混合动力客车大功率发电机传动带选型及偏摆机构设计

宋忠凯，王 波

（中通客车控股股份有限公司，山东 聊城 252000）

混合动力客车大功率发电机传动带选型及偏摆机构设计

宋忠凯，王 波

（中通客车控股股份有限公司，山东 聊城 252000）

为提高使用寿命，首先对混联式客车所用大功率发电机的传动带进行选型计算，然后对其所用偏摆机构及压簧进行设计及选型。

混合动力；传动带；偏摆机构；发电机；压簧

随着新能源客车的不断研发推广，串联、并联、混联、插电式、增程式、纯电动等不同技术路线的新能源客车正在祖国的大江南北示范运营，而一些与传统客车截然不同的高压电器件也越来越多地运用到整车当中,以实现他们不可或缺的重大作用[1-3]。在前期大功率发动机安装的实际设计中，发现其传动带型号及条数选择的不匹配会导致皮带磨损加剧，甚至出现断带情况；而当发电机与发动机之间采用张紧轮张紧进行刚性安装时，则会因平面度及张紧力等原因导致张紧轮支架断裂、皮带磨损加剧、轴承寿命缩短等情况。本文以LCK 6105CHEV混合动力客车所使用的额定功率为22 kW的发电机为研究对象，专门对该款发电机的传动带及其偏摆机构进行选型及研发设计。使用效果表明，该款车发电机传动带选型正确，其偏摆机构设计合理。

1 发电机传动带选型

该款车型采用的发动机为玉柴YC6J200-42，最大功率147 kW/（2500 r/min）；或者潍柴WP7NG210E40，最大功率155 kW/（2300 r/min）。发电机额定功率/峰值功率为22/44 kW，水冷方式，质量126 kg，额定/最高转速为2200/6000 r/min。

1.1 求带轮中心距和包角及小带轮转速

该款车型目前传动带类型为普通盖茨V15×1895带（顶宽15 mm，位于A及B型号之间，见文献[4]。发电机小带轮直径D1为154 mm，发动机大带轮直径D2为305 mm。

1）求带轮中心距a。已知带长L=1895 mm。

3）求小带轮转速n1。已知发动机最大功率147 kW/（2500 r/min），带传动的滑动率ε=1%。

1.2 求小带轮速度、传动比及带根数

1）求小带轮速度v。由式（5）得小带轮转速5001r/min，

2）求两带轮传动比i。

3）求带根数z。

P取发电机最大功率，即44 kW。

查文献[4]得知：工作情况系数KA为1.2；小带轮直径154 mm，转速5001 r/min时，单根普通B型V带所能传递功率P为2.67 kW；传动比i为2，小带轮转速为5001 r/min时，传动功率的增量△P0为0.6；包角为164.44°时，包角系数 kα=0.96；基准长度为 1895 mm 时，长度系数KL=1.02。

求得z=4，传动带需要4根。所以该款发电机需附加4个B槽槽型的皮带轮[5]。

2 发电机偏摆机构设计

本偏摆机构是用来固定22 kW发电机的，它包括上偏摆、下底板、连接销轴、定向栓柱及压缩弹簧等。该结构设计灵活，可将其固定在车架上，然后将发电机固定其上，可很方便地将发电机向前后左右方向移动，也可使其在左右方向上偏摆。图1为发电机偏摆图。

本偏摆机构的两销轴焊接后要保证上偏摆的前倾角在3.5°～4°之间，以使发电机皮带轮与发动机皮带轮在同一平面[6]。

2.1 求发电机皮带轮张紧力及轴上载荷

1）求发电机皮带轮张紧力F0。

查文献 [4]得知：普通B型V带带质量q为0.14 kg/m，求得F0=291N。

2）求发电机皮带轮轴上载荷FQ。

2.2 偏摆机构减振弹簧设计

式中：c为弹簧的刚度（即弹性系数，也称倔强系数k）；FQ为弹簧所受的载荷；λ为弹簧在受载荷FQ时所产生的变形量；G为弹簧材料的切变模量（钢为8×104MPa，青铜为4×104MPa）；d为弹簧丝直径；D为弹簧直径；n为弹簧有效圈数；C为弹簧的旋绕比（又称为弹簧指数C=D2/d）

