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摘要:正时机构是发动机正常顺利地运转的动力传输保障,而汽车用同步带在正时机构中的应用发展得很快。尤其是材料的不断更新换代,使得汽车用同步带的寿命和效率得到不断的提高,同时,也不断满足了发动机日趋提高的要求。文章从材料的发展及应用对比分析了国外的技术要点和国内汽车同步带技术的缺点与不足。
关键词:汽车同步带;正时系统;材料
中图分类号:U465 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)27-0021-02
在汽车行业中,同步带是发动机重要的零部件。同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。近年来,如何提高燃料利用率和减少废气排放、提高维修周期一直是汽车工业研究的目标,如:多气门(Multivalve Engines,MVES)和可变气门(Variable Valve Timing,VVT)[1]技术、发电/起动集成电机(integrated starter alternator,ISA)等。[2]这些技术进步对汽车零部件的性能要求也相应提高,汽车同步带也不例外。尤其是从材料方面的不断开发和完善,使得同步带的应用技术得到更大的提高。
1国内外汽车同步带应用的发展
1.1国外汽车同步带应用的发展概况
同步带是由20世纪40年代美国龙尼劳伊尔公司发明的,被称为划时代的传动机构而引起世界的广泛关注。20世纪60年代后期,美国的通用公司首先将同步带装在汽车上,用来驱动发动机上的顶置凸轮。20世纪70年代初,本田公司制造的“莱福”牌汽车、接着富士重工业公司的“雪克斯”牌汽车都率先装上了同步带。目前,国外生产同步带的厂家有美国的盖茨(GATES)和力比(EP)同步带、德国的欧皮特(OPTIBELT)和马牌(CONTITECH)同步带、日本版东同步带。
1.2国内汽车同步带应用的发展概况
国内汽车同步带开发很晚,1986年,青岛橡胶工业研究所引进了联邦德国尚尔茨公司的同步带生产线开发同步带,而后,洛阳橡胶制品厂、上海胶带厂、无锡橡胶厂、浙江余姚同步带厂等也相继引进了类似的生产线。目前,国内同步带公司有宁波伏龙同步带有限公司、浙江凯欧传动带有限公司等几十家制造商和代理商。
2汽车同步带材料的分类和发展
2.1橡胶
过去,汽车同步带胶料主要采用NR(天然橡胶)、SBR(丁苯橡胶)等作主体材料,这已不适应汽车发展的要求。目前,汽车同步带胶料主要采用CR、HNBR等作主体材料,这里主要对比介绍这两种特殊橡胶材料。
2.1.1氯丁橡胶(CR)
氯丁橡胶简称CR,由氯丁二烯聚合制得。具有良好的综合性能,耐油、耐燃、耐氧化和耐臭氧。但其密度较大,常温下易结晶变硬,贮存性不好,耐寒性差。目前,我国同步带胶料的主体材料主要为CR,含量达到50%～60%。
2.1.2氢化丁腈橡胶(HNBR)
氢化丁腈橡胶(HNBR)是丁二烯和丙烯腈的共聚体。其特点是机械强度和耐磨性高,用过氧化物交联时耐热性比丁腈橡胶(NBR)好,其他性能与丁晴橡胶(NBR)一样;缺点是价格较高。
HNBR比CR耐热性更好,工作温度可提高约30 ℃,工作温度为-40～+150 ℃,使用寿命为20万～30万km。日本、欧美的各大汽车公司均采用HNBR生产同步齿形带。
图1CR与HNBR动态裂口增长速度对比
由图1可见,HNBR与CR对比,HNBR裂口增长明显低于CR,因此,HNBR的耐磨性能比较好。这是由于HNBR有很好的拉伸积,而拉伸积与耐磨指数成正比,因此,HNBR是优良的耐磨橡胶材料。[3]同时,HNBR同步带的使用寿命可延长2～6倍,见图2。
图2CR与HNBR同步带疲劳寿命对比
2.2线绳
2.2.1玻璃纤维线绳
目前,我国汽车同步带的抗拉体基本采用玻璃纤维线绳。由于玻璃纤维表面缺少黏合活性基团,因此采用普通RFL浸渍液浸渍的玻璃纤维线绳黏合性能较差,不能满足汽车同步带的要求。为此,一般在汽车同步带用玻璃纤维线绳的RFL浸渍液中加入硅烷偶联剂和糊精等改性物质,并将线绳的1次浸渍改为2次甚至3次浸渍。采用氢化丁腈胶乳的RFL浸渍液的CR同步带经120 ℃×400 h运转试验后,拉伸强度保持率高达92,远高于浸采用丁苯吡胶乳的RFL浸渍液的CR同步带。
2.2.2芳纶线绳
近年来,国外已逐渐用芳纶线绳替代玻璃纤维线绳作同步带骨架材料。与玻璃纤维相比,芳纶纤维具有密度小(玻璃纤维的1倍),断裂强力大(玻璃纤维的3倍),模量高(玻璃纤维的2倍),断裂伸长率稍大,弯曲性能、耐疲劳性能和扭转性能好等优点;缺点是在同步带运行中芳纶线绳的伸长率和蠕变略大。
我国自20世纪90年代初开始进行芳纶线绳汽车同步带的研制,现仍处于试验阶段,但已能生产芳纶硬线绳。
3结束语
