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        指形搖臂脫落故障解析

        2016-12-24 07:49:48于榮楓嚴(yán)麗麗閆立君王劍鋒潘圣臨
        汽車實(shí)用技術(shù) 2016年1期
        關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī)故障結(jié)構(gòu)

        于榮楓,嚴(yán)麗麗,閆立君,王劍鋒,潘圣臨

        (哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司,黑龍江 哈爾濱 150060)

        指形搖臂脫落故障解析

        于榮楓,嚴(yán)麗麗,閆立君,王劍鋒,潘圣臨

        (哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司,黑龍江 哈爾濱 150060)

        4G15M車用汽油機(jī)投放市場(chǎng)半年后出現(xiàn)了搖臂脫落故障,為解決此故障采取了一些切實(shí)可行的技術(shù)對(duì)策,進(jìn)而為解決此類故障提供一些思路。

        指形搖臂;脫落

        10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.061

        CLC NO.:U472.4 Document Code:B Article ID:1671-7988(2016)01-177-02

        前言

        4 G15 M發(fā)動(dòng)機(jī)是哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司從日本三菱引進(jìn)的成熟產(chǎn)品,這款發(fā)動(dòng)機(jī)在日本、歐洲、美洲均有批量銷售。哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件進(jìn)行國產(chǎn)轉(zhuǎn)化生產(chǎn),在2008年8月份投放市場(chǎng),6個(gè)月后陸續(xù)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了指形搖臂(下文簡(jiǎn)稱搖臂)脫落故障。根據(jù)對(duì)故障件進(jìn)行收集發(fā)現(xiàn),凡是有搖臂脫落的發(fā)動(dòng)機(jī),缸蓋總成進(jìn)氣道發(fā)黑,各缸進(jìn)氣門頭部均有大量積碳及膠質(zhì)(見圖1)。搖臂脫落的主要原因?yàn)榉e碳造成氣門響應(yīng)跟隨性不良所致,為解決搖臂脫落故障,優(yōu)化了ECU數(shù)據(jù)、改善噴油器霧化質(zhì)量、改進(jìn)搖臂結(jié)構(gòu)等技術(shù)路線。下文將著重對(duì)改進(jìn)搖臂結(jié)構(gòu)在解決搖臂脫落故障過程中所起的重要作用進(jìn)行解析。

        1、4G15M發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)介紹

        1.1 配氣機(jī)構(gòu)

        4G15M發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)是由雙頂置凸輪軸、搖臂、液壓挺柱、氣門彈簧、氣門組成。搖臂的布置采用三點(diǎn)(A、B、C)懸浮定位(詳見下圖2、圖3)

        圖1 故障機(jī)缸蓋

        圖2 雙凸輪軸機(jī)構(gòu)

        1.2 搖臂脫落原因分析

        (1)液壓挺柱響應(yīng)不及時(shí),導(dǎo)致?lián)u臂A點(diǎn)失去支撐脫落。

        (2)氣門回位不及時(shí),導(dǎo)致?lián)u臂B點(diǎn)失去支撐脫落。

        (3)凸輪軸與搖臂的接觸點(diǎn)產(chǎn)生脫落,導(dǎo)致?lián)u臂C點(diǎn)失去支撐脫落。

        圖3 搖臂三點(diǎn)懸浮定位

        2、解決搖臂脫落技術(shù)路線

        2.1 改進(jìn)搖臂結(jié)構(gòu)

        在正常情況下,在挺柱和凸輪的作用下,搖臂與氣門保持常接觸狀態(tài),不會(huì)發(fā)生分離,也不會(huì)導(dǎo)致?lián)u臂產(chǎn)生不穩(wěn)定狀態(tài),即圖4所示設(shè)計(jì)的搖臂結(jié)構(gòu)即可滿足使用要求,但由于氣門桿部及頭部有大量積碳及膠質(zhì),氣門在回位過程中發(fā)生卡滯,氣門與搖臂接觸點(diǎn)間產(chǎn)生分離導(dǎo)致?lián)u臂處于不穩(wěn)定狀態(tài),在凸輪軸的作用力下,搖臂A點(diǎn)處發(fā)生向左滑移脫落。為避免以上現(xiàn)象的發(fā)生,在A點(diǎn)處增加防脫出結(jié)構(gòu),以更好地適應(yīng)中國國內(nèi)油品品質(zhì),提高搖臂在支撐上的穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)更加強(qiáng)壯的帶擋沿結(jié)構(gòu)的搖臂見圖5,這種結(jié)構(gòu)是在搖臂有脫出傾向時(shí)能阻止其脫出,起到保護(hù)作用。

