淺談汽車發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)張緊輪的開發(fā)制造與試驗(yàn)核心思路分析

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(shè)計(jì)等方面，對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)張緊輪的開發(fā)制造方法進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上提出汽車發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)張緊輪的試驗(yàn)思路，期望通過本文的研究能夠?qū)ψ詣?dòng)張緊輪性能的提升和使用壽命的延長(zhǎng)有所幫助。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動(dòng)機(jī) 自動(dòng)張緊輪 試驗(yàn)

我國(guó)的汽車保有量呈現(xiàn)出連年增長(zhǎng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，在這一背景下，提高汽車的整體性能顯得尤為必要。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力核心，它的性能與整車性能密切相關(guān)。而張緊輪作為發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵配套設(shè)備，其性能直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。為此，開發(fā)設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的自動(dòng)張緊輪顯得尤為必要。借此下面就汽車發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)張緊輪的開發(fā)制造與試驗(yàn)核心思路展開分析探討。

1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)張緊輪開發(fā)制造方法

張緊輪作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)主要的配套設(shè)備，它的性能必須滿足負(fù)載輪、皮帶以及輪系的要求。故此，張緊輪需要通過如下試驗(yàn)：臺(tái)架試驗(yàn)、擺動(dòng)試驗(yàn)等，并且在試驗(yàn)的過程中，張緊輪的阻尼系數(shù)必須保持在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。針對(duì)上述性能要求，可以通過開發(fā)自動(dòng)張緊輪扭矩阻尼機(jī)構(gòu)予以滿足。具體的設(shè)計(jì)方法及要點(diǎn)如下。

1.1 阻尼的影響因素

自動(dòng)張緊輪為非對(duì)稱阻尼，為使張緊力得到滿足，需要具備相應(yīng)的扭矩。因此，在設(shè)計(jì)自動(dòng)張緊輪時(shí)，要對(duì)影響阻尼的因素加以分析。相關(guān)研究結(jié)果表明，接觸副做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，不可避免的會(huì)產(chǎn)生摩擦力，該組里的存在會(huì)對(duì)張緊輪的阻尼大小造成一定程度的影響。能夠產(chǎn)生阻尼的接觸副有銷軸與自潤(rùn)滑軸套、扭矩彈簧與保持架、彈簧座內(nèi)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(dòng)張緊輪彈簧扭矩的過程中，需要對(duì)張力進(jìn)行計(jì)算：有效、松邊以及張緊側(cè)等，通過常規(guī)的計(jì)算方法，能夠獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。相關(guān)研究結(jié)果表明，張緊邊緣的張力主要與以下因素有關(guān)：附件動(dòng)力、皮帶速度，當(dāng)這兩個(gè)因素達(dá)到一定時(shí)，可以獲得最大的張緊邊緣張力，可將之稱為最大拉力。設(shè)計(jì)張緊輪皮帶驅(qū)動(dòng)時(shí)，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(nèi)。對(duì)此，可增加多楔帶的楔數(shù)，其中每一楔的最大允許張力均為155N[2]。

（2）皮帶的預(yù)緊力大小關(guān)系到其與帶輪之間所產(chǎn)生的摩擦力大小，在設(shè)計(jì)皮帶預(yù)緊力時(shí)，可以取松緊邊拉力和的一半。未經(jīng)使用過的嶄新皮帶，具有相對(duì)較大的初期伸張變形，故此，對(duì)于新皮帶，可以按照計(jì)算值的1.5倍來(lái)調(diào)整初始張力。在自動(dòng)張緊輪設(shè)計(jì)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(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，因皮帶與帶輪摩擦產(chǎn)生出摩擦噪音;而過大的初始張力，會(huì)使帶輪軸承的負(fù)荷增大，皮帶、軸承的使用壽命均會(huì)隨之縮短。借助相關(guān)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(jì)算即可。通過計(jì)算得出皮帶靜止?fàn)顟B(tài)下的初拉力為337.5N，與之相對(duì)應(yīng)的皮帶有效長(zhǎng)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(dòng)機(jī)自動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動(dòng)中長(zhǎng)度會(huì)逐步增加，拉力會(huì)隨之減小，所以需要對(duì)因長(zhǎng)度增加引起的拉力損失予以補(bǔ)償，確保張緊輪的功能得以充分發(fā)揮。扭矩彈簧具有補(bǔ)償作用，使皮帶在使用周期內(nèi)，無(wú)需以人為的方式調(diào)整，給車輛使用者提供了極大的便利。在自動(dòng)張緊輪開發(fā)制造過程中，有必要對(duì)扭簧進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析。將相關(guān)數(shù)值帶入到傳統(tǒng)的彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算公式中，能夠得到彈簧的工作數(shù)據(jù)，包括扭矩、變形角以及彎曲應(yīng)力等，其中彈簧在三個(gè)工作位置上的扭矩分別為23900N·mm、28654N·mm和16326N·mm;三個(gè)工作位置上的變形角依次為67.90°、81.40°和46.39°;三個(gè)位置的彎曲應(yīng)力依次為1127MPa、1351MPa和770MPa[4]。

1.4 彈簧精度設(shè)計(jì)

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)張緊輪而言，扭矩和阻尼是比較重要的兩個(gè)性能參數(shù)，在對(duì)彈簧組件進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jù)。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(nèi)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(jī)構(gòu)在自動(dòng)張緊輪設(shè)計(jì)制造中得到應(yīng)用，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品造價(jià)低、阻尼率高，能夠滿足自動(dòng)張緊輪的運(yùn)轉(zhuǎn)需要。

