淺析輪系設計實例

王 博

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

淺析輪系設計實例

王 博

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

本文主要是通過對一個發動機附件輪系設計更改實例的分析，總結出一些輪系設計計算方面的關鍵點。

輪系；傳遞功率；V型皮帶；多楔帶

CLC NO.:U463Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-48-02

前言

某車型柴油發動機附件輪系為3個皮帶輪組成：水泵外皮帶輪為主動帶輪，另有2kW發電機帶輪和空調壓縮機帶輪兩個從動輪組成，選用Z型普通V帶2根，如圖1所示。設計任務是將2kW發電機換裝4kW發電機，從而涉及輪系設計的變動。

1、計算與分析

原2kW發電機皮帶輪尺寸較小，有效直徑為63mm，又與空調壓縮機共用2根Z型普通V帶，導致發電機皮帶輪皮帶包角為83°，小于4kW發電機皮帶輪理論包角要求。

具體計算如下：

4kW發電機設計功率應為：Pd= KA×P = 4.8kW

大皮帶輪節圓直徑dp1=182mm（發動機水泵外皮帶輪）；

小皮帶輪節圓直徑dp2=63mm（發電機皮帶輪）；

大皮帶輪轉速n2=(600～2600)r/min（發動機怠速轉速）；

彈性滑動系數ε=0.01～0.02

其中，n1為小皮帶輪轉速。

故 帶速符合普通V型皮帶要求。

按此中心距小皮帶輪包角應為：

而實際包角為83°，發電機廠家給出的經驗包角應大于120°，小皮帶輪包角過小。

單根皮帶額定功率 P1= 0.27 kW（取皮帶輪最低轉速）

傳動比i≠1時單根V帶額定功率增量△P1=0.3

由此可知，共需普通V型帶根數為：

計算依據標準：

GB/T 13575.1-1992

GB/T 13575.2-1992

JB/ZQ 4175-1997

GB/T 15531-1995

故，在發動機怠速而發電機全負荷運行的工況下，需要16.7根V型帶，不符合要求。

2、設計方案更改

2.1 增大皮帶包角，增加摩擦力

（1）增大發電機皮帶輪直徑至90mm；

（2）將原來的發動機水泵外側皮帶輪、空調壓縮機皮帶輪、發電機皮帶輪組成的輪系分為2個互不干涉的輪系。

按大、小帶輪基準值經及實際中心距計算設計包角應為：

實際帶傳動系布置及理論分析位置，滿足設計包角要求，更改后的設計方案如圖2所示。

2.2 增加皮帶傳遞功率

發動機水泵外側皮帶輪和發電機皮帶輪采用8PK楔形皮帶連接，增大皮帶傳遞功率。

依據大、小皮帶輪有效直徑及輪系布置，多楔帶每楔的傳動功率為：0.94kW～2.44kW（當發動機轉速為650± 50r/min即發電機轉速1400r/min時和當發動機轉速為2400 ±50r/min即發電機轉速5000r/min時），即8PK多楔帶的傳遞功率為7.52kW～19.52kW，能夠滿足底盤4kW發電機全功率的運行工況。

具體計算如下：

設計功率應為：Pd= KA×P = 4.4kW

其中工況系數取KA= 1.1

傳動比

帶速ν= (∏×dp1×n1)/60×1000=5.54～24m/s故 帶速符合PK型多楔帶要求。

故，改進后所采用的8PK多攜帶皮帶包角和皮帶傳遞的額定功率滿足設計要求。

計算依據標準：

2.3 皮帶張緊設計

在原2kW發電機的輪系中，未采用張緊輪，而由空調壓縮機支架的安裝角度調節皮帶張緊。在新4kW發電機的輪系中，由于將原來的發動機水泵外側皮帶輪、空調壓縮機皮帶輪、發電機皮帶輪組成的輪系分為2個互不干涉的輪系，考慮到皮帶張緊度的調節，在發電機支架的設計中，增加了調節角度的結構，從而實現皮帶張緊。

2.4 支架的設計

輪系相關支架必須保證良好的加工精度，從而保障輪系正常的工作，在設計支架的過程中還需要注意：

1）減少焊接件的數量，保證其尺寸公差；

2）加大發電機皮帶輪的張緊調節幅度，改善發電機皮帶的裝配性能。

每楔所傳遞的基本額定功率P1= 0.82kW

傳動比i≠1時每楔所傳遞的額定功率增量△P1=0.7

由此可知，共需普通V型帶根數為：

3、驗證

換裝4kW發電機后的輪系結構，經負載試驗驗證，無論是在發動機怠速狀態下還是高速（發動機轉速1300r/min）狀態下運行，滿負荷運行中4kW發電機皮帶輪及皮帶的最高溫度均沒有超過40℃（連續運行且溫度已不再上升的情況下再持續運行10min）。

[1] 機械設計手冊（第1版，第3卷），主編：徐灝，機械工業出版社，1995.

[2] 汽車設計-3版，余志生，機械工業出版社，2000,10.

Analysis a Wheel Train Design Case

Wang Bo
(ShaanXi Heavy-duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200 China)

this paper analysis a case which design an engine wheel train. Introduce some keys on wheel train design and calculate.

wheel train；transmit power；V-belt；ribbed belt

U463

A

1671-7988(2014)07-48-02

王博，就職于陜西重型汽車有限公司，研究方向車輛工程。