        圖4 不帶擋沿結(jié)構(gòu)搖臂

        圖5 帶擋沿結(jié)構(gòu)搖臂

        2.2 擋沿結(jié)構(gòu)搖臂的設(shè)計(jì)分析

        擋沿結(jié)構(gòu)搖臂的設(shè)計(jì)重點(diǎn)為搖臂受到液壓挺柱的反作用角及擋沿高度的確定。

        2.2.1 搖臂受到液壓挺柱的反作用角分析

        用幾何畫圖法找到圖4結(jié)構(gòu)的搖臂脫落極限位置見下圖6,可以得出最大允許反作用角RMAX=69°見圖7,當(dāng)反作用角達(dá)到此最大位置時(shí)即為搖臂可能脫落的極限位置,所以只要反作用角不超過最大允許反作用角,搖臂就是穩(wěn)定的。

        RP=(軸向力2+側(cè)向力2)1/2

        RP—液壓挺柱作用在搖臂上的反作用力Rα=tg-1(側(cè)向力/軸向力)=47.65°

        Rα—液壓挺柱的反作用角

        圖6 不帶擋沿?fù)u臂脫落的極限位置

        圖7 不帶擋沿?fù)u臂最大 允許反作用角

        通過上述計(jì)算,得出搖臂受到的反作用力小于最大反作用角(47.65°<69°),搖臂是穩(wěn)定的。但當(dāng)氣門不能正常及時(shí)回位的情況下,存在搖臂脫落的風(fēng)險(xiǎn)。需要增加約束或者增大最大允許反作用角,以增加穩(wěn)定性。

        在搖臂增加擋沿結(jié)構(gòu)之后,可將最大允許反作用角由原設(shè)計(jì)的RMAX=69°增大為108°見圖8。增大的最大允許反作用角度的設(shè)計(jì)欲度,且在搖臂有產(chǎn)生脫落故障趨勢(shì)時(shí),實(shí)現(xiàn)過定位,對(duì)搖臂實(shí)現(xiàn)約束作用,搖臂不會(huì)與窩座分開,搖臂在支承上是穩(wěn)定的。

        圖8 帶擋沿?fù)u臂最大允許反作用角

        2.2.2 擋沿高度的確定

        擋沿高度設(shè)計(jì)的原則:

        (1)擋沿與豎直方向夾角外偏3°±30’,在保證制造的前提下,滿足了裝配的需求。

        (2)擋沿伸出的長(zhǎng)度1.5±0.1,主要考慮在挺柱的干涉,極限尺寸鏈計(jì)算得出在挺柱完全壓縮的條件下,擋沿與挺柱的最小間隙0.356mm。

        (3)故在考慮制造工藝與裝配工藝的條件下,按照擋沿與豎直方向夾角外偏3°±30’和擋沿伸出的長(zhǎng)度1.5±0.1進(jìn)行設(shè)計(jì),可以達(dá)到最大反作用角為98°。

        (4)搖臂擋沿有效高度越高,越能有效阻止搖臂脫離。在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,使擋沿有效高度盡可能達(dá)到最大。

        3、擋沿?fù)u臂效果評(píng)價(jià)

        擋沿?fù)u臂在防止搖臂脫落故障上起到了非常大的作用,自從2012年3月份擋沿?fù)u臂投放市場(chǎng),目前尚未得到有擋沿結(jié)構(gòu)搖臂脫落的故障出現(xiàn)。從售后反饋的效果跟蹤情況及理論分析,提高搖臂在支撐上的穩(wěn)定性方案可行,應(yīng)用擋沿?fù)u臂后效果明顯,通過進(jìn)氣側(cè)使用擋沿?fù)u臂可以徹底解決搖臂脫落故障。

        [1] 王德海,姜樹李.配氣機(jī)構(gòu)搖臂比的精確計(jì)算.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)[J].1985, (3)124~ 157.

        [2] 尚漢冀.關(guān)于配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析計(jì)算若干問題研究.內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度聯(lián)合學(xué)術(shù)討論會(huì)[J],1983:203~217.

        [3] 蘇軍,申屠森.頂置凸輪配氣機(jī)構(gòu)氣門升程的精確計(jì)算.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)[J].1999, (2):202~203.

        [4] 袁兆成,內(nèi)容機(jī)設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

        The rocker arm falls off the hydraulic tappet failure analysis

        Yu Rongfeng, Yan Lili, Yan Lijun, Wan Jianfeng, Pan Shenglin
        ( Harbin Dong an Automobile Engine Manufacturing Co., Ltd., Heilongjiang Herbin 150060 )

        Part of the cars with 4G15M type engines have a trouble that the rocker arm falls off the hydraulic tappet since they went public. Some feasible technological measures are taken in order to solve this fault, and they provide a reference for solving this kind of fault.

        rocker arm; fall off

        U472.4

        B

        1671-7988(2016)01-177-02

        曾多,碩士研究生,就職于哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司。主要從事結(jié)構(gòu)優(yōu)化和優(yōu)化算法的研究。

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