Thiết kế răng của đai định thời có ảnh hưởng gì đến hiệu suất truyền động

các vành đai thời gian là một bộ phận quan trọng trong hệ thống van động cơ ô tô, chịu trách nhiệm đồng bộ hóa chính xác chuyển động quay của trục khuỷu và trục cam. Biên dạng răng của nó không chỉ quyết định đặc tính ăn khớp của dây đai và puly định thời (bánh xích) mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, tiếng ồn, độ bền và chi phí bảo trì của hệ thống truyền động.

Mục tiêu cốt lõi và những thách thức của thiết kế hồ sơ răng

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

Độ chính xác về thời gian: Đảm bảo độ lệch pha không đổi giữa trục khuỷu và trục cam trong toàn bộ chu kỳ vận hành.

Khả năng chịu tải: Dây đai phải truyền mô-men xoắn cần thiết một cách đáng tin cậy để dẫn động trục cam, đặc biệt là trong điều kiện tải và tốc độ cao.

Giảm tiếng ồn và độ rung: Tối ưu hóa quá trình chia lưới để giảm tiếng ồn do va đập và ma sát tạo ra.

Tuổi thọ sử dụng: Tối đa hóa khả năng chống mài mòn và mỏi của dây đai và ròng rọc.

Phân tích cấu hình răng chung và đặc điểm truyền dẫn của chúng

Cấu hình răng của đai định thời đã phát triển chủ yếu từ răng hình thang đến răng hình cung tròn, mỗi thiết kế đều có những ưu điểm và hạn chế truyền động riêng biệt.

1. Răng hình thang

Đây là thiết kế đai đồng bộ sớm nhất.

Đặc điểm truyền động: Răng hình thang có thành bên thẳng, khi chia lưới, tải trọng chủ yếu được truyền bởi hai bên và mặt trên của răng.

Tác động:

Sự tập trung ứng suất: Sự tập trung ứng suất là nhược điểm lớn của răng hình thang, xảy ra ở chân răng và góc răng. Ứng suất cao có thể dễ dàng dẫn đến nứt do mỏi đai, đặc biệt là trong các ứng dụng tải nặng hoặc tốc độ cao, hạn chế khả năng chịu tải của chúng.

Độ bền cắt: Răng hình thang có khả năng chống cắt tương đối yếu nên dễ bị cắt ở chân răng.

Độ chính xác truyền: Do phản ứng ngược lớn, tiếng ồn và tác động dễ dàng được tạo ra khi chuyển hướng tải, ảnh hưởng đến độ chính xác và độ ổn định của truyền.

Ứng dụng: Với sự gia tăng công suất động cơ và độ phức tạp, việc sử dụng răng hình thang trong hệ thống định giờ ô tô hiện đại đã giảm đáng kể, trở nên phổ biến hơn trong các ứng dụng công nghiệp tốc độ thấp, tải thấp.

2. Răng cong

Răng cong là thiết kế chủ đạo cho dây đai định thời hiện đại, bao gồm các biến thể như **HTD (Bộ truyền động mô-men xoắn cao)** và **STD (Bộ truyền động mô-men xoắn cực đại).

Đặc tính truyền động: Cấu hình răng tròn, nhẵn giúp phân bổ tải trọng đồng đều hơn. Trong quá trình chia lưới, mặt cắt răng ròng rọc thẳng hàng với mặt cắt răng đai.

Tác động:

Phân bố ứng suất: Răng cong phân bổ ứng suất từ ​​ứng suất tập trung ở góc răng đến toàn bộ bề mặt răng và chân răng. Điều này cải thiện đáng kể tuổi thọ mỏi và khả năng chịu mô-men xoắn của dây đai. Thiết kế chân răng rộng hơn và dày hơn mang lại độ bền cắt cao hơn đáng kể so với răng hình thang.

Độ trơn truyền truyền: Các răng cong mang lại khả năng lăn vào và ra khỏi chia lưới mượt mà hơn, giảm sốc khi chia lưới một cách hiệu quả. Điều này trực tiếp làm giảm độ rung của hệ thống và tiếng ồn khi vận hành, cải thiện hiệu suất NVH (tiếng ồn, độ rung và độ khắc nghiệt).

Độ chính xác định vị: Do độ cứng xuyên tâm và trục tăng lên trong quá trình chia lưới, các răng hình vòng cung có thể duy trì độ chính xác đồng bộ hóa tuyệt vời trong khi truyền mô-men xoắn cao.

Ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống định thời động cơ ô tô hiện đại, đòi hỏi độ chính xác cao, truyền mô-men xoắn cao và độ ồn thấp.

3. Răng hình vòng cung được cải tiến (chẳng hạn như Răng parabol và Răng xoắn ốc đã được sửa đổi)

Để tối ưu hóa hơn nữa hiệu suất của răng hình vòng cung, các nhà sản xuất đã phát triển nhiều loại răng cải tiến.

Đặc điểm truyền: Các biên dạng răng này thường tối ưu hóa hình học biên dạng răng dựa trên hình dạng vòng cung để giảm hơn nữa hiệu ứng đa giác và dòng chảy trong quá trình chia lưới.

Tác động:

Giảm tiếng ồn: Được thiết kế để đạt được hoạt động yên tĩnh hơn. Ví dụ, một số thiết kế tối ưu hóa việc nén và giải phóng không khí giữa các răng bằng cách thay đổi góc bọc răng, giảm tiếng ồn tần số cao một cách hiệu quả.

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

Rung động tần số cao: Những cấu hình răng tiên tiến này hấp thụ và phân tán tốt hơn các rung động tần số cao do hệ thống van tạo ra trong các điều kiện vận hành động cơ đòi hỏi khắt khe.