發動機試驗臺架聯接裝置的設計及改進

申立影，張紅旭，張磊

（華晨汽車集團控股有限公司汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

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發動機試驗臺架聯接裝置的設計及改進

申立影，張紅旭，張磊

（華晨汽車集團控股有限公司汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

摘 要：發動機進行臺架可靠性試驗時，發動機與測功機的旋轉聯接部件是動力輸出關鍵部件，文章中對發動機動力輸出方式及輸出軸裝置的設計，有效地解決了在發動機高速高負荷運轉時，發動機、測功機震動大，聯接軸易斷裂變形，工裝一軸軸承超溫等問題。

關鍵詞：發動機；臺架試驗；聯接裝置；設計；改進

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.016

CLC NO.: U467.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-44-03

前言

發動機是汽車的核心部件，而發動機試驗工作又是整車設計研發過程中的核心，試驗驗證要求最大程度上模擬發動機在整車上的實際運行情況，常用的臺架聯接方式為剛性聯接，簡稱硬聯接，如圖1。

圖1

該方式為發動機動力輸出端飛輪通過聯接盤、聯接法蘭、帶緩沖橡膠的聯接軸直接與測功機聯接，該方式聯接簡單，安裝對心方便，應用廣，但是因為發動機和測功機都是剛性聯接，聯接盤及聯接軸對發動機曲軸有彎曲應力，所以動力輸出不穩定，震動大，容易對臺架及發動機造成損傷，特別是在發動機進行可靠性試驗時，因可靠性試驗運行時間長，運行工況惡劣，更容易因聯接問題造成發動機及測功機的故障和損壞。如圖2、圖3所示為某機型采用硬聯接方式進行可靠性試驗過程中，因臺架扭矩突變導致聯接軸變形，發動機曲軸斷裂。

圖3

因此針對硬鏈接的弊端，本文重新設計了臺架聯接方式，最大程度模擬整車運行情況，對應硬聯接方式改為柔性聯接方式，簡稱軟聯接，如圖4，該方式為發動機動力輸出端裝配好離合器壓盤，摩擦片，然后通過設計的模擬變速器一軸工裝裝置與測功機相聯，該方式模擬整車動力輸出方式，動力稍有損失，但其輸出動力平穩，在起動機運行過程中沒有強烈震動，而且發動機后端安裝壓盤、摩擦片可以通過打滑來防止過載，在發生扭矩突變等突發情況時，工裝一軸首先斷裂，扭轉力矩不會都傳遞到發動機曲軸端，不會造成發動機曲軸斷裂情況，從而保護了發動機及測功機，而且降低了運行維護成本，下文將著重介紹軟連接方式及其改進設計。

圖4

1、臺架柔性聯接形式

1.1 臺架柔性聯接裝置結構

軟連接裝置結構形式就是最大程度的模擬整車的動力輸出形式，因此發動機端靠摩擦片，壓盤輸出動力，可以使動力輸出更加平穩，減小因震動，過載而損壞發動機，同時也可以保護了測功機，結構增加了工裝一軸，可以進行斷軸保護，一軸一端與發動機聯接，另一端與測功機傳動軸相聯，結構如圖5示意圖所示，因為與測功機聯距離較長，因此要加裝支撐裝置，裝置內部加裝滾動軸承支撐，內部加注潤滑油潤滑。潤滑油可隨時補加和更換。

圖5

安裝后結構如圖6所示，工裝一軸通過支撐軸承殼與龍門聯接，龍門安裝在發動機后端離合器殼上，一軸法蘭盤與測功機傳動軸相聯。在支撐軸承殼上加裝溫度傳感器，實時監測運行過程中的軸承溫度。

