Welk effect heeft het tandontwerp van de distributieriem op de transmissieprestaties

De distributieriem is een cruciaal onderdeel van de kleppen van een automotor, verantwoordelijk voor het nauwkeurig synchroniseren van de rotatie van de krukas en nokkenas. Het tandprofiel bepaalt niet alleen de in elkaar grijpende eigenschappen van de riem en de distributiepoelie (tandwiel), maar heeft ook een directe invloed op de efficiëntie, het geluid, de duurzaamheid en de onderhoudskosten van de aandrijflijn.

Kerndoelstellingen en uitdagingen bij het ontwerpen van tandprofielen

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

Timingnauwkeurigheid: Zorgt voor een constant faseverschil tussen de krukas en de nokkenas gedurende de gehele bedrijfscyclus.

Draagvermogen: De riem moet op betrouwbare wijze het koppel overbrengen dat nodig is om de nokkenas aan te drijven, vooral onder hoge snelheden en belastingsomstandigheden.

Ruis- en trillingsreductie: optimaliseert het meshing-proces om het geluid dat wordt gegenereerd door impact en wrijving te verminderen.

Levensduur: Maximaliseert de slijtvastheid en vermoeidheidsweerstand van de riem en poelie.

Analyse van gemeenschappelijke tandprofielen en hun transmissiekenmerken

De tandprofielen van distributieriemen zijn voornamelijk geëvolueerd van trapeziumvormige naar cirkelvormige tanden, waarbij elk ontwerp duidelijke transmissievoordelen en beperkingen biedt.

1. Trapeziumvormige tand

Dit is het eerste synchrone riemontwerp.

Transmissiekenmerken: Trapeziumvormige tanden hebben rechte zijwanden en bij het in elkaar grijpen wordt de belasting voornamelijk gedragen door de zijkanten en de bovenkant van de tanden.

Impact:

Stressconcentratie: Stressconcentratie is een groot nadeel van trapeziumvormige tanden, die optreedt bij de tandwortels en tandhoeken. Hoge spanningen kunnen gemakkelijk leiden tot scheuren door vermoeidheid van de riem, vooral bij toepassingen met zware belasting of hoge snelheid, waardoor het draagvermogen ervan wordt beperkt.

Afschuifsterkte: Trapeziumvormige tanden hebben een relatief zwakke schuifweerstand, waardoor ze gevoelig zijn voor afschuiving aan de basis.

Transmissienauwkeurigheid: vanwege de grote speling worden speling en impact gemakkelijk gegenereerd wanneer de lastrichting verandert, wat de transmissienauwkeurigheid en stabiliteit beïnvloedt.

Toepassingen: Met de toename van het motorvermogen en de complexiteit is het gebruik van trapeziumvormige tanden in moderne distributiesystemen voor auto's aanzienlijk afgenomen, en wordt het steeds gebruikelijker bij industriële toepassingen met lage snelheid en lage belasting.

2. Kromlijnige tand

Kromlijnige tanden zijn het gangbare ontwerp voor moderne distributieriemen, inclusief varianten zoals **HTD (High Torque Drive)** en **STD (Super Torque Drive).

Transmissiekarakteristieken: Het gladde, cirkelvormige tandprofiel zorgt voor een gelijkmatigere verdeling van de belasting. Tijdens het ingrijpen ligt het tandprofiel van de poelie nauw op één lijn met het tandprofiel van de riem.

Impact:

Spanningsverdeling: Kromlijnige tanden verdelen de spanning van geconcentreerde spanning op de tandhoek naar het gehele tandoppervlak en de tandwortel. Dit verbetert de levensduur van de riem tegen vermoeidheid en het koppeldraagvermogen aanzienlijk. Hun bredere en dikkere tandwortelontwerp zorgt voor een aanzienlijk hogere schuifsterkte dan trapeziumvormige tanden.

Soepelheid van de transmissie: Kromme tanden zorgen voor een soepeler in- en uitrollen van de ingrijping, waardoor de ingrijpingsschok effectief wordt verminderd. Dit vermindert direct systeemtrillingen en bedrijfsgeluid, waardoor de NVH-prestaties (geluid, trillingen en hardheid) worden verbeterd.

Positioneringsnauwkeurigheid: Vanwege hun verhoogde radiale en axiale stijfheid tijdens het in elkaar grijpen, kunnen boogvormige tanden een uitstekende synchronisatienauwkeurigheid behouden terwijl ze een hoog koppel overbrengen.

Toepassingen: Op grote schaal gebruikt in moderne distributiesystemen voor automotoren, die hoge precisie, hoge koppeloverdracht en laag geluidsniveau vereisen.

3. Verbeterde boogvormige tanden (zoals parabolidtanden en gemodificeerde spiraalvormige tanden)

Om de prestaties van boogvormige tanden verder te optimaliseren, hebben fabrikanten een verscheidenheid aan verbeterde tandprofielen ontwikkeld.

Transmissiekarakteristieken: Deze tandprofielen optimaliseren doorgaans de tandprofielgeometrie op basis van de boogvorm om polygonale en vloei-effecten tijdens het in elkaar grijpen verder te verminderen.

Impact:

Ruisonderdrukking: Ontworpen om een ​​stillere werking te bereiken. Sommige ontwerpen optimaliseren bijvoorbeeld de compressie en het vrijkomen van lucht tussen de tanden door de hoek van de tandwikkeling te veranderen, waardoor hoogfrequent geluid effectief wordt verminderd.

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

Hoogfrequente trillingen: deze geavanceerde tandprofielen absorberen en verspreiden hoogfrequente trillingen die door de kleppen worden gegenereerd beter onder veeleisende motorbedrijfsomstandigheden.