轭齿形的基本原理

3.3.3 新型链轮齿形的推导

3.4 新型齿形的简单模拟验证

3.5 本章小结

第4章 发动机正时链建模仿真

4.1 正时链系统简介

4.2 链轮的建模

4.2.1 齿廓的输入方法简介

4.2.2 DIN8196和GB1244-85链轮的建模

4.2.3 新型链轮建模

4.3 导链板和液压张紧器的建模

4.3.1 摆动导链板

4.3.2 固定导链板

4.4 系统模型的组装及有关负载的添加

4.4.1 恒定速度驱动的添加

4.4.2 凸轮轴链轮负载力矩

4.4.3 液压张紧器的预紧力

4.5 模型的成功组装

4.6 本章小结

第5章 正时链系统仿真数据结果分析

5.1 正时机构的运动学分析

5.1.1 动力学方程的建立

5.1.2 链条横向波动量的分析

5.1.3 凸轮轴链轮的角速度波动

5.2 链条和链轮接触动态响应

5.2.1 滚子链与链轮间的接触力

5.2.2 链条上的张力

5.2.3 链条和其他部件之间的摩擦力

5.3 新型链轮齿廓的优化

5.3.1 齿廓优化的原理

5.3.2 有关问题的证实

5.3.3 优化齿廓链轮综合性能

5.4 本章小结

结论与展望

全文总结

工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与课题

致谢

学位论文评阅及答辩情况表