自動張緊輪密封系統優化設計

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）

自動張緊輪密封系統優化設計

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）

本文通過對張緊輪的一系列實驗驗證，優化張緊輪的密封性能，在惡劣的工作環境下防止泥漿、水、沙塵、腐蝕物等異物進入,同時解決軸承潤滑及漏脂問題，有效解決自動張緊輪卡滯、異響問題。

卡滯；密封性；設計優化

在現代汽車發動機中,不僅廣泛使用帶傳動驅動發電機、空調壓縮機、風扇等發動機附件，連需要和曲軸保持嚴格相位關系的凸輪軸也采用帶傳動。為了能夠把曲軸的旋轉運動傳遞到凸輪軸和附件裝置，通常在發動機上安裝正時皮帶和附件驅動皮帶。為了保持適當的皮帶張緊力，避免皮帶打滑、補償皮帶磨損和老化后的伸長量，張緊輪是必不可少的部件。

1 設計背景及要因確認

1.1 設計背景

售后服務部反饋自動張緊輪張緊機構有失效問題，故障模式為：自動張緊輪張緊臂不能靈活轉動，張緊機構失效，輪系工作時皮帶打滑，發出異響。 張緊輪異響包括兩點：（1）張緊輪芯軸卡滯，導致皮帶打滑產生異響； （2）張緊輪其他異響。對故障件進行檢測（檢測5件），發現張緊臂孔（即芯軸配合孔）孔徑變大（在使用中磨損量應小于0.03mm ），具體參數如表1所示。

表1

拆解故障件，發現張緊臂內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卡死，芯軸、蓋板磨損。使用能譜儀對芯軸間混合物進行測試，結果如表2所示。

表2

張緊輪殘余粉末檢測的結果顯示，氧元素含量為42.12%，這說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，即在使用過程中有細小的石子進入芯軸與襯套之間。

從布置看張緊輪布置于發動機前端，如圖1所示，張緊臂內含油芯軸與張緊臂部分通過圓柱面0.03～0.05mm間隙配合（圖a）實現定位，通過張緊彈簧（圖b）扭轉實現預定扭矩自動張緊皮帶（張緊輪沿圖c箭頭方向張緊皮帶）。該張緊輪工作在縱置發動機上，自動張緊輪正對散熱器風扇，易進泥水。

圖1

如圖2所示：泥水試驗后有大量的泥水進入發動機倉，散熱風扇及張緊輪上都沾滿泥水，張緊輪工作環境惡劣。

圖2

1.2 原因查找（圖3）

要因：由于張緊輪原設計方案中，在蓋板與張緊臂內孔間存在單邊0.5mm間隙，外部泥水及小石子等容易進入張緊器內部導致張緊輪芯軸異常磨損、異響、卡滯甚至卡死。

圖3

2 設計變更及驗證

2.1 設計變更

張緊輪本身帶有扭轉彈簧，扭簧釋放扭矩，使與固定軸有一定的偏心量的帶輪偏心轉動而張緊皮帶。張緊輪作為皮帶傳動系統重要的功能部件，在壓緊皮帶后，最基本的運動為轉動。這種支撐轉動則由張緊輪的軸承來承擔。由于汽車設計時對張緊輪的防護較難滿足，泥漿、水、沙塵甚至腐蝕物將對張緊輪軸承的正常工作帶來嚴峻的考驗，因此張緊輪對密封性的要求則成為張緊輪設計中的重中之重。

該設計變更在張緊輪用于密封的前蓋板上增加橡膠密封圈，以橡膠結構采用過盈配合使蓋板與張緊臂內孔無間隙，彌補了之前設計的不足。橡膠墊圈采用“工”字型結構，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壁孔各有0.15mm過盈量，通過橡膠的壓縮填充功能，有效保證了密封的有效性。該過盈配合大大提高了張緊輪的密封性能，阻擋了泥漿、水、沙塵甚至腐蝕物進入張緊輪芯軸，有效減少了卡滯、異響的產生，提升了發動機的NVH性能（圖4）。

2.2 試驗驗證

開車在泥濘路上以30～40km/h的速度行駛1小時，同一臺車更換張緊輪進行兩次試驗，在試驗路段相同、試驗條件相同的情況下，對比增加密封唇的零件與無密封唇零件磨損及異物進入；在整車耐久試驗上搭載兩種設計的張緊輪驗證，車輛行駛4299km后，拆下自動張緊輪對比增加密封唇的零件與無密封唇零件磨損及異物進入。路試及整車試驗對比結果相同，如圖5。

圖4

圖5

3 結語

本文在現有張緊輪的基礎上增加了橡膠密封墊圈，結構采用雙唇密封結構，通過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、腐蝕物的進入，同時解決軸承潤滑與漏脂問題，解決張緊輪卡滯、異響問題的發生。

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[2]楊國欣，史文庫. 鏈式輸送機輸送帶張緊輪合理直徑的確定[J].吉林工學院學報，1997,6.

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1671-0711（2017）06（下）-0105-02