淺談汽車發(fā)動機(jī)自動張緊輪的開發(fā)制造與試驗

張元俊

摘要：本文對汽車發(fā)動機(jī)自動張緊輪的開發(fā)制造與試驗進(jìn)行了深入的分析和研究，先重點分析了汽車發(fā)動機(jī)自動張緊輪的開發(fā)設(shè)計中，發(fā)動機(jī)工作受力情況、扭簧情況，及阻尼來源與影響因素，其次再對汽車發(fā)動機(jī)自動張緊輪制造裝配工藝中的柔性生產(chǎn)線，中心樞軸磨削工藝，基座搖臂及中心樞軸漲鉚工藝等進(jìn)行分析探討，最后對汽車發(fā)動機(jī)自動張緊輪軸承部件試驗過程及效果進(jìn)行了分析與闡述。望可以為汽車發(fā)動機(jī)自動張緊輪的高效應(yīng)用及運行提供參考。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機(jī);自動張緊輪;開發(fā)制造與試驗;基座搖臂

0? 引言

新時代下，伴隨我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國汽車業(yè)也在此情況下崛起并不斷壯大，然與之相關(guān)的基礎(chǔ)性構(gòu)件軸承業(yè)也因此得到迅猛發(fā)展。與此同時，因汽車業(yè)的特殊需求，市場中又相繼推出各種類型的軸承延伸產(chǎn)品。皮帶張緊輪的作用是保證發(fā)動機(jī)有效運行及正常傳送能量到汽車各附件，因為其對于汽車整體運行的重要性，所以對于其性能和功能標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用安全性具有更高的要求。

1? 汽車發(fā)動機(jī)自動張緊輪的開發(fā)設(shè)計

1.1 發(fā)動機(jī)工作過程中的受力情況

1.1.1 空調(diào)水泵等附件輪系的布置

在實施發(fā)動機(jī)的設(shè)計與開發(fā)過程中，附件傳動系統(tǒng)的計算，特別是惰輪位置和數(shù)量的選定，將直接影響改變傳動皮帶包角，增加或減少皮帶的有效接觸面，會對發(fā)動機(jī)附件性能和穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響，由此也會阻礙發(fā)動機(jī)有效運行，嚴(yán)重的情況下，還會對車輛整體指標(biāo)產(chǎn)生干擾，所以發(fā)動機(jī)前端輪系的設(shè)計與開發(fā)受到人們高效關(guān)注。

附件傳動系統(tǒng)主要利用了皮帶與皮帶輸間所產(chǎn)生的摩擦力把發(fā)動機(jī)的動力傳導(dǎo)到汽車各個附件當(dāng)中，并同時讓其在合理的速度下正常穩(wěn)定運行。其中傳動模式包含了V型帶和多楔帶的傳動。而多楔帶與V型帶相比較，具備以下幾種優(yōu)勢特點，即：①傳動扭矩較大，壽命也較長;②皮帶背面還能夠驅(qū)動附件;③皮帶不會失去張力，而且調(diào)整數(shù)量也較小;④傳動效果也非常好;⑤可帶多數(shù)量的傳動輪，降低發(fā)動機(jī)軸向長度;⑥利用自動張緊裝備便不去需要進(jìn)行調(diào)整;⑦帶輪最小直徑比較小[1]。

在設(shè)計和開發(fā)發(fā)動機(jī)前端附件機(jī)構(gòu)的時候，先需明確定輪系統(tǒng)中各個附件的具體坐標(biāo)。輸入位置坐標(biāo)數(shù)值與帶輪規(guī)格，之后利用以往的計算法來對皮帶長度及包角進(jìn)行明確。結(jié)合前端輪附件坐標(biāo)及規(guī)格通過軟件來實施合理的布置，由此得到所需的結(jié)果。

