宋麗娜，黃蔚，莫江紅

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司， 山東 青島 545007）

自動(dòng)張緊輪密封系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

宋麗娜，黃蔚，莫江紅

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司， 山東 青島 545007）

本文通過(guò)對(duì)張緊輪的一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化張緊輪的密封性能，在惡劣的工作環(huán)境下防止泥漿、水、沙塵、腐蝕物等異物進(jìn)入,同時(shí)解決軸承潤(rùn)滑及漏脂問(wèn)題，有效解決自動(dòng)張緊輪卡滯、異響問(wèn)題。

卡滯；密封性；設(shè)計(jì)優(yōu)化

在現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中,不僅廣泛使用帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、風(fēng)扇等發(fā)動(dòng)機(jī)附件，連需要和曲軸保持嚴(yán)格相位關(guān)系的凸輪軸也采用帶傳動(dòng)。為了能夠把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到凸輪軸和附件裝置，通常在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝正時(shí)皮帶和附件驅(qū)動(dòng)皮帶。為了保持適當(dāng)?shù)钠埦o力，避免皮帶打滑、補(bǔ)償皮帶磨損和老化后的伸長(zhǎng)量，張緊輪是必不可少的部件。

1 設(shè)計(jì)背景及要因確認(rèn)

1.1 設(shè)計(jì)背景

售后服務(wù)部反饋?zhàn)詣?dòng)張緊輪張緊機(jī)構(gòu)有失效問(wèn)題，故障模式為：自動(dòng)張緊輪張緊臂不能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，張緊機(jī)構(gòu)失效，輪系工作時(shí)皮帶打滑，發(fā)出異響。 張緊輪異響包括兩點(diǎn)：（1）張緊輪芯軸卡滯，導(dǎo)致皮帶打滑產(chǎn)生異響； （2）張緊輪其他異響。對(duì)故障件進(jìn)行檢測(cè)（檢測(cè)5件），發(fā)現(xiàn)張緊臂孔（即芯軸配合孔）孔徑變大（在使用中磨損量應(yīng)小于0.03mm ），具體參數(shù)如表1所示。

表1

拆解故障件，發(fā)現(xiàn)張緊臂內(nèi)含油芯軸與軸配合處存在黑褐色油泥混合物，張緊臂不能靈活旋轉(zhuǎn)卡死，芯軸、蓋板磨損。使用能譜儀對(duì)芯軸間混合物進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表2所示。

表2

張緊輪殘余粉末檢測(cè)的結(jié)果顯示，氧元素含量為42.12%，這說(shuō)明粉末中脫落的鐵與銅等金屬均被氧化；且在粉末中含有少量的硅元素，即在使用過(guò)程中有細(xì)小的石子進(jìn)入芯軸與襯套之間。

從布置看張緊輪布置于發(fā)動(dòng)機(jī)前端，如圖1所示，張緊臂內(nèi)含油芯軸與張緊臂部分通過(guò)圓柱面0.03～0.05mm間隙配合（圖a）實(shí)現(xiàn)定位，通過(guò)張緊彈簧（圖b）扭轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)預(yù)定扭矩自動(dòng)張緊皮帶（張緊輪沿圖c箭頭方向張緊皮帶）。該張緊輪工作在縱置發(fā)動(dòng)機(jī)上，自動(dòng)張緊輪正對(duì)散熱器風(fēng)扇，易進(jìn)泥水。

圖1

如圖2所示：泥水試驗(yàn)后有大量的泥水進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)，散熱風(fēng)扇及張緊輪上都沾滿泥水，張緊輪工作環(huán)境惡劣。

圖2

1.2 原因查找（圖3）

要因：由于張緊輪原設(shè)計(jì)方案中，在蓋板與張緊臂內(nèi)孔間存在單邊0.5mm間隙，外部泥水及小石子等容易進(jìn)入張緊器內(nèi)部導(dǎo)致張緊輪芯軸異常磨損、異響、卡滯甚至卡死。

圖3

2 設(shè)計(jì)變更及驗(yàn)證

2.1 設(shè)計(jì)變更

張緊輪本身帶有扭轉(zhuǎn)彈簧，扭簧釋放扭矩，使與固定軸有一定的偏心量的帶輪偏心轉(zhuǎn)動(dòng)而張緊皮帶。張緊輪作為皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)重要的功能部件，在壓緊皮帶后，最基本的運(yùn)動(dòng)為轉(zhuǎn)動(dòng)。這種支撐轉(zhuǎn)動(dòng)則由張緊輪的軸承來(lái)承擔(dān)。由于汽車設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)張緊輪的防護(hù)較難滿足，泥漿、水、沙塵甚至腐蝕物將對(duì)張緊輪軸承的正常工作帶來(lái)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，因此張緊輪對(duì)密封性的要求則成為張緊輪設(shè)計(jì)中的重中之重。

該設(shè)計(jì)變更在張緊輪用于密封的前蓋板上增加橡膠密封圈，以橡膠結(jié)構(gòu)采用過(guò)盈配合使蓋板與張緊臂內(nèi)孔無(wú)間隙，彌補(bǔ)了之前設(shè)計(jì)的不足。橡膠墊圈采用“工”字型結(jié)構(gòu)，雙唇密封，密封圈緊緊貼合在前蓋板上，上下兩邊與張緊輪內(nèi)壁孔各有0.15mm過(guò)盈量，通過(guò)橡膠的壓縮填充功能，有效保證了密封的有效性。該過(guò)盈配合大大提高了張緊輪的密封性能，阻擋了泥漿、水、沙塵甚至腐蝕物進(jìn)入張緊輪芯軸，有效減少了卡滯、異響的產(chǎn)生，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的NVH性能（圖4）。

2.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

開(kāi)車在泥濘路上以30～40km/h的速度行駛1小時(shí)，同一臺(tái)車更換張緊輪進(jìn)行兩次試驗(yàn)，在試驗(yàn)路段相同、試驗(yàn)條件相同的情況下，對(duì)比增加密封唇的零件與無(wú)密封唇零件磨損及異物進(jìn)入；在整車耐久試驗(yàn)上搭載兩種設(shè)計(jì)的張緊輪驗(yàn)證，車輛行駛4299km后，拆下自動(dòng)張緊輪對(duì)比增加密封唇的零件與無(wú)密封唇零件磨損及異物進(jìn)入。路試及整車試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果相同，如圖5。

圖4

圖5

3 結(jié)語(yǔ)

本文在現(xiàn)有張緊輪的基礎(chǔ)上增加了橡膠密封墊圈，結(jié)構(gòu)采用雙唇密封結(jié)構(gòu)，通過(guò)橡膠的壓縮填充性能，有效改善了張緊輪前蓋板與張緊輪內(nèi)壁孔之間的密封效果，提高了張緊輪的密封性，減少了泥漿、水、沙塵、腐蝕物的進(jìn)入，同時(shí)解決軸承潤(rùn)滑與漏脂問(wèn)題，解決張緊輪卡滯、異響問(wèn)題的發(fā)生。

[1]董紅君. 客車空調(diào)v帶傳動(dòng)系統(tǒng)張緊輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 客車技術(shù)，2001,2.

[2]楊國(guó)欣，史文庫(kù). 鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)輸送帶張緊輪合理直徑的確定[J].吉林工學(xué)院學(xué)報(bào)，1997,6.

[3]劉紅宇.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)張緊輪的應(yīng)用與設(shè)計(jì)[B]. 軸承，2008,11.

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