目前,汽车同步带的发展趋势已明确:①材质向高饱和丁腈橡胶、芳伦纤维材料、双层尼龙弹力布发展;②带齿形向修正曲线齿方向发展;③带体向增加抵抗高温龟裂的能力、改善承受负荷能力、改进齿的啮合和磨损、减少噪音发展。
参考文献
1 Ye Z M, Li L G. et al. Multi-Variable Optimization on Variable Intake Valve Closing Timing System For engine Overall Performance [A]. Paper 20050405-07 of ASME Internal Combustion Engine Division Spring Technical Conference, Chicago IL, 2005
2 Walters A E. Krefta R J, et al. Technology Considerations for Belt Alternator Starter Systems [A]. Paper SP-1833 of SAE World Congress, Detroit MI., 2004
3 吴贻珍.HNBR及其在汽车传动带中的应用[J].橡胶工业,2002(4):23～25
Development of auto timing belt material
Zhang Chunying
Abstract:The timing organization is the power transmission safeguard which the engine revolves smoothly normally, but the development of automobile synchronous belt in timing organization application is very quickly. Especially the material unceasing renewal, improves the natural life and efficiency of the automobile synchronous belt. At the same, it also satisfies the request which the engine enhances day by day. This paper contrasts and analyses the overseas technology points and intestine disadvantages from materials.
Key words:auto timing belt; timing system; material
关键词:汽车同步带;正时系统;材料
中图分类号:U465 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)27-0021-02
在汽车行业中,同步带是发动机重要的零部件。同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。近年来,如何提高燃料利用率和减少废气排放、提高维修周期一直是汽车工业研究的目标,如:多气门(Multivalve Engines,MVES)和可变气门(Variable Valve Timing,VVT)[1]技术、发电/起动集成电机(integrated starter alternator,ISA)等。[2]这些技术进步对汽车零部件的性能要求也相应提高,汽车同步带也不例外。尤其是从材料方面的不断开发和完善,使得同步带的应用技术得到更大的提高。
1国内外汽车同步带应用的发展
1.1国外汽车同步带应用的发展概况
同步带是由20世纪40年代美国龙尼劳伊尔公司发明的,被称为划时代的传动机构而引起世界的广泛关注。20世纪60年代后期,美国的通用公司首先将同步带装在汽车上,用来驱动发动机上的顶置凸轮。20世纪70年代初,本田公司制造的“莱福”牌汽车、接着富士重工业公司的“雪克斯”牌汽车都率先装上了同步带。目前,国外生产同步带的厂家有美国的盖茨(GATES)和力比(EP)同步带、德国的欧皮特(OPTIBELT)和马牌(CONTITECH)同步带、日本版东同步带。
1.2国内汽车同步带应用的发展概况
国内汽车同步带开发很晚,1986年,青岛橡胶工业研究所引进了联邦德国尚尔茨公司的同步带生产线开发同步带,而后,洛阳橡胶制品厂、上海胶带厂、无锡橡胶厂、浙江余姚同步带厂等也相继引进了类似的生产线。目前,国内同步带公司有宁波伏龙同步带有限公司、浙江凯欧传动带有限公司等几十家制造商和代理商。
2汽车同步带材料的分类和发展
2.1橡胶
过去,汽车同步带胶料主要采用NR(天然橡胶)、SBR(丁苯橡胶)等作主体材料,这已不适应汽车发展的要求。目前,汽车同步带胶料主要采用CR、HNBR等作主体材料,这里主要对比介绍这两种特殊橡胶材料。
2.1.1氯丁橡胶(CR)