由上式可知，当其他条件相同时，C值越小的弹簧，刚度越大，亦即弹簧越硬；反之则越软。还应注意到，C值越小，弹簧内、外侧的应力差越悬殊，卷制越难，材料利用率也就越低，并且在工作时将引起较大的扭应力，所以在设计弹簧时，一般规定C≥4，且当弹簧丝直径d越小时，C值越宜取大值[7-8]。

其实上面这个公式是根据微段弹簧丝ds受转矩后扭矩dθ，从而产生微量变形dλ，再将dλ积分而得到圆弹簧丝螺旋弹簧在受载荷FQ后所产生的变形量：

弹簧的弹性系数k与弹簧的直径、弹簧的线径、弹簧的材料、弹簧的有效圈数有关。具体关系式：与弹簧圈直径成反比，与弹簧的线径的4次方成正比，与弹簧材料的弹性模量成正比，与弹簧的有效圈数成反比。

本款车型首辆车，选用的是钢压簧，弹簧丝直径d为8，弹簧直径D为40，弹簧有效圈数n为8，在受到2306.46 N的力时，压簧变形量λ为28.83 mm。

通过试车发现，22 kW发电机左置时，由于发动机是顺时针旋转，将发电机向机体方向拉动，在发电机发电时容易导致偏摆机构旋转量大，致使皮带产生跳动弹出等影响安全运行的后果，所以后续对压簧进行了改进，分别选用了弹簧丝直径d为10，弹簧直径D为40，弹簧有效圈数n为8以及弹簧丝直径d为12，弹簧直径D为50，弹簧有效圈数n为8的两款压簧，在发电机发出44 kW功率时，压簧压缩量最大分别为11.8 mm和11.1 mm。此次改进后，发电机皮带传动平稳、顺畅，传动效率高。此外，定向栓杆的材质强度也需增强，可从栓杆直径及螺纹间距着手，以避免栓杆出现滑丝情况。

3 结束语

随着新能源客车的日益推广及普及，新能源客车的种类也会越来越多，串联、并联、混联、插电、增程式等，所用系统愈加纷繁复杂，这就需要研发设计人员不断提高自己的设计理念及责任感，既要保证系统部件的实用性，也要保证它们的可靠性。环保节能型客车技术含量高、产品要求高、涉及面广泛，需要政府、企业、科研机构集体参与[9-10]。

[1]吴金顺.汽车专业英语[M].北京：北京理工大学出版社，2008.6.

[2]宋忠凯.并联混合动力中型客车多能源动力优化控制策略研究[D].淄博：山东理工大学,2009.

[3]司康.我国新能源客车的发展及主要产品一览[J].商用车与发动机，2010，（1）

[4]邱宣怀，郭可谦，吴宗泽,等.机械设计（第 4 版）[M].北京:高等教育出版社，2004.

[5]吴贻珍.中国传动带技术现状与未来发展[J].中国橡胶，2006，（23）

[6]陈家瑞.汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2000.

[7]张成杰，张万学.小旋绕比大螺旋角圆柱螺旋压缩弹簧设计计算[C].第三届海峡两岸弹簧专业研讨会论文集，2004.

[8]肖绯雄，樊光建.机车车辆中螺旋弹簧刚度计算[J].内燃机车，2006，（4）

[9]吴憩堂.关于发展混合动力汽车的若干问题[J].汽车与配件，2009，（8）

[10李光耀,熊锐,翟兆亮.我国大型客车排放控制技术现状及趋势[J].客车技术与研究，2011，33（3）：1-4.

修改稿日期：2012-05-16

Selection of Transmission Belt and Design of Swing Mechanism to Powerful Generator of Hybrid Electric Bus

SONGZhong-kai，WANGBo
(ZhongtongBus HoldingCo.,Ltd,Liaocheng252000,China)

To prolong the use life,the authors first introduce the selection and calculation of transmission belt to powerful generator ofhybrid electric bus,and then present the design and selection of the pressure springand swing mechanism.

hybrid power;transmission belt;swingmechanism;generator;pressure spring

U469.7；U463.63+1

A

1006-3331（2012）04-0011-02

宋忠凯（1981-），男，硕士；工程师：研究方向：新能源高压控制及热管理。