劉登輝,鐘金輝,田基

(東風博澤汽車系統(tǒng)有限公司，湖北武漢 430056)

0 引言

冷卻風扇是車輛冷卻系統(tǒng)的重要組成部分，如圖1所示，冷卻風扇的正常工作直接影響發(fā)動機的性能。冷卻風扇在工作過程中由于受到氣流的影響會出現(xiàn)軸向變形，設(shè)計開發(fā)過程中要考慮風扇變形對冷卻風扇性能及周邊環(huán)境件的影響，所以引入了軸向變形測試。

軸向變形是指冷卻風扇在運行過程中在軸向上受到氣流引起的變形，如果變形量過大將引起扇葉擺動，可能會造成以下問題：

(1)導(dǎo)致冷卻風扇與散熱器發(fā)生刮擦，產(chǎn)生噪聲；

(2)導(dǎo)致冷卻風扇刮破散熱器，造成冷卻液泄漏；

(3)導(dǎo)致風扇電機磨損加快，影響冷卻風扇使用壽命。

測量冷卻風扇的軸向變形可以分析變形產(chǎn)生的原因，查找變形過大的部位并采取相應(yīng)的改善措施，使冷卻風扇的軸向變形量保持在設(shè)計標準范圍內(nèi)，以免造成產(chǎn)品質(zhì)量事故，引起客戶抱怨。

1 軸向變形標準測試要求

按照現(xiàn)有冷卻風扇的企業(yè)測試標準B22 6310—2006的要求[1]，在模擬實際裝車狀態(tài)下，根據(jù)規(guī)定的溫度循環(huán)試驗，冷卻風扇通電運行，使其轉(zhuǎn)速保持在額定轉(zhuǎn)速的1.1倍，測量冷卻風扇扇葉邊緣處及風圈輪轂處的軸向變形量，測量位置點如圖2所示，標準要求軸向變形量小于2.5 mm。

標準解析如下：

(1)該標準要求冷卻風扇連同散熱器一起安裝在剛性工裝架上，整體放置在環(huán)境箱內(nèi)；

(2)在測試過程中，冷卻風扇需要通電運行，通過調(diào)整電壓使其轉(zhuǎn)速達到其額定轉(zhuǎn)速的1.1倍；

(3)測試最高溫度達到100 ℃；

(4)測量位置共有兩個位置，一個為冷卻風扇扇葉邊緣，一個為風圈輪轂。需要測量其在整個運行過程中的最大軸向變形量；

(5)標準要求最大軸向變形值為2.5 mm。

2 不同測試方法分析和對比

2.1 原有測試方法

在冷卻風扇扇葉邊緣對應(yīng)散熱器表面均勻布置8塊粉筆塊(如圖3中標識1～8)。粉筆塊端面與風扇扇葉邊緣間距為2.5 mm；在風圈輪轂處布置兩塊粉筆塊(如圖3中標識9～10)，粉筆塊端面與風圈輪轂間距為2.5 mm。

圖3 試驗前測試裝置

圖4為測試后刮擦過的粉筆塊。通過試驗后觀察粉筆塊端面與對應(yīng)的測量點，直觀上可以看到要求的測量點是否有刮擦，如果有刮擦，說明軸向變形量大于2.5 mm；如果無刮擦，說明軸向變形量小于2.5 mm，測試合格。

圖4 試驗后的粉筆塊

2.2 原有測試方法優(yōu)缺點

按照原有測試方法，可以得出定性結(jié)論：測量點無刮擦，測試合格；測量點有刮擦，測試不合格。這種測試方法簡單、直觀，但在實際操作中發(fā)現(xiàn)以下問題：

(1)粉筆塊黏接不牢易脫落;

(2)粉筆塊定位不準易造成誤判；

(3)在測試過程中，冷卻風扇快速運行，風扇扇葉可能與粉筆塊接觸，對冷卻風扇運行有干涉;

(4)有很大的人為誤差，不同測試者結(jié)果不一致，重復(fù)性與一致性差;

(5)無法測出具體的軸向變形量，只能定性判斷，無法定量測量。

2.3 新的測試方法

經(jīng)過一系列的研究及探索，利用激光三角法直射式測距法實現(xiàn)非接觸式測量，測試系統(tǒng)包含激光位移傳感器、測試軟件及控制器、冷卻裝置等。

激光三角法直射式測距法原理[2]如下：如圖5所示，激光器發(fā)出的光線，經(jīng)會聚透鏡聚焦后垂直入射到被測物體表面上，物體移動或者其表面變化，導(dǎo)致入射點沿入射光軸的移動。入射點處的散射光經(jīng)接收透鏡入射到光電探測器上，散射光經(jīng)接收透鏡會聚后在光電探測器上成像，移動物體前后采集的兩幅圖像經(jīng)過軟件處理求出其間距，根據(jù)推導(dǎo)得出的公式可求得物體實際移動距離。

圖5 測量原理示意

由于激光位移傳感器最高使用溫度為50 ℃，無法在高溫100 ℃條件下工作，所以需要對傳感器做隔熱降溫處理，設(shè)計了冷卻裝置如圖6所示，把激光位移傳感器置于冷卻裝置中，四周裝有隔熱內(nèi)膽和冷風系統(tǒng)，保證了激光位移傳感器在測量過程中的穩(wěn)定性。

圖6 測量系統(tǒng)示意

2.4 測試驗證

2.4.1 測試搭建

把激光位移傳感器固定在冷卻裝置中，位移傳感器發(fā)射出的激光透過隔熱透明玻璃射向測量點，如圖7所示；再把冷卻裝置與被測樣件固定安裝在剛性工裝支架上，一起放置于環(huán)境試驗箱內(nèi)，如圖8所示?？紤]到有兩個測量點，位移傳感器可以上下調(diào)節(jié)，方便調(diào)節(jié)激光打到冷卻風扇相應(yīng)測量點。冷風系統(tǒng)的供給空氣由冷凍式干燥機提供，使整個測試過程中冷卻裝置內(nèi)部溫度維持在常溫，保證激光位移傳感器的正常運行。

圖7 測試搭建(一)

圖8 測試搭建(二)

2.4.2 新老方法對比

分別用合格樣件和不合格樣件按照新老方法進行測試，測試結(jié)果見表1。

表1 新老舊方法對比

通過比對說明新方法可以精確測量軸向變形量，且對樣件無損壞。

2.4.3 新方法測試效果

調(diào)整測量的溫度和測量點的位置等條件進行測試，測試結(jié)果見表2。

表2 新方法測試結(jié)果

通過比對說明新方法可以精確測量風扇在不同工況下任意位置的軸向變形量，滿足測試要求。

3 結(jié)論

新的激光位移傳感器測量方法相比原有粉筆塊測量方法，具有測試速度快、準確度高、實時處理能力強、使用靈活方便等優(yōu)點。

新測試方法克服了接觸式測量與被測物接觸產(chǎn)生變形造成測量誤差、影響測量準確度、損壞樣件表面以及速度慢等諸多缺點[3],可以廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)的各種精密測量中。