圖6

1.2 聯接裝置臺架試驗使用情況

該試驗裝置被應在公司一款1.5L增壓發動機可靠性上，因該發動機扭矩大，轉速高，根據一般滾動軸承對溫度的要求，要求軸承溫度控制在80攝氏度以下，最好控制在40攝氏度左右，臺架設置軸承溫度超過60攝氏度報警，達到70攝氏度以上停機，首次可靠性試驗在冬季進行，第二次可靠性試驗在夏季進行，試驗情況如下表1所示。

表1

由上表可看出該裝置在冬季運行時，軸承溫度基本滿足正常使用，但是在夏季進行試驗時，由于室溫過高，導致軸承溫度過高，已接近軸承溫度限值，無法在繼續進行試驗，根據此情況，需對工裝進行改進設計，保證軸承溫度不超限值，并且不能有太大的溫度變化，最好能對軸承溫度進行控制，能隨使用要求進行調整。

2、改進后臺架柔性聯接形式

2.1 改進后臺架柔性聯接結構

根據上述試驗結果及分析，在不進行大的結構改進前提下改進工裝，基本思路為在支撐軸套上增加冷卻水套結構，內部加注潤滑油，外部運行流量可控冷卻水，而且水套要避開傳感器孔，加油孔，監視窗等結構，而且密封要良好，防止油水混合，設計完成后的支撐水套如圖7所示，在兩側軸承安裝孔上部設計加工冷卻水套，冷卻水壓在1bar左右，水道采用密封膠圈密封，油腔與外界用油封密封，要保證在增加水套的前提下保證安裝，不能因體積過大，質量過重對一軸及支撐板構成威脅，軸承套外徑有原來的100mm增加到140mm，長度有120mm縮短為90mm，體積重量沒有太大變化，裝配示意圖8所示，安裝后結構如圖9所示。

圖7

圖8

圖9

改進后結構基本與原裝置相同，保持了制造安裝的通用性。

2.2 臺架試驗使用情況

為保證試驗狀態的一致性，試驗裝置仍在上述1.5L機型上進行，試驗在夏季進行，控制條件同1.2規定，因試驗所用臺架冷卻水流量可控，所以水套溫度基本可控，在試驗過程，安裝可靠性運轉工況，轉速5500rpm，油門全開，冷卻水進水閥分別設置為全開和半開兩種方式，試驗情況如下表2所示，在夏季室溫較高情況下，轉速在5500rpm油門全開工況，軸溫可保證40左右的正常溫度，而且軸溫可依據冷卻水閥開度大小可控，試驗整個運行過程順利，未出現大的故障停機情況。

表2

如下圖10所示，此發動機試驗在臺架上共運行400小時，支撐軸套軸承溫度監測結果顯示，在400小時運行過程中，溫度始終保持在35攝氏度到45攝氏度之間，未出現超溫現象，未出現漏油漏水，斷軸故障，400小時可靠性順利完成。

圖10

3、結論

從上述試驗結果可知，通過對工裝聯接方式的重新設計避免了因臺架故障或發動機震動大導致試驗故障，通過對新設計聯接方式的改進，加強了聯接裝置的可靠性，實現了軸承溫度在一定范圍內可控，實現了設計意圖，工裝達到設計目標。

參考文獻

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[4] 東北工學院.機械零件設計手冊.編寫組.機械零件設計手冊[M].北京.冶金工業出版社,1982.

Engine Test Bench Connection Device Design Improvement

Shen Liying, Zhang Hongxu, Zhang Lei
（HuaChen Group Auto Holding Co., Ltd Brilliance Automotive Engineering Research Institut, Liaoning Shenyang 110141）

Abstract:When the engine bench test, connection part is very important for engine and bench, we design engine power output mode and connection shaft device in this article, it effectively solve big bench shake, avoid connection shaft breakdown and bearing temperature exceeds the limit value when engine work on high speed and high load.

Keywords:Engine; Bench test; Connection device; Design; Improvement

作者簡介：申立影，就職于華晨汽車集團控股有限公司汽車工程研究院。

中圖分類號：U467.2

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)02-44-03