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汽车发动机前端轮系方案设计

2017-09-11熊贤学

西部论丛 2017年1期
关键词:汽车发动机方案设计故障分析

熊贤学

摘 要:针对市场上有些汽车在天气较冷的情况下,发动机会频繁的出现异响现象,为了解决这一问题,本文主要就产生这种故障的原因和应对办法进行阐述,并对前端轮系方案,提出了取消发动机附件传动系统中机械张紧结构,使用稳定、高效的弹性皮带驱动方案,以此来解决发动机异响的问题。

关键词:汽车发动机;故障分析;前端轮系;方案设计

随着汽车本身使用性能要求的提高,其主要组成部分前端轮系,设计的好坏将直接影响到整车的质量和在使用者中的口碑,因此其发动机的前端轮系设计越来越受到设计者的高度重视。本文主要针对发动机在天气较冷情况下会频繁的出现异响现象进行探讨,,首先着手分析导致这种故障发生的原因,并根据存在问题的调查结果,针对性的对前轮轮系进行分析,然后提出一种使用弹性皮带驱动方案并且增加轮系中的减震带轮的设计方案,来代替之前使用的发动机附件传动系统中、可靠性能较低的一种机械式的张紧装置,然后再借助仿真软件或者是动态计算软件设计对结果进行分析,以此来确保设计方案符合要求,从而达到解决问题的目的。

1前端轮系故障分析

据某车型市场上的使用者反馈冬天发动机存在异响,漏水漏油等现象,尤其是在天气较冷的情况下,从频繁的发动机传动系统异响问题来看,该款车型的发动机传动轮系异响主要为皮带打滑异响。产生这种故障的原因很多,有皮带轮上有异物粘附,例如泥沙粉末之类的异物存在,或者是张紧轮有油脂渗出,溢漏,从而导致轴承产生短时的卡顿,机械结构内部出现了很大的摩擦力,从而导致声音很大等原因,但是该车型异响的故障大多数来自于皮带张力在使用的过程中,不断地产生张力衰减,此外还有用来张紧皮带的张紧机构,在经过长时间的使用,由于受到皮带反作用力的作用,持续不断的挤压张紧轮,导致了张紧轮产生松动,从而导致张紧轮设计间隙改变,张紧皮带的作用明显减退。

2轮系设计方案

鉴于之前发动机附件驱动轮系的设计方案使用的是手动张紧皮带结构,需要使用机械式张紧轮来进行皮带张紧调节,由于其使用过程中,对皮带的张紧调节不是十分准确,而且随着发动机的高速、长时间转动,皮带的张紧力会不断地衰减变小,这样就导致产生异响情况,现综合考虑发动机放置空间内的剩余空间以及提高轮系的可靠性,决定采用弹性皮带驱动并且增加轮系中的减震带轮的设计方案来改善传动轮系的异响现象。

2.1发动机空间布局

由于发动机室空间有限,而作为发动机结构中,最重要的组成部分—前端轮系,前端轮系设计必须要充分考虑好其部件摆放的相对位置关系,必须要考虑其各部件之间的间隙大小,这是因为在实际生产以及使用过程中,不同的放置位置,会对部件的外形尺寸有不同的生产要求,会对其使用的性能产生不一样的影响。

2.2帶轮主要设计参数

2.2.1带轮的输入包角参数

在进行轮系设计时,尤其是进行张紧轮的张紧力的设计时,首先要进行包角设计,这可以在调整带轮的相对空间坐标以及改变惰轮的角度给予充分的考虑。有些包角的设计参数范围可以根据以往设计的经验值进行设定,具体见表1。

2.2.2带轮的相对间隙参数

由于发动机舱的空间较为有限,所以在设计时,要充分考虑到轮系之间的相对位置不能过大,否则不仅增加空间占用率,导致生产安装麻烦,还会因为间隙过大,皮带的震动幅度增加,从而导致使用效果较差和使用寿命较低,但是也不能过小,过小导致皮带安装困难,皮带与轮系摩擦增大,导致产生异响,再则会增加轮系平面度的安装标准。在以往的使用设计过程中发现,例如在进行水泵轮系设计时,其平轮的相对位置间隙基本上保持最小50mm,槽轮的相对位置间距为60mm以上,带轮的相对间隙控制在不大于300mm,具体详见表2。

