汽車發(fā)動(dòng)機(jī)張緊器帶輪熔化故障分析

□ 胡 廣 □ 陳麗霞 □ 喬彥超 □ 王丹丹 □ 張彩霞

寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司 浙江寧波 315336

1 故障情況

張緊器是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零部件之一,作用是對(duì)膠帶產(chǎn)生張緊和導(dǎo)向作用,使膠帶始終處于最佳張緊狀態(tài),保證前端輪系正常運(yùn)行。若張緊器出現(xiàn)故障,會(huì)導(dǎo)致汽車無(wú)法正常行駛。張緊器的外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

▲圖1 張緊器外形結(jié)構(gòu)

筆者公司生產(chǎn)的某車型汽車進(jìn)行耐久行駛試驗(yàn),當(dāng)汽車行駛到25 000 km時(shí),汽車空調(diào)不制冷。停車檢查發(fā)現(xiàn),發(fā)動(dòng)機(jī)張緊器膠帶處于松脫狀態(tài),張緊器塑料帶輪卡死,無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。更換張緊器后,發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

2 結(jié)構(gòu)分析

對(duì)故障張緊器進(jìn)行拆解,發(fā)現(xiàn)張緊器塑料帶輪邊緣與張緊器擺臂有塑料接觸熔化痕跡。防塵蓋被塑料帶輪熔化的塑料包裹,造成軸承內(nèi)外圈間卡死,無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。故障現(xiàn)場(chǎng)如圖2所示。

為了查找軸承卡死的原因,將張緊器塑料帶輪與軸承分離,發(fā)現(xiàn)塑料帶輪與軸承外圈配合處接觸面有塑料熔化痕跡,表明塑料帶輪與軸承外圈配合處有相對(duì)滑動(dòng),并產(chǎn)生高溫。

軸承防塵蓋與軸承之間留有大量熔化后重新凝固的塑料,并且軸承防塵蓋與軸承已經(jīng)粘連在一起。

將張緊器塑料帶輪和軸承防塵罩從軸承上分離,對(duì)軸承進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。軸承滾珠及內(nèi)外圈滾道雖有高溫灼燒痕跡,但無(wú)剝落及異常磨損等失效現(xiàn)象。

檢查發(fā)現(xiàn),軸承內(nèi)外圈及滾珠硬度符合要求,保持架完好無(wú)損壞。軸承剩余油脂量為油脂加注量的2/3左右。由于軸承密封圈等表面有塑料熔化殘留物,造成軸承滾動(dòng)阻力較大。

▲圖2 故障現(xiàn)場(chǎng)

由以上分析可知,張緊器塑料帶輪燒蝕故障不是由軸承自身功能失效導(dǎo)致的。

3 運(yùn)轉(zhuǎn)溫度分析

采集張緊器塑料帶輪發(fā)生塑料燒蝕故障的溫度數(shù)據(jù),見表1。

表1 溫度數(shù)據(jù)

根據(jù)整車測(cè)試結(jié)果,在汽車高速行駛工況下,發(fā)動(dòng)機(jī)平均轉(zhuǎn)速為3 200 r/min。不考慮輪系打滑,對(duì)應(yīng)的張緊器帶輪轉(zhuǎn)速為9 440 r/min。發(fā)電啟動(dòng)一體電機(jī)前端蓋進(jìn)風(fēng)口的環(huán)境溫度約為90 ℃,軸承內(nèi)圈最高溫度的測(cè)試值為154.8 ℃。

由此可見,軸承最高運(yùn)轉(zhuǎn)溫度遠(yuǎn)大于進(jìn)風(fēng)口溫度,故障并非環(huán)境溫度造成。

根據(jù)整車測(cè)試結(jié)果,再次以更嚴(yán)苛的條件進(jìn)行故障驗(yàn)證。環(huán)境溫度為100 ℃,張緊器塑料帶輪轉(zhuǎn)速為12 000 r/min,塑料帶輪輪系動(dòng)態(tài)載荷為700 N,由此進(jìn)行5 h溫升故障驗(yàn)證,得到試驗(yàn)溫升曲線,如圖3所示。試驗(yàn)結(jié)果顯示,張緊器軸承外圈與塑料帶輪之間出現(xiàn)滑動(dòng)。

張緊器塑料帶輪材料為玻璃纖維增強(qiáng)尼龍,其熱變形溫度為245 ℃。溫升試驗(yàn)過(guò)程中,軸承的最高溫度為152 ℃,CW系列軸承的最高允許溫度為157 ℃,由此可見,溫升不足以造成塑料帶輪熱變形。

▲圖3 試驗(yàn)溫升曲線

4 分析結(jié)論

張緊器塑料帶輪與軸承配合處的摩擦力不足,使軸承外圈與塑料帶輪產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng),生熱溫度超過(guò)塑料帶輪塑料材料的熔化溫度,導(dǎo)致塑料帶輪軸向滑動(dòng),與張緊器本體干涉,塑料帶輪在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)與張緊器擺臂摩擦產(chǎn)生高溫,使塑料帶輪的塑料材質(zhì)發(fā)生熔化。

5 整改方案

為了增大張緊器塑料帶輪與軸承配合的摩擦力,軸承外圈增加滾花槽,避免軸承外圈與塑料帶輪發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),產(chǎn)生高溫造成塑料熔化,如圖4所示。

▲圖4 軸承外圈增加滾花槽

6 效果驗(yàn)證

將原軸承與軸承外圈增加滾花槽進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。工作環(huán)境溫度設(shè)置為100 ℃,張緊器塑料帶輪轉(zhuǎn)速為12 000 r/min,輪系動(dòng)態(tài)載荷為700 N,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為1 h。

試驗(yàn)中,原軸承兩個(gè)樣件均發(fā)生滑動(dòng),增加滾花槽后的兩個(gè)樣件均未發(fā)生滑動(dòng)。

為了再次驗(yàn)證高溫條件下軸承增加滾花槽后與張緊器塑料帶輪配合的摩擦力,對(duì)增加滾花槽的軸承進(jìn)行20 h溫升試驗(yàn),四個(gè)樣件均未發(fā)生滑動(dòng)。

7 結(jié)束語(yǔ)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)張緊器是重要的零部件,通過(guò)對(duì)張緊器帶輪熔化故障進(jìn)行分析,找到張緊器塑料帶輪與軸承配合處滑動(dòng)的原因。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,軸承外圈增加滾花槽的方案能有效防止張緊器塑料帶輪與軸承發(fā)生滑動(dòng),整改有效。