王勇杰

摘 要：文章從阻尼的影響因素、彈簧扭矩的確定、扭矩組件的分析、彈簧組件的精度設計等方面，對汽車發(fā)動機自動張緊輪的開發(fā)制造方法進行分析，在此基礎上提出汽車發(fā)動機自動張緊輪的試驗思路，期望通過本文的研究能夠對自動張緊輪性能的提升和使用壽命的延長有所幫助。

關鍵詞：汽車發(fā)動機 自動張緊輪 試驗

我國的汽車保有量呈現出連年增長的發(fā)展態(tài)勢，在這一背景下，提高汽車的整體性能顯得尤為必要。發(fā)動機是汽車的動力核心，它的性能與整車性能密切相關。而張緊輪作為發(fā)動機的關鍵配套設備，其性能直接影響發(fā)動機的運轉情況。為此，開發(fā)設計性能優(yōu)良的自動張緊輪顯得尤為必要。借此下面就汽車發(fā)動機自動張緊輪的開發(fā)制造與試驗核心思路展開分析探討。

1 汽車發(fā)動機自動張緊輪開發(fā)制造方法

張緊輪作為汽車發(fā)動機主要的配套設備，它的性能必須滿足負載輪、皮帶以及輪系的要求。故此，張緊輪需要通過如下試驗：臺架試驗、擺動試驗等，并且在試驗的過程中，張緊輪的阻尼系數必須保持在規(guī)范允許的范圍內。針對上述性能要求，可以通過開發(fā)自動張緊輪扭矩阻尼機構予以滿足。具體的設計方法及要點如下。

1.1 阻尼的影響因素

自動張緊輪為非對稱阻尼，為使張緊力得到滿足，需要具備相應的扭矩。因此，在設計自動張緊輪時，要對影響阻尼的因素加以分析。相關研究結果表明，接觸副做相對運動時，不可避免的會產生摩擦力，該組里的存在會對張緊輪的阻尼大小造成一定程度的影響。能夠產生阻尼的接觸副有銷軸與自潤滑軸套、扭矩彈簧與保持架、彈簧座內孔與底面、銷軸端面的墊圈與搖臂端面等[1]。

1.2 確定彈簧扭矩

（1）在確定自動張緊輪彈簧扭矩的過程中，需要對張力進行計算：有效、松邊以及張緊側等，通過常規(guī)的計算方法，能夠獲得較為準確的結果。相關研究結果表明，張緊邊緣的張力主要與以下因素有關：附件動力、皮帶速度，當這兩個因素達到一定時，可以獲得最大的張緊邊緣張力，可將之稱為最大拉力。設計張緊輪皮帶驅動時，為防止皮帶早期老化，并降低損壞幾率，要保證皮帶的最大張力在允許范圍之內。對此，可增加多楔帶的楔數，其中每一楔的最大允許張力均為155N[2]。

（2）皮帶的預緊力大小關系到其與帶輪之間所產生的摩擦力大小，在設計皮帶預緊力時，可以取松緊邊拉力和的一半。未經使用過的嶄新皮帶，具有相對較大的初期伸張變形，故此，對于新皮帶，可以按照計算值的1.5倍來調整初始張力。在自動張緊輪設計開發(fā)過程中，確定初始張力是較為重要的環(huán)節(jié)之一，若是初始張力過小，則會導致發(fā)動機啟動時，因皮帶與帶輪摩擦產生出摩擦噪音;而過大的初始張力，會使帶輪軸承的負荷增大，皮帶、軸承的使用壽命均會隨之縮短。借助相關軟件能夠獲得皮帶最佳的初始張力，只需要將附件的功率消耗情況，輸入到軟件中，由軟件自行計算即可。通過計算得出皮帶靜止狀態(tài)下的初拉力為337.5N，與之相對應的皮帶有效長度為1548.6mm，彈簧扭矩為23.0N·m[3]。

1.3 扭矩組件分析

汽車發(fā)動機自動張緊輪中，扭簧組件是不可或缺的器件之一，從作用上看，它是張緊輪運轉的核心。因此，要求扭簧組件所提供的扭矩能夠滿足輪系所需的初始拉力。皮帶在張緊輪不斷轉動中長度會逐步增加，拉力會隨之減小，所以需要對因長度增加引起的拉力損失予以補償，確保張緊輪的功能得以充分發(fā)揮。扭矩彈簧具有補償作用，使皮帶在使用周期內，無需以人為的方式調整，給車輛使用者提供了極大的便利。在自動張緊輪開發(fā)制造過程中，有必要對扭簧進行全面系統(tǒng)的分析。將相關數值帶入到傳統(tǒng)的彈簧設計計算公式中，能夠得到彈簧的工作數據，包括扭矩、變形角以及彎曲應力等，其中彈簧在三個工作位置上的扭矩分別為23900N·mm、28654N·mm和16326N·mm;三個工作位置上的變形角依次為67.90°、81.40°和46.39°;三個位置的彎曲應力依次為1127MPa、1351MPa和770MPa[4]。

1.4 彈簧精度設計

對于發(fā)動機張緊輪而言，扭矩和阻尼是比較重要的兩個性能參數，在對彈簧組件進行設計的過程中，可將扭矩和阻尼的靈敏度作為尺寸公差的分配依據。彈簧的線性極限取決于彈簧與芯棒的間隙大小，而彈簧的內徑是間隙的決定性因素，故此可將之作為控制尺寸。外張式扭矩阻尼機構在自動張緊輪設計制造中得到應用，其特點是結構簡單，產品造價低、阻尼率高，能夠滿足自動張緊輪的運轉需要。

