基于复杂约束边界条件下的多轴高速齿形链系统啮合设计理论

Silent chain meshing design system is established under the assumption of biaxial unconstrained boundaries and tense straight line. However, the defect of this design system is that the bad movement ride comfort, the large vibration, and high noise of the high-speed multi-axial silent chain system cannot be overcome. This research conducts in-depth study on the harmonious relationship of meshing design and geometric layout design and constrained boundary design to explore the curve tension silent chain system design new theory and new method, and systematically elaborate the forthcoming breakthrough and key theoretical problem encountered when bi-axial transmitting system design technology develops into the multi-axial high-speed silent chain transmitting system. The rigid-flexible combined multi- body dynamic model is adopted to study the dynamic stability of the multi-axial high-speed silent chain system meshing transmitting process, the friction action of the constrained boundary and silent chain, the tension force homogenization mechanism, and the force stream transmission rule. The aim is to seek the realization of the new technology of the simulating gradual and equal pressure floating contact, to elaborate the high-speed silent chain system noise feature, and the vibration change rule. Combining the simulation and high-speed mock experiment, this study is about the whole-life cycle high-speed transmitting silent chain attrition compensation reaction mechanism and different life expectancy reliability evaluation proposals. The result of this study can be widely applied to various trades such as the motor engine of the automobiles and motorcycles.

齿形链啮合设计体系是在双轴无约束边界直线张紧假设条件下建立的，但是在该设计理论框架下始终难以解决多轴高速齿形链系统运动平顺性差、振动大、噪声高的难题。本项目通过深入研究啮合设计与几何布局设计、约束边界设计之间的谐应关系，探索曲线张紧齿形链系统啮合设计新理论与新方法，系统阐述双轴链传动系统设计技术向多轴高速链传动领域跨越所面临的亟待突破和解决的关键理论问题。采用刚柔体组合的多体动力学模型，研究多轴高速齿形链系统啮合传动过程的动态稳定性、约束边界与齿形链动态接触摩擦行为、张紧力匀化作用机理，以及力流传递规律等，寻求仿形渐进逼近及等压力浮动接触的崭新技术实现方案，阐明高速齿形链系统的噪声特性、振动特性变化规律。结合仿真和高速模拟试验，研究全寿命周期内满足传动精度要求的高速传动齿形链磨损补偿响应机制，以及不同预期使用寿命的可靠性评估方案。本项目的研究成果可广泛应用于汽车、摩托车发动机等众多行业中。

提出了正时齿形链系统设计的选择计算方法，建立了多轴齿形链传动系统封闭回转路径形成的一般设计原则，具体工作包括：①研究了正时链系统的载荷特性，提出了正时齿形链系统不同转速条件下的载荷( 工况) 系数及其确定方法，研究表明，动态情况下曲轴扭矩大体呈现周期性的波动，并据此探讨了基于转速的正时链齿形链系统载荷（工况）系数。② 针对已知汽车发动机配气正时机构的三轴坐标，提出了封闭回转路径形成的一般设计原则。解析了三轴系统的链条张力特点，并进行了张紧器的张紧力与松边张力的定量描述，随后开展了不同转速条件下的张紧力，以及特定转速的曲轴转矩研究，得到了正时链系统的载荷循环特性，结果表明，在保证正时链系统动力性能的基础上，张紧约束应综合考虑吸纳正时链的磨损伸长，以及张紧力的施力方向，还要兼顾正时链的静强度安全裕度。③通过国内、外正时链系统的磨损性能试验，基于磨损伸长量的正态分布假设，首次提出了正时链系统极限磨损伸长率的设定原则及其计算方法，在已知多轴发动机正时链系统几何布局的基础上，研究了进、排气凸轮轴的滞后角对发动机配气相位的影响，进而提出了多轴正时齿形链系统极限磨损伸长率的限定条件。设计了符合发动机正时齿形链实际装机运行的并兼顾链轮与链条的啮合冲击等情况的可靠性试验方法。④研究了正时链系统几何布局设计及其行走轨迹、约束边界的设计计算方法，依据曲线的内凹量，采用分段圆弧或直线逼近的方式，提出了张紧边和导向边的长度计算准则。在真实模拟正时链系统交变载荷和工作环境的条件下，研究了张紧板在不同转速条件下的横向振动位移的变化规律，以及不同转速条件下的噪声特性变化规律。⑤利用缸盖反拖系统试验台和实时频谱分析仪，测试了正时链系统在不同工况下的噪声特性，进行了噪声频谱分析。通过上述工作，可以促进我国多轴正时齿形链系统真正实现本土化生产，从而形成行业内新的技术创新点和经济增长点，应用前景十分广阔。