氯丁橡胶简称CR,由氯丁二烯聚合制得。具有良好的综合性能,耐油、耐燃、耐氧化和耐臭氧。但其密度较大,常温下易结晶变硬,贮存性不好,耐寒性差。目前,我国同步带胶料的主体材料主要为CR,含量达到50%～60%。
2.1.2氢化丁腈橡胶(HNBR)
氢化丁腈橡胶(HNBR)是丁二烯和丙烯腈的共聚体。其特点是机械强度和耐磨性高,用过氧化物交联时耐热性比丁腈橡胶(NBR)好,其他性能与丁晴橡胶(NBR)一样;缺点是价格较高。
HNBR比CR耐热性更好,工作温度可提高约30 ℃,工作温度为-40～+150 ℃,使用寿命为20万～30万km。日本、欧美的各大汽车公司均采用HNBR生产同步齿形带。
图1CR与HNBR动态裂口增长速度对比
由图1可见,HNBR与CR对比,HNBR裂口增长明显低于CR,因此,HNBR的耐磨性能比较好。这是由于HNBR有很好的拉伸积,而拉伸积与耐磨指数成正比,因此,HNBR是优良的耐磨橡胶材料。[3]同时,HNBR同步带的使用寿命可延长2～6倍,见图2。
图2CR与HNBR同步带疲劳寿命对比
2.2线绳
2.2.1玻璃纤维线绳
目前,我国汽车同步带的抗拉体基本采用玻璃纤维线绳。由于玻璃纤维表面缺少黏合活性基团,因此采用普通RFL浸渍液浸渍的玻璃纤维线绳黏合性能较差,不能满足汽车同步带的要求。为此,一般在汽车同步带用玻璃纤维线绳的RFL浸渍液中加入硅烷偶联剂和糊精等改性物质,并将线绳的1次浸渍改为2次甚至3次浸渍。采用氢化丁腈胶乳的RFL浸渍液的CR同步带经120 ℃×400 h运转试验后,拉伸强度保持率高达92,远高于浸采用丁苯吡胶乳的RFL浸渍液的CR同步带。
2.2.2芳纶线绳
近年来,国外已逐渐用芳纶线绳替代玻璃纤维线绳作同步带骨架材料。与玻璃纤维相比,芳纶纤维具有密度小(玻璃纤维的1倍),断裂强力大(玻璃纤维的3倍),模量高(玻璃纤维的2倍),断裂伸长率稍大,弯曲性能、耐疲劳性能和扭转性能好等优点;缺点是在同步带运行中芳纶线绳的伸长率和蠕变略大。
我国自20世纪90年代初开始进行芳纶线绳汽车同步带的研制,现仍处于试验阶段,但已能生产芳纶硬线绳。
3结束语
目前,汽车同步带的发展趋势已明确:①材质向高饱和丁腈橡胶、芳伦纤维材料、双层尼龙弹力布发展;②带齿形向修正曲线齿方向发展;③带体向增加抵抗高温龟裂的能力、改善承受负荷能力、改进齿的啮合和磨损、减少噪音发展。
参考文献
1 Ye Z M, Li L G. et al. Multi-Variable Optimization on Variable Intake Valve Closing Timing System For engine Overall Performance [A]. Paper 20050405-07 of ASME Internal Combustion Engine Division Spring Technical Conference, Chicago IL, 2005
2 Walters A E. Krefta R J, et al. Technology Considerations for Belt Alternator Starter Systems [A]. Paper SP-1833 of SAE World Congress, Detroit MI., 2004
3 吴贻珍.HNBR及其在汽车传动带中的应用[J].橡胶工业,2002(4):23～25
Development of auto timing belt material
Zhang Chunying
Abstract:The timing organization is the power transmission safeguard which the engine revolves smoothly normally, but the development of automobile synchronous belt in timing organization application is very quickly. Especially the material unceasing renewal, improves the natural life and efficiency of the automobile synchronous belt. At the same, it also satisfies the request which the engine enhances day by day. This paper contrasts and analyses the overseas technology points and intestine disadvantages from materials.
Key words:auto timing belt; timing system; material