2 汽車發(fā)動機自動張緊輪試驗思路

為驗證汽車發(fā)動機自動張緊輪的性能，選用技術先進的實驗平臺，檢驗張緊輪核心部件的性能，看本次設計是否有效。本次試驗主要對張緊輪的軸承部分進行性能測試，包括包括防塵、防水、漏脂、溫升以及耐久等方面。同時，對扭矩彈簧組件做可靠性試驗。

2.1 軸承性能試驗

自動張緊輪的運轉離不開軸承組件的支撐，由此使得軸承成為張緊輪的重要核心部件。汽車發(fā)動機需要依靠軸承來傳遞動力，軸承發(fā)生異常，會影響前端附件的運行，進而導致發(fā)動機故障，所以在發(fā)動機自動張緊輪的開發(fā)制造中，必須充分認識到軸承在自動張緊輪中的作用，對其開展相應的試驗，依據試驗所得的結果，分析軸承的性能。

2.1.1 防塵試驗

開展張緊輪軸承防塵試驗的過程中，對具體的試驗條件進行設定：轉速為3600rpm，試驗箱的容積為50cm3，灰塵的濃度為試驗箱容積的1%，試驗時間為100h，風扇的工作情況為開5min、關5min，試驗環(huán)境的溫度為20℃，防塵合格標準為灰塵進入量小于等于0.02g[5]。試驗前對試件進行稱重并做好記錄，試驗完畢后，重新對試件稱重，對試驗前的重量進行對比，根據結果判斷軸承的防塵性能。試驗前稱得的試件重量為1102.13g，試驗后稱得的重量為1102.12g，無灰塵進入，判定結果為軸承的防塵性能合格。

2.1.2 防水試驗

自動張緊輪軸承方式試驗的相關條件如下：試驗轉速為1600/3200rpm，噴水情況為每分鐘300cm3，開1min、關29min，試驗時間設定為100h，在室溫環(huán)境中開展試驗。試驗合格標準為進水量小于等于0.02g，且軸承內部無進水的跡象。試驗前，試件的重量為1101.62g，試驗后的重量為1101.61g，進水量為0，判定結果為軸承的防水性能合格。

2.1.3 溫升試驗

軸承溫升試驗中，轉速設定為7000rpm，徑向荷載為1470N，試驗時間為24h，試驗環(huán)境的溫度為120℃。試驗合格標準為溫升小于等于35℃。試件在試驗過程中溫度升高了25℃，并未達35℃，由此判定軸承的溫升性能合格。

2.1.4 漏脂試驗

在自動張緊輪軸承漏脂試驗中，將試驗轉速設定為7000rpm，徑向載荷為1470N，試驗時間為24h，試驗環(huán)境的溫度為120℃，試驗的判定標準為潤滑脂消耗量小于等于注脂量的18%。試件在試驗過程中潤滑脂消耗量為7.15%，并為超過標準要求的18%，由此判定軸承的漏脂性能合格。

2.1.5 耐久試驗

軸承的耐久性與使用壽命密切相關，耐久性越好，使用壽命越長。在對軸承進行耐久試驗的過程中，將試驗轉速設定為7000rpm，徑向載荷為1470N，內圈的溫度為160℃，試驗時間為500h，試驗環(huán)境的溫度為120℃，達到500h未燒損為合格。試件在試驗的500h內未出現燒損現象，由此判定耐久性能合格。

綜上，通過一系列試驗，驗證了張緊輪軸承的性能，結果為性能優(yōu)良，可以滿足使用需要。

2.2 扭轉彈簧的可靠性

針對張緊輪的扭轉彈簧組件開展可靠性試驗，具體的試驗條件為擺動頻率20Hz，選取三個點位進行測試，分別用1#、2#和3#表示，三個測試點的實測扭矩值依次為17.13N·m、36.91N·m和0.45N·m，各個測點的剛度全部符合規(guī)范要求，試驗后的扭矩曲線未出現衰減的現象，由此表明，扭矩彈簧可靠[6]。

3 結論

綜上所述，在對汽車發(fā)動機自動張緊輪進行開發(fā)制造的過程中，可將設計的重點放在阻尼的影響因素分析、彈簧扭矩、扭矩組件以及彈簧組件的精度設計上，確保開發(fā)制造出來的自動張緊輪結構合理、性能優(yōu)良。為驗證自動張緊輪的性能，可對自動張緊輪中的核心部件進行性能試驗，通過試驗檢測結果可知，本次設計開發(fā)的自動張緊輪各方面性能全部合格。未來一段時期，要加大自動張緊輪相關技術的研究力度，為產品的設計開發(fā)提供技術支撐。

參考文獻：

[1]徐海濤，繆宏鋼，翁濤，安琦.汽車發(fā)動機張緊輪主軸力學分析及其疲勞壽命計算方法[J].華東理工大學學報（自然科學版），2020（1）：110-115.

[2]于超，曾超，程市，王景新.某發(fā)動機用自動張緊器張緊臂斷裂原因分析及改進優(yōu)化[J].柴油機設計與制造，2018（4）：34-38，52.

[3]于秩祥.EA888發(fā)動機張緊器及正時鏈條失效分析與優(yōu)化設計[J].現代車用動力，2020（4）：41-46.

[4]程市，曾超，于超，劉倫倫.基于某發(fā)動機FEAD張緊臂擺角大的原因分析及優(yōu)化[J].農業(yè)裝備與車輛工程，2019（7）：83-87.

[5]王二化，吳波，胡友民，楊叔子.考慮OAP影響的汽車發(fā)動機FEAD系統(tǒng)動力學特性研究[J].機械傳動，2018（12）：13-17.

[6]徐譜.發(fā)動機前端附件驅動系統(tǒng)自動張緊器性能仿真研究[D].華南理工大學，2018.