2.2.3带轮的外形尺寸参数

在进行轮系设计时,除了要考虑轮系的相对坐标,还需要考虑整个轮系各部件的外形尺寸大小,因为各部件本身尺寸如果太大的话,不仅仅会影响安装空间,增加各部件轮系轴承的径向承受力的大小,从而使得轮系部件的磨损比较严重,也增加了整个轮系的功率消耗,导致耗油量间接的增加,还会导致传动的传动比改变,从而影响发动机正常工作,但是也不能太小,太小的话,会增加其皮带受弯曲应力,会导致皮带使用寿命降低。根据以往的设计经验可以看出,当带轮正向弯曲半径保持在22.5mm以上,反向弯曲半径尺寸保持在35mm以上最为合理、高效。

2.3轮系设计方案

作为轮系的重要设计参数,张紧力的大小必须要严格的合理控制,在进行发动机轮系的研发工作时,也应该考虑到整个环节,比如生产零部件的成本和研发零部件的周期,此外最重要的就是控制整个轮系主要零部件空间坐标的相对稳定,使得其输出数据较为可靠、稳定,如图1设计轮系布局就是新设计的轮系零部件的相对空间位置。

2.3.1主要参数模拟输入

在进行轮系计算时,需要重新选取发动机特性参数、各附件轮系坐标以及皮带参数。

以某发动机的前端轮系为例,其具体的几个主要参数为:当车速高速运行时,轮系保持在6200(r/min),怠速运行时,其转速在750+50(r/min),其具有4个气缸数,其内的冲程数与气缸数一致,都为4个;而该发动机的各附件轮系相对位置的坐标参数为:压缩机的X值为149.30,Y值为-7.25,与水泵间的传动比为1.34,有效直径为136mm。

2.3.2参数仿真设计

在确定了轮系的布局设计后,还需要在进行进一步的计算模拟,需要运用Simdrive3D软件进行模型的搭建,然后在软件中,输入设计时所涉及到的有关参数数据,比如各附件的外形尺寸,带轮间距,带轮的使用材料、带轮的转动惯量,曲轴扭矩角位移等设计数据,然后进行动态模型的仿真研究。

2.3.3打滑及异响测试

在进行仿真的数据分析后,可以看出,前端轮系弹性皮带的打滑以及因为皮带抖动而产生的异响现象都满足了设计要求。其轮系带轮与皮带之间的最大打滑率小于3.2%,其平均打滑率基本上控制在2%以内,处于合理的范围之内,所以,水泵处以及各部件间的打滑率基本上没有问题。

3结论

本文主要针对现在车型出现的故障进行针对性的设计,提出了使用一种弹性皮带驱动方案来代替之前使用的可靠性能低、而且操作较为复杂的机械式张紧的驱动方案,以此来解决附件轮系中因为振动而产生的噪音问题,在进行发动机前端轮系的初步设计时,首先对故障原因进行查找、分析,然后根据结果分析,运用标准的发动机轮系设计要求,运用静态、动态系统软件对整个系统进行方案设计,这样做是为了能够更好地降低了系统研发的时间以及成本花费,最终,此设计方案也得到了很好的市场反应,为后续研发新车型发动机轮系设计提供了很好的借鉴意义。

参考文献:

[1]杨巍,彭伟伟.发动机前端轮系设计[J].科技创新导报,2011(32):119-120.

[2]王振,李慧军,由毅.发动机前端轮系设计[J].汽车工程师,2016(2):27-31.

[3]朱秀花,郑国世,王勇,等.6BTAA发动机前端轮系设计开发[J].内燃机与配件,2012(8):9-12.

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