申立影，张红旭，张磊

（华晨汽车集团控股有限公司汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）



发动机试验台架联接装置的设计及改进

申立影，张红旭，张磊

（华晨汽车集团控股有限公司汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

摘 要：发动机进行台架可靠性试验时，发动机与测功机的旋转联接部件是动力输出关键部件，文章中对发动机动力输出方式及输出轴装置的设计，有效地解决了在发动机高速高负荷运转时，发动机、测功机震动大，联接轴易断裂变形，工装一轴轴承超温等问题。

关键词：发动机；台架试验；联接装置；设计；改进

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

发动机是汽车的核心部件，而发动机试验工作又是整车设计研发过程中的核心，试验验证要求最大程度上模拟发动机在整车上的实际运行情况，常用的台架联接方式为刚性联接，简称硬联接，如图1。

图1

该方式为发动机动力输出端飞轮通过联接盘、联接法兰、带缓冲橡胶的联接轴直接与测功机联接，该方式联接简单，安装对心方便，应用广，但是因为发动机和测功机都是刚性联接，联接盘及联接轴对发动机曲轴有弯曲应力，所以动力输出不稳定，震动大，容易对台架及发动机造成损伤，特别是在发动机进行可靠性试验时，因可靠性试验运行时间长，运行工况恶劣，更容易因联接问题造成发动机及测功机的故障和损坏。如图2、图3所示为某机型采用硬联接方式进行可靠性试验过程中，因台架扭矩突变导致联接轴变形，发动机曲轴断裂。

图3

因此针对硬链接的弊端，本文重新设计了台架联接方式，最大程度模拟整车运行情况，对应硬联接方式改为柔性联接方式，简称软联接，如图4，该方式为发动机动力输出端装配好离合器压盘，摩擦片，然后通过设计的模拟变速器一轴工装装置与测功机相联，该方式模拟整车动力输出方式，动力稍有损失，但其输出动力平稳，在起动机运行过程中没有强烈震动，而且发动机后端安装压盘、摩擦片可以通过打滑来防止过载，在发生扭矩突变等突发情况时，工装一轴首先断裂，扭转力矩不会都传递到发动机曲轴端，不会造成发动机曲轴断裂情况，从而保护了发动机及测功机，而且降低了运行维护成本，下文将着重介绍软连接方式及其改进设计。

图4

1、台架柔性联接形式

1.1 台架柔性联接装置结构

软连接装置结构形式就是最大程度的模拟整车的动力输出形式，因此发动机端靠摩擦片，压盘输出动力，可以使动力输出更加平稳，减小因震动，过载而损坏发动机，同时也可以保护了测功机，结构增加了工装一轴，可以进行断轴保护，一轴一端与发动机联接，另一端与测功机传动轴相联，结构如图5示意图所示，因为与测功机联距离较长，因此要加装支撑装置，装置内部加装滚动轴承支撑，内部加注润滑油润滑。润滑油可随时补加和更换。

图5

安装后结构如图6所示，工装一轴通过支撑轴承壳与龙门联接，龙门安装在发动机后端离合器壳上，一轴法兰盘与测功机传动轴相联。在支撑轴承壳上加装温度传感器，实时监测运行过程中的轴承温度。

图6

1.2 联接装置台架试验使用情况

该试验装置被应在公司一款1.5L增压发动机可靠性上，因该发动机扭矩大，转速高，根据一般滚动轴承对温度的要求，要求轴承温度控制在80摄氏度以下，最好控制在40摄氏度左右，台架设置轴承温度超过60摄氏度报警，达到70摄氏度以上停机，首次可靠性试验在冬季进行，第二次可靠性试验在夏季进行，试验情况如下表1所示。

表1

由上表可看出该装置在冬季运行时，轴承温度基本满足正常使用，但是在夏季进行试验时，由于室温过高，导致轴承温度过高，已接近轴承温度限值，无法在继续进行试验，根据此情况，需对工装进行改进设计，保证轴承温度不超限值，并且不能有太大的温度变化，最好能对轴承温度进行控制，能随使用要求进行调整。

2、改进后台架柔性联接形式

2.1 改进后台架柔性联接结构

根据上述试验结果及分析，在不进行大的结构改进前提下改进工装，基本思路为在支撑轴套上增加冷却水套结构，内部加注润滑油，外部运行流量可控冷却水，而且水套要避开传感器孔，加油孔，监视窗等结构，而且密封要良好，防止油水混合，设计完成后的支撑水套如图7所示，在两侧轴承安装孔上部设计加工冷却水套，冷却水压在1bar左右，水道采用密封胶圈密封，油腔与外界用油封密封，要保证在增加水套的前提下保证安装，不能因体积过大，质量过重对一轴及支撑板构成威胁，轴承套外径有原来的100mm增加到140mm，长度有120mm缩短为90mm，体积重量没有太大变化，装配示意图8所示，安装后结构如图9所示。

图7

图8

图9

改进后结构基本与原装置相同，保持了制造安装的通用性。

2.2 台架试验使用情况

为保证试验状态的一致性，试验装置仍在上述1.5L机型上进行，试验在夏季进行，控制条件同1.2规定，因试验所用台架冷却水流量可控，所以水套温度基本可控，在试验过程，安装可靠性运转工况，转速5500rpm，油门全开，冷却水进水阀分别设置为全开和半开两种方式，试验情况如下表2所示，在夏季室温较高情况下，转速在5500rpm油门全开工况，轴温可保证40左右的正常温度，而且轴温可依据冷却水阀开度大小可控，试验整个运行过程顺利，未出现大的故障停机情况。

表2

如下图10所示，此发动机试验在台架上共运行400小时，支撑轴套轴承温度监测结果显示，在400小时运行过程中，温度始终保持在35摄氏度到45摄氏度之间，未出现超温现象，未出现漏油漏水，断轴故障，400小时可靠性顺利完成。

图10

3、结论

从上述试验结果可知，通过对工装联接方式的重新设计避免了因台架故障或发动机震动大导致试验故障，通过对新设计联接方式的改进，加强了联接装置的可靠性，实现了轴承温度在一定范围内可控，实现了设计意图，工装达到设计目标。

参考文献

[1] 成大先.机械设计手册.化学工业出版社,2008.1.

[2] 王启平.机械制造工艺学(第五版)[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2005.

[3] 臧新群.汽车滚动轴承应用手册.北京.机械工业出版社,1997.12.

[4] 东北工学院.机械零件设计手册.编写组.机械零件设计手册[M].北京.冶金工业出版社,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

作者简介：申立影，就职于华晨汽车集团控股有限公司汽车工程研究院。

中图分类号：U467.2

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)02-44-03