2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)張緊輪試驗(yàn)思路

為驗(yàn)證汽車發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)張緊輪的性能，選用技術(shù)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，檢驗(yàn)張緊輪核心部件的性能，看本次設(shè)計(jì)是否有效。本次試驗(yàn)主要對(duì)張緊輪的軸承部分進(jìn)行性能測(cè)試，包括包括防塵、防水、漏脂、溫升以及耐久等方面。同時(shí)，對(duì)扭矩彈簧組件做可靠性試驗(yàn)。

2.1 軸承性能試驗(yàn)

自動(dòng)張緊輪的運(yùn)轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)需要依靠軸承來(lái)傳遞動(dòng)力，軸承發(fā)生異常，會(huì)影響前端附件的運(yùn)行，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)張緊輪的開發(fā)制造中，必須充分認(rèn)識(shí)到軸承在自動(dòng)張緊輪中的作用，對(duì)其開展相應(yīng)的試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)所得的結(jié)果，分析軸承的性能。

2.1.1 防塵試驗(yàn)

開展張緊輪軸承防塵試驗(yàn)的過程中，對(duì)具體的試驗(yàn)條件進(jìn)行設(shè)定：轉(zhuǎn)速為3600rpm，試驗(yàn)箱的容積為50cm3，灰塵的濃度為試驗(yàn)箱容積的1%，試驗(yàn)時(shí)間為100h，風(fēng)扇的工作情況為開5min、關(guān)5min，試驗(yàn)環(huán)境的溫度為20℃，防塵合格標(biāo)準(zhǔn)為灰塵進(jìn)入量小于等于0.02g[5]。試驗(yàn)前對(duì)試件進(jìn)行稱重并做好記錄，試驗(yàn)完畢后，重新對(duì)試件稱重，對(duì)試驗(yàn)前的重量進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)結(jié)果判斷軸承的防塵性能。試驗(yàn)前稱得的試件重量為1102.13g，試驗(yàn)后稱得的重量為1102.12g，無(wú)灰塵進(jìn)入，判定結(jié)果為軸承的防塵性能合格。

2.1.2 防水試驗(yàn)

自動(dòng)張緊輪軸承方式試驗(yàn)的相關(guān)條件如下：試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為1600/3200rpm，噴水情況為每分鐘300cm3，開1min、關(guān)29min，試驗(yàn)時(shí)間設(shè)定為100h，在室溫環(huán)境中開展試驗(yàn)。試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)為進(jìn)水量小于等于0.02g，且軸承內(nèi)部無(wú)進(jìn)水的跡象。試驗(yàn)前，試件的重量為1101.62g，試驗(yàn)后的重量為1101.61g，進(jìn)水量為0，判定結(jié)果為軸承的防水性能合格。

2.1.3 溫升試驗(yàn)

軸承溫升試驗(yàn)中，轉(zhuǎn)速設(shè)定為7000rpm，徑向荷載為1470N，試驗(yàn)時(shí)間為24h，試驗(yàn)環(huán)境的溫度為120℃。試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)為溫升小于等于35℃。試件在試驗(yàn)過程中溫度升高了25℃，并未達(dá)35℃，由此判定軸承的溫升性能合格。

2.1.4 漏脂試驗(yàn)

在自動(dòng)張緊輪軸承漏脂試驗(yàn)中，將試驗(yàn)轉(zhuǎn)速設(shè)定為7000rpm，徑向載荷為1470N，試驗(yàn)時(shí)間為24h，試驗(yàn)環(huán)境的溫度為120℃，試驗(yàn)的判定標(biāo)準(zhǔn)為潤(rùn)滑脂消耗量小于等于注脂量的18%。試件在試驗(yàn)過程中潤(rùn)滑脂消耗量為7.15%，并為超過標(biāo)準(zhǔn)要求的18%，由此判定軸承的漏脂性能合格。

2.1.5 耐久試驗(yàn)

軸承的耐久性與使用壽命密切相關(guān)，耐久性越好，使用壽命越長(zhǎng)。在對(duì)軸承進(jìn)行耐久試驗(yàn)的過程中，將試驗(yàn)轉(zhuǎn)速設(shè)定為7000rpm，徑向載荷為1470N，內(nèi)圈的溫度為160℃，試驗(yàn)時(shí)間為500h，試驗(yàn)環(huán)境的溫度為120℃，達(dá)到500h未燒損為合格。試件在試驗(yàn)的500h內(nèi)未出現(xiàn)燒損現(xiàn)象，由此判定耐久性能合格。

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

2.2 扭轉(zhuǎn)彈簧的可靠性

針對(duì)張緊輪的扭轉(zhuǎn)彈簧組件開展可靠性試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)條件為擺動(dòng)頻率20Hz，選取三個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)試，分別用1#、2#和3#表示，三個(gè)測(cè)試點(diǎn)的實(shí)測(cè)扭矩值依次為17.13N·m、36.91N·m和0.45N·m，各個(gè)測(cè)點(diǎn)的剛度全部符合規(guī)范要求，試驗(yàn)后的扭矩曲線未出現(xiàn)衰減的現(xiàn)象，由此表明，扭矩彈簧可靠[6]。

3 結(jié)論

綜上所述，在對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)張緊輪進(jìn)行開發(fā)制造的過程中，可將設(shè)計(jì)的重點(diǎn)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(shè)計(jì)上，確保開發(fā)制造出來(lái)的自動(dòng)張緊輪結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)良。為驗(yàn)證自動(dòng)張緊輪的性能，可對(duì)自動(dòng)張緊輪中的核心部件進(jìn)行性能試驗(yàn)，通過試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果可知，本次設(shè)計(jì)開發(fā)的自動(dòng)張緊輪各方面性能全部合格。未來(lái)一段時(shí)期，要加大自動(dòng)張緊輪相關(guān)技術(shù)的研究力度，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)提供技術(shù)支撐。

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