Какое влияние оказывает конструкция зубьев ремня ГРМ на работу трансмиссии?

ремень ГРМ является важнейшим компонентом клапанного механизма автомобильного двигателя, отвечающим за точную синхронизацию вращения коленчатого и распределительного валов. Профиль зубьев не только определяет характеристики зацепления ремня и зубчатого шкива (звездочки), но также напрямую влияет на эффективность, шум, долговечность и затраты на техническое обслуживание трансмиссии.

Основные цели и проблемы проектирования профиля зуба

core of a timing belt drive lies in achieving zero-slip synchronous transmission. Tooth profile design must balance the following key objectives:

Точность синхронизации: Обеспечивает постоянную разницу фаз между коленчатым и распределительным валами на протяжении всего рабочего цикла.

Допустимая нагрузка: Ремень должен надежно передавать крутящий момент, необходимый для привода распределительного вала, особенно в условиях высокой скорости и нагрузки.

Снижение шума и вибрации: оптимизирует процесс создания сетки для снижения шума, создаваемого ударами и трением.

Срок службы: Максимизирует износостойкость и усталостную прочность ремня и шкива.

Анализ общих профилей зубов и их передаточных характеристик

Профили зубьев ремня ГРМ эволюционировали в основном от трапециевидных до дугообразных, причем каждая конструкция имеет определенные преимущества и ограничения трансмиссии.

1. Трапециевидный зуб

Это самая ранняя конструкция ремня синхронизатора.

Характеристики передачи: Трапециевидные зубья имеют прямые боковые стенки, и при зацеплении нагрузка в основном переносится на боковые и верхние части зубьев.

Воздействие:

Концентрация напряжений. Концентрация напряжений является основным недостатком трапециевидных зубов и возникает в корнях и углах зубов. Высокие напряжения могут легко привести к усталостному растрескиванию ремней, особенно при работе с большими нагрузками или на высоких скоростях, что ограничивает их несущую способность.

Прочность на сдвиг: Трапециевидные зубья обладают относительно слабым сопротивлением сдвигу, что делает их чувствительными к сдвигу у основания.

Точность трансмиссии: из-за большого люфта при переключении направления нагрузки легко возникают люфты и удары, что влияет на точность и стабильность трансмиссии.

Применение: С увеличением мощности и сложности двигателя использование трапециевидных зубьев в современных автомобильных системах газораспределения значительно сократилось, становясь все более распространенным в промышленных применениях на низких скоростях и с низкой нагрузкой.

2. Криволинейный зуб

Криволинейные зубья являются основной конструкцией современных ремней ГРМ, включая такие варианты, как **HTD (High Torque Drive)** и **STD (Super Torque Drive).

Характеристики трансмиссии: Гладкий круглый профиль зубьев обеспечивает более равномерное распределение нагрузки. Во время зацепления профиль зубьев шкива точно совпадает с профилем зубьев ремня.

Воздействие:

Распределение напряжения: криволинейные зубы распределяют напряжение от концентрированного напряжения в углу зуба на всю поверхность зуба и корень зуба. Это значительно повышает усталостную долговечность ремня и его несущую способность. Их более широкая и толстая конструкция корня зуба обеспечивает значительно более высокую прочность на сдвиг, чем у трапециевидных зубов.

Плавность трансмиссии: криволинейные зубья обеспечивают более плавное вхождение и выход из зацепления, эффективно снижая удары при зацеплении. Это напрямую снижает вибрацию системы и рабочий шум, улучшая характеристики NVH (шум, вибрация и резкость).

Точность позиционирования: благодаря повышенной радиальной и осевой жесткости во время зацепления зубья дугообразной формы могут поддерживать превосходную точность синхронизации при передаче высокого крутящего момента.

Применение: Широко используется в современных автомобильных системах газораспределения, где требуется высокая точность, передача высокого крутящего момента и низкий уровень шума.

3. Улучшенные дугообразные зубья (например, параболоидные зубья и модифицированные спиральные зубья).

Для дальнейшей оптимизации характеристик дугообразных зубов производители разработали множество улучшенных профилей зубьев.

Характеристики передачи: Эти профили зубьев обычно оптимизируют геометрию профиля зуба на основе формы дуги, чтобы еще больше уменьшить полигональные эффекты и эффекты потока во время зацепления.

Воздействие:

Шумоподавление: разработано для обеспечения более тихой работы. Например, некоторые конструкции оптимизируют сжатие и выпуск воздуха между зубами за счет изменения угла обхвата зубов, что эффективно снижает высокочастотный шум.

rmal Management: Optimizing the tooth profile helps dissipate heat, reducing thermal aging of the belt during high-speed operation, and indirectly improving durability.

Высокочастотные вибрации: эти усовершенствованные профили зубьев лучше поглощают и рассеивают высокочастотные вибрации, создаваемые клапанным механизмом в тяжелых условиях работы двигателя.