1.1.2 確定自動張緊輪的彈簧扭矩

可利用傳統(tǒng)方法來計算松邊張力和張緊側(cè)的力。在附件動力與皮帶速度到達(dá)相應(yīng)數(shù)值的時候，張緊邊緣張力會達(dá)到最大數(shù)值，在此情況下，張緊邊緣張力可以被確定為最大拉力。在皮帶驅(qū)動設(shè)計中，要求皮帶允許范圍內(nèi)的張力不能大于皮帶理論計算極限張力的80%，如果沒有按照這一標(biāo)準(zhǔn)操作，就會導(dǎo)致皮帶拉長變形和損壞，同時也無法使張緊輪在理論設(shè)計位置工作，阻尼不能滿足系統(tǒng)計算要求。為了能夠有效面對這些問題，可以對多楔帶數(shù)量適當(dāng)增加，其中各楔帶最大允許值為155N[2]。為了保證帶和帶輪間能夠產(chǎn)生充足的摩擦力，一定要保證皮帶有效初拉力，實際初拉力指的是皮帶靜止情況下的平均拉力。對于這一拉力數(shù)值的明確，可以取緊這拉力與松邊接力相加和的一半為準(zhǔn)。沒有選用新皮帶，主要是因為初期使用伸長變形范圍較大，因此新皮帶初始長力通常會按1.5倍值來進(jìn)行調(diào)控。初張力的合理明確是較重要的一項工作。初張力如果過大，便會增大皮帶輪軸承負(fù)荷，使皮帶和軸承的使用期限有所縮短;張力過小，會以發(fā)動機(jī)啟動或是急加速和急減速的時候，因為受皮帶輪干擾，皮帶和帶輪間較易產(chǎn)生滑動，由此會出現(xiàn)摩擦噪音。

1.2 扭簧的分析

扭簧組件屬于張緊輪結(jié)構(gòu)的核心性器件。扭轉(zhuǎn)彈簧為其提供的扭矩功能一定供有效滿足發(fā)動機(jī)前端附件所需初拉力，并且還需不斷補(bǔ)償因為皮帶長度的增大而降低的拉力，如此才可以保證發(fā)動機(jī)自動張緊輪原本作用和功效，在發(fā)動機(jī)的前端皮帶使用壽命期限內(nèi)，皮帶的張力并不需做出任何改動，如此便能為用車人員提供方便。

1.3 阻尼來源與影響因素

第一，銷軸自潤滑軸套摩擦副。這一因素是阻尼形成的重要源頭。然而在汽車生產(chǎn)企業(yè)的實際生產(chǎn)中，因為銷軸與軸套較易干擾加工精確度與加工工藝，為此加工銷軸與自潤滑軸套統(tǒng)一性會相對較好，因此在這一組件中的阻尼值是相對穩(wěn)定的。第二，彈簧組件組裝摩擦阻尼[3]。阻尼值可以較大也可較小，所以說阻尼是造成張緊輪不穩(wěn)定的重要原因。如彈簧座處于固定狀態(tài)，并且存在0.1摩擦系數(shù)，如此接觸副可以產(chǎn)生超過14%的阻尼。如彈簧座沒有固定，同時因為彈簧兩端的對稱性阻礙，其摩擦?xí)ハ嗟值簦绱吮悴粫a(chǎn)生阻尼。如彈簧座沒有固定，而且彈簧兩端并不對稱，所以會因接觸力分布不均衡，摩擦力只會抵消一部分，如此便會出現(xiàn)阻尼。

