1 引言

正时链条系统为汽油机采用较多正时系统，正时链条系统的优点是传动效率高，工作可靠，但缺点为结构复杂，冲击大，NVH性能较差[1,2]。正时链条系统一般由驱动机构、液压张紧机构、链条、链轮、导轨等组成。链条系统在工作中周期性波动，链条运动过程显现多边形效应，使链条的张力产生波动、液压张紧机构振动等。因此，对链条系统进行动力学计算，评估其动力学特性，如液压张紧器柱塞的位移、链条动态受力、正时链条系统对配气正时的影响等，对掌握正时链条系统的工作特性，评估链条系统的设计就很有必要。

本文以某汽油机正时链条系统为研究对象，该链条系统包括驱动链轮，进、排气凸轮链轮，液压张紧器及导轨组成，采用AVL EXCITE TIMING DRIVE软件搭建动力学模型，并将计算结果与试验测试结果对比，验证链条系统动力学分析结果的准确性。

2 模型搭建

2.1 液压张紧器标定

液压张紧器为链条系统中关键部件，且结构复杂，工作特性表现为很强的非线性，其建模准确性直接影响到后续的分析结果，因此需对液压张紧器的模型进行详细建模，并标定其张紧特性。液压张紧器结构主要由供油孔、工作腔、泄油孔，以及单向阀、柱塞、弹簧等部件。

液压张紧器工作原理：润滑油由供油区通过进油孔进如工作区，在工作区油压的作用下，柱塞通过张紧导轨张紧链条。当链条的张力过大时，链条通过张紧导轨压缩工作区的润滑油，泄油孔泄油，调节链条张力。

液压张紧器特性曲线是在不同的张紧器柱塞激励频率下，张紧器张力与柱塞位移关系的特性曲线。

液压张紧器标定过程：（1）实验测得液压张紧器的特性曲线；（2）建立液压张紧器仿真模型；（3）在柱塞施加与实验相同频率的激励，计算液压张紧器的特性曲线；（4）对比液压张紧器的实验特性曲线与仿真计算特性曲线；（5）调整液压张紧器出油孔孔径、柱塞与壳体间隙，模拟液压张紧器的张紧特性曲线并与试验标定。

2.2 正时链条系统模型建立

该链条系统由曲轴前端链轮驱动，因此需计算曲轴前端的转速波动作为边界参数，可使用EXCITE Designer计算得到。被驱动附件为进排气凸轮轴，需建立配气机构模型，可采用EXCITE Timing Drive建模[3,4]，建模流程参考EXCITE Timing Drive指导文件，如图1所示，为正时链条系统EXCITE Timing Drive模型。

图1 正时链条系统EXCITE Timing Drive模型

3 计算结果分析

如图2所示，为正时链条系统试验。链条系统测试，通过在发动机上安装位移传感器及应变传感器，主要测试结果为液压张紧器柱塞位移及链条动态张力。

图2 正时链条系统试验

3.1 柱塞位移结果对比

如图3所示，为2500rpm张紧器柱塞位移结果对比图。由图3可知，分析结果与实测结果接近。张紧器柱塞位移幅值，张紧器柱塞张紧过程都与实测接近。

图3 2500rpm张紧器柱塞位移结果对比

张紧器柱塞位移是反映链条系统是否稳定的关键参数，如图 4 所示，为张紧器柱塞位移结果对比。由图4可知，在发动机转速域内，分析结果与实测结果都很接近。

图4 张紧器柱塞位移结果对比

3.2 链条动态张力结果对比

如图 5所示，为链条最大动态张力。由图5可知，链条最大张力计算与实测值趋势一致，数值接近。链条的动态最大张力体现了链条的可靠，通过动态张力与链条实际能承载的最大张力对比，可以评估链条的耐久性。

图5 链条最大动态张力

3.3 正时相位计算结果

图6 凸轮轴位移

正时相位的影响会影响发动机的动力、排放等性能，因此要求正时系统对配气相位的影响越小越好。如图6所示，为凸轮轴位移。由图6可知，该正时链条系统的对配气相位的影响在±2°曲轴转角范围内，对相位影响较小，在能接受的范围内。

4 结论

正时链条系统分析的关键是液压张紧器，需准确标定液压张紧器张紧器特性。转速波动及配气机构建模需准确，以提供准确的计算载荷边界。通过与测试数据对比，EXCITE Timing Drive很好的运用于正时链条系统分析。链条导轨模型为刚性体，后续如果能将导轨柔性体模型引入，则分析与实际更接近。

1 引言

正时链条系统为汽油机采用较多正时系统，正时链条系统的优点是传动效率高，工作可靠，但缺点为结构复杂，冲击大，NVH性能较差[1,2]。正时链条系统一般由驱动机构、液压张紧机构、链条、链轮、导轨等组成。链条系统在工作中周期性波动，链条运动过程显现多边形效应，使链条的张力产生波动、液压张紧机构振动等。因此，对链条系统进行动力学计算，评估其动力学特性，如液压张紧器柱塞的位移、链条动态受力、正时链条系统对配气正时的影响等，对掌握正时链条系统的工作特性，评估链条系统的设计就很有必要。

文章来源：《水动力学研究与进展》 网址: http://www.sdlxyjyjzzz.cn/qikandaodu/2021/0202/487.html

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