自動張緊器擺角影響因素研究

尚嘉麗，陳翠云，王傳偉

(1.內(nèi)燃機(jī)可靠性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濰坊 261061；2.濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261061)

發(fā)動機(jī)廣泛采用多楔帶傳動，其中的自動張緊器可維持合適的皮帶張力，保證傳動系統(tǒng)工作正常。自動張緊器擺角太大易造成軸套磨損故障，產(chǎn)生異響；太小易造成皮帶打滑，產(chǎn)生異響。

本文針對市場反饋某發(fā)動機(jī)張緊器異響故障率高的問題，從自動張緊器扭矩本體和皮帶規(guī)格等可能影響張緊器擺角的因素進(jìn)行Simdrive 3D仿真分析及試驗(yàn)驗(yàn)證，得出對張緊器擺角有影響的因子，同時對異響故障率較高的自動張緊器進(jìn)行針對性的改進(jìn)，從而降低張緊器故障率。

1 仿真分析與試驗(yàn)驗(yàn)證

某柴油發(fā)動機(jī)曲軸-發(fā)電機(jī)輪系結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：自動張緊器通過內(nèi)部壓縮彈簧提供扭矩，產(chǎn)生垂直于張緊臂方向的力(箭頭所示)作用于皮帶上。經(jīng)拆檢故障張緊器發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)行13萬km左右存在軸套磨損、張緊器支板和本體間隙(圖2箭頭處)不均勻的問題。自動張緊器本體有關(guān)參數(shù)(如張緊器扭矩、張緊器阻尼比)和皮帶常規(guī)參數(shù)(如皮帶長度、皮帶簾線材質(zhì))的選取不當(dāng)導(dǎo)致張緊器擺角過大是造成張緊器以上異響故障的主要原因。張緊器擺角指張緊器工作過程中擺動角度的幅度，如圖1中所示，阻尼比為(加載扭矩-卸載扭矩)/(加載扭矩+卸載扭矩)。

圖1 某發(fā)動機(jī)輪系布局

圖2 故障張緊器外觀

1.1 張緊器本體不同參數(shù)仿真及試驗(yàn)結(jié)果

1)仿真結(jié)果。自動張緊器自身的扭矩和阻尼比對擺角有影響。選取8PK1417聚酯簾線長皮帶及不同扭矩、不同阻尼比的張緊器進(jìn)行柴油機(jī)怠速(600 r/min)時的仿真計(jì)算，結(jié)果如下：扭矩相同(為35 N·m)時，阻尼比23%、39.5%、55%的張緊器擺角分別為6.4°、5.5°、5°；阻尼比相同(為39.5%)時，扭矩28 N·m、35 N·m、55 N·m的張緊器擺角分別為7°、5.5°、4.7°。

2)試驗(yàn)結(jié)果。在某重型柴油機(jī)上選取與仿真條件相同的張緊器和皮帶進(jìn)行相同項(xiàng)目的試驗(yàn)，結(jié)果如下：扭矩相同(為35 N·m)時，阻尼比23%、39.5%、55%的張緊器擺角為4.5°、3.6°、3.2°；阻尼比相同(為39.5%)時，扭矩28 N·m、35 N·m、55 N·m的張緊器擺角為6.1°、3.6°、2.5°。

由于仿真計(jì)算為理論計(jì)算，一些皮帶、張緊器、扭振參數(shù)選取很難與實(shí)物一致，所以仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果有較大差異，但兩者的趨勢基本一致。圖3為仿真和試驗(yàn)中，柴油機(jī)不同轉(zhuǎn)速下扭矩為28 N·m、阻尼比為39.5%時張緊器的擺角。

圖3 張緊器擺角仿真結(jié)果

從仿真和試驗(yàn)數(shù)據(jù)都可以看出：增大張緊器的阻尼比和扭矩，都可有效減小張緊器的擺角。

1.2 皮帶不同規(guī)格的仿真及試驗(yàn)結(jié)果

1.2.1 仿真結(jié)果

皮帶規(guī)格對張緊器擺角有影響，根據(jù)皮帶不同長度、不同簾線材質(zhì)進(jìn)行分類，分別仿真張緊器擺角情況。仿真用扭矩為35 N·m、阻尼比為39.5%的相同張緊器進(jìn)行，結(jié)果如下：

1)使用相同材質(zhì)(聚酯簾線)的皮帶時，長度分別為1 410 mm、1 417 mm(圖1所示張緊器中間位置的對應(yīng)長度)、1 431 mm對應(yīng)的張緊器擺角分別為4.5°、6.9°、7.9°。

2)使用相同長度(1 417 mm)的皮帶時，聚酯簾線皮帶和芳綸簾線皮帶張緊器擺角分別為6.9°和4°。

1.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

在某重型柴油機(jī)上選取與仿真相同類型和長度的皮帶進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)使用扭矩為35 N·m、阻尼比為39.5%的相同張緊器進(jìn)行，結(jié)果如下：

1)使用相同材質(zhì)(聚酯簾線)的皮帶時，長度分別為1 410 mm、1 417 mm(圖1所示張緊器中間位置對應(yīng)的長度)、1 431 mm對應(yīng)的張緊器擺角分別為3.3°、5.5°、6.5°。

2)使用相同長度(1 417 mm)的皮帶時，聚酯簾線皮帶和芳綸簾線皮帶張緊器擺角分別為5.5°和3°。

可以得出，使用同樣規(guī)格張緊器，相同皮帶材質(zhì)，短皮帶可有效降低張緊器擺角；相同皮帶長度選用芳綸簾線皮帶可有效降低張緊器擺角，這是因?yàn)榉季]簾線抗拉強(qiáng)度比聚酯簾線高，延伸率比聚酯簾線低。

2 結(jié)束語

從仿真計(jì)算結(jié)果及試驗(yàn)結(jié)果可知：張緊器扭矩、阻尼衰減，張緊器擺角增大；張緊器阻尼比增大，張緊器擺角減??；芳綸簾線皮帶相比聚酯簾線皮帶，能降低張緊器擺角。上述結(jié)論可為解決輪系設(shè)計(jì)過程中張緊器故障提供參考。