2? 汽車發(fā)動機(jī)自動張緊輪制造裝配工藝

2.1 柔性生產(chǎn)線

在新時代下因為科技的快速發(fā)展和不斷升級，數(shù)控技術(shù)生產(chǎn)線已被廣泛應(yīng)用，而且生產(chǎn)出的產(chǎn)品不僅質(zhì)量優(yōu)良價格實惠，而且其生產(chǎn)的效率也會比傳統(tǒng)技術(shù)明顯提升。除此之外，因為加工中心的不斷發(fā)展，到后來已出現(xiàn)了三坐標(biāo)生產(chǎn)型的高速加工中心，然將這種加工中心當(dāng)作主體而構(gòu)建的新型柔性自動生產(chǎn)線，便是所說的敏捷柔性的自動生產(chǎn)線，其很大程度提升了生產(chǎn)量和質(zhì)量，同時該生產(chǎn)線不但能夠重復(fù)性的使用，同時還可相互組合來使用，還可合理范圍內(nèi)的進(jìn)行擴(kuò)展，所以此生產(chǎn)可以極大程度滿足當(dāng)下市場發(fā)展，正因敏捷柔性生產(chǎn)線可以與不斷發(fā)展的市場相匹配，因此這種技術(shù)在未來的發(fā)展空間非常廣闊。

2.2 中心樞軸磨削工藝

在以往加工工藝當(dāng)中，中心多臺階樞軸系統(tǒng)和多臺階磨削都需使用三道工序才可以有效完成這項操作。確切的說，就是先需對產(chǎn)品前端小軸頸及端面進(jìn)行磨削，之后再對整體主軸頸實施磨削，最后，對所有多臺階實施磨削操作。此工藝對于多臺階樞軸以往制造工藝形成了較大限制，生產(chǎn)節(jié)拍、重復(fù)定位精度和加工誤差都難以滿意大環(huán)境下的需求，無法突出企業(yè)的競爭力。在多工位多主軸自動磨床的飛速發(fā)展，同時伴隨技術(shù)的快速升級，誕生了一種可以取代傳統(tǒng)磨削工藝實施中心多臺階樞軸制造的全新工藝，一次裝夾，高速磨削，更換新型材料的磨削刀具，有效利用這種新工藝便能夠有效實現(xiàn)主軸頸系統(tǒng)與產(chǎn)品前端小軸及端面的整體磨削，由此很大程度提升生產(chǎn)效率。

2.3 基座搖臂及中心樞軸漲鉚工藝

漲鉚工藝其工作原理是把基座和搖臂通過中心樞軸漲型喇叭口將三者緊緊的結(jié)合在一起。這種制造工藝同以往裝配工藝有所不同，除了傳統(tǒng)的過盈力之外 ，還將通過過盈配合處前端中心樞軸口部漲鉚后直徑增大1-2mm，即使張緊輪在發(fā)動機(jī)中最大極限速度和負(fù)載的情況下，也不會發(fā)生搖臂與中心樞軸之間的過盈力不夠而導(dǎo)致脫開，進(jìn)一步限制搖臂與中心樞軸之間的軸向運動。

2.4 軸承座面的平行度與高度尺寸的動態(tài)加工工藝

張緊輪的其中兩個重要參數(shù)特性：軸承座面的平行度與高度尺寸。其直接影響發(fā)動機(jī)皮帶的正確位置和使用壽命。在以往加工工藝當(dāng)中，采用靜態(tài)直接加工，將不考慮皮帶包角、皮帶推力方向，帶輪理論位置等因素帶來的影響，導(dǎo)致加工后無法消除在理論設(shè)計上與實際制造后的誤差，主要產(chǎn)生來源于狀態(tài)不一致。改進(jìn)后的動態(tài)加工工藝將充分考慮上述影響因素，加工狀態(tài)與張緊輪在實際發(fā)動機(jī)中的工作狀態(tài)、受力情況相吻合，加工中模擬皮帶推力，且推力方向與皮帶推力方向一致，搖臂轉(zhuǎn)動后的坐標(biāo)尺寸與設(shè)計帶輪理論位置相重合。研究新的加工方案大大提高了軸承座面的平行度與高度尺寸的穩(wěn)定性，從而能夠使加工后張緊輪更加充分的貼近于實際應(yīng)用狀態(tài)效果。

3? 汽車發(fā)動機(jī)自動張緊輪軸承部件試驗

3.1 防塵試驗

本試驗主要選用兩個試驗件來進(jìn)行防塵效果的測試。防塵試驗所需數(shù)據(jù)：試驗轉(zhuǎn)速3600rpm，試驗箱容積50×50×50（單位：cm），環(huán)境溫度在20℃，灰塵濃度1%試驗箱容積，試驗時間為100小時，風(fēng)扇工作條件為5min?；蚴?min開，混合泥土種類JIS 7th級泥土用35%，JIS 8th級的泥土用65%。防塵試驗判定標(biāo)準(zhǔn)：灰塵的進(jìn)入量不可超過0.02克。

