发动机前端附件皮带传动系统的功率损失研究

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1、发动机前端附件皮带传动系统的功率损失研究(申请清华大学工学博士学位论文)培养单位：汽车工程系学科：机械工程研究生：陶润指导教师：侯之超教授二○一五年十月ResearchonPowerLossofEngineFrontEndAccessoryBeltDriveSystemsDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinMec

2、hanicalEngineeringbyTaoRunDissertationSupervisor:ProfessorHouZhichaoOctober,2015摘要摘要带传动功率损失的量化研究是发动机前端附件皮带传动(frontendaccessorybeltdrive，简称FEAD)系统实现节能减排的需要。本文通过对轴承摩擦力矩、皮带传动阻力矩的试验和计算研究，提出了一种带传动力矩损失的测试方法和一种FEAD系统功率损失的计算方法，分析了力矩损失和功率损失的变化规律与影响因素，并以某FEAD系

3、统为例通过试验对计算方法进行了验证。研究工作和成果可为先进FEAD系统的优化设计提供依据。设计了两轮带传动系统力矩损失测试装置，建立了两轮带传动系统仿真模型，采用正交试验方法设计试验方案，通过测试和仿真研究了多种因素对带传动力矩损失的影响，并应用极差分析确定了主要影响因素。试验测定了某型多楔带的力学参数，应用ADAMS建立了某FEAD系统的多体动力学模型，通过仿真计算得到了不同条件下该FEAD系统的力矩损失和功率损失，并通过台架试验对仿真结果进行了验证。依据欧III/IV排放标准一型试验工况，在

4、转鼓试验台上测试了装有该FEAD系统的乘用车的曲轴转速，结合多体动力学仿真结果，估算了由FEAD系统功率损失造成的油耗。最后建立了FEAD系统功率损失的响应面模型，对影响系统功率损失的三个主要参数分别进行了初步优化。借鉴有限元方法的思想，提出了一种计算多轮带传动系统稳态功率损失的量化方法。该方法将多轮带传动系统离散为多个带轮单元；基于两轮带传动系统力矩损失的测试或仿真计算得到各带轮单元的传动阻力，并拟合出带轮单元传动阻力表达式；进而计算出系统力矩损失和功率损失。应用该方法计算了前述FEAD系统的

5、力矩损失和功率损失，并通过台架试验对力矩损失计算结果进行了验证。轴承摩擦力矩是FEAD系统力矩损失的一个重要方面。为此提出了一种轴承摩擦力矩测试方法，解决了径向力偏心干扰的问题，可对大径向力作用下的轴承摩擦力矩进行测量。设计并制造了轴承摩擦力矩测试台，可测量不同径向力、转速和温度下的轴承摩擦力矩。应用该方法和测试台，对前述FEAD系统中的附件轴承进行了测试，得到了6种型号轴承在多种工况条件下的摩擦力矩。基于实测轴承摩擦力矩，应用假设检验方法，建立了轴承摩擦力矩的经验公式。根据经验公式，针对实测数

6、据进行了统计分析，讨论分析了轴承摩擦力矩的分布范围及在FEAD系统力矩损失中所占比例。关键词：附件传动；带传动阻力；带轮单元法；滚动轴承；摩擦力矩IAbstractAbstractUnderstandingthepowerlossisoneofthekeystepstosaveenergyandreduceemissionwiththeenginefrontendaccessorybeltdrive(FEAD)system.Baseonexperimentalandcomputationalst

7、udiesonbearingfrictiontorqueandbeltrollingresistingtorque,atestmethodforbeltrolling-resistancetorqueandacomputationalmethodforthepowerlossofaFEADsystemareproposedinthisdissertationtoquantifythetorquelossandpowerlossofaFEADsystem.Analysesareconductedt

8、orevealthevariationandinfluentialfactorsofthetorquelossandpowerlosswithinthesystem.AFEADsystemwastakenasanexampletovalidatebothmethodsbycomparingthecomputedandexperimentalresults.Theresearchworkandoutputcouldprovideabasisforthedesignoptimizationonana