試驗結(jié)果：1號試驗件在試驗前的重量在1102.13克，試驗以后的重量為1102.11克，灰塵進(jìn)入量為零，所以證明1號試驗件的試驗結(jié)果是有效的。2號試驗件在試驗前的重量為1101.67克，試驗以后的重量為1101.64克，灰塵進(jìn)入量為0，所以由此可以證明2號試驗件的試驗結(jié)果是有效的可行的。試驗最終結(jié)論是這兩種試件符合試驗要求[4]。

3.2 防水試驗

本試驗主要選用兩個試驗件來進(jìn)行防水效果的測試。試驗數(shù)據(jù)：試驗轉(zhuǎn)速1600/3200rpm。噴水條件：當(dāng)達(dá)到300cm3/min時可開始1min時間的噴水，當(dāng)噴水29min時長以后便可結(jié)速噴水。環(huán)境溫度：要求正常室溫便可。試驗時間：為100小時。泥漿的成分：水6.8升，磨料：150號、240號和400號氧化鋁磨粒分別200g，200g開燥粗糙灰塵，總共800g;鹽200g。旋轉(zhuǎn)的方式：以外圈旋轉(zhuǎn)為主。判定標(biāo)準(zhǔn)：進(jìn)水量不可以超過0.02克，目視檢測軸承內(nèi)不可以有進(jìn)水的現(xiàn)象發(fā)生。

試驗結(jié)果：1號試驗件在試驗前重量在11.1.62克，試驗以后的重量為1101.61克，進(jìn)水理為零，所以證明1號試驗件的試驗結(jié)果是合格的。2號試驗件在試驗前的重量為1104.05克，試驗以后的重量為1104.05克，進(jìn)水量為零所以證明2號試驗件的試驗結(jié)果是合格的。試驗最終結(jié)論是這兩種試件符合試驗要求。

3.3 溫升試驗

本試驗主要選用兩個試驗件來進(jìn)行防水效果的測試。試驗條件：試驗轉(zhuǎn)速7000rpm，徑向載荷：1470N，環(huán)境溫度在120，試驗的時間為20小時。判定標(biāo)準(zhǔn)：溫升不可以超過35℃。

試驗結(jié)果：1號試件，在以上試驗條件下，表現(xiàn)出的溫升在25℃左右，所以可以確定試驗結(jié)果是合格的。2號試件在試驗條件下，表現(xiàn)出的溫升在24℃，所以也可以證明試驗的結(jié)果是合格的。試驗最終結(jié)論是這兩種試件符合試驗要求。

4? 結(jié)語

總體來說，本文通過對汽車張緊輪的設(shè)計和開發(fā)的深入分析和研究，特別是通過結(jié)合相應(yīng)理論對汽車發(fā)動機(jī)自動張緊輪軸承部件所實施的具體試驗，得出比較理想的試驗結(jié)果。這一結(jié)果可以為汽車發(fā)動機(jī)中張緊輪應(yīng)用的可靠性和適應(yīng)性奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王傳賓，姚章濤，王樹汾.自動張緊輪在柴油發(fā)動機(jī)上的開發(fā)及應(yīng)用[J].現(xiàn)代零部件，2013（11）：66-67.

[3]肖廣朋，吳興亮，王之瑤，等.某乘用車發(fā)動機(jī)前端附件驅(qū)動系統(tǒng)計算與試驗研究[J].汽車實用技術(shù)，2017（10）.

[4]曾祥坤，曾祥坤，陳鏈，等.車用發(fā)動機(jī)自動張緊器靜態(tài)力學(xué)特性實測分析[J].力學(xué)與實踐，2015，37（1）.