霍裕蓉，郭帅

(泰安航天特种车有限公司,山东泰安 271000)

0 引言

在军用特种汽车底盘设计过程中，由于车辆上装设备改装的要求，通常从底盘动力系统中进行取力，为上装设备提供动力输出，取力器作为车辆底盘与上装设备之间传递动力的关键零部件，以保证车辆上装各设备正常工作[1-2]。对于特种汽车而言，上装设备多，因此对底盘取力器的数量及性能提出更高的要求。作为上装设备动力输入的关键零部件，底盘取力器使用性能与可靠性显得尤为重要。本文作者以某特种汽车发动机后全功率取力器为例，对发动机后取力器在使用过程中出现的问题进行分析与优化，经实际装车验证，改进后的取力器满足设计使用要求。

1 问题概述

某特种汽车由于上装设备使用与空间要求特殊，需在发动机后侧飞轮壳10点钟方向设置一全功率取力器，为上装取力发电机提供动力。取力器最大输出功率不小于20 kW，通过取力传动轴驱动带轮，再通过带轮驱动取力发电机，以满足上装取力发电机工作需要。发动机后取力器安装位置示意如图1所示。

已交付用户的某特种汽车执行某任务后，对车辆进行例行检查时发现发动机后侧10点方向取力器与上装取力传动轴连接法兰盘侧的油封处有油迹。经现场售后人员检查，取力口内部的润滑脂在油封唇口处有流出痕迹，如图2所示。

图1 发动机取力器安装位置(发动机飞轮壳隐藏)

图2 发动机取力器渗油位置示意

对取力器进行进一步检查，发现内部润滑脂已稀化，颜色为黑色(正常润滑脂颜色为浅褐色)，黏度明显下降，如图3所示。

图3 润滑脂状态

2 原因分析

2.1 设计结构分析

取力器结构示意如图4所示，该取力器内部使用圆柱滚子轴承及双列深沟球轴承支撑传动轴，前端与后端设有油封，并在取力器上部设置有滑脂嘴，便于向取力器内部补充润滑脂。

取力器最大输出驱动功率按不小于25 kW设计，前端斜齿轮与发动机内部的轮系进行啮合，后端法兰盘与上装取力传动轴连接，用于驱动上装取力发电机工作。取力器转速与发动机转速速比为1.46∶1(升速)，经计算取力器转速范围为950～3 360 r/min，取力器内部采用长城T221(NB/SH/T0459-2014)润滑脂[3-4]。

经计算，以取力器最大扭矩为275 N·m、额定扭矩为180 N·m(1 500 r/min)进行复核复算，取力器内部轴承、轴等机械零部件均满足设计使用要求：T221润滑脂允许温度范围为-50～150 ℃，一般不超过120 ℃[3-5]；取力器允许最高转速不超过2 800 r/min，短时不超过3 000 r/min；取力器轴承允许最高温度不超过120 ℃，温升不超过65 ℃[5]。

图4 取力器原结构示意

由于取力器仅设置一个滑脂嘴，未设置通气帽，取力口持续在中高速转速下运行，导致润滑脂变稀、润滑效果下降。同时由于温度上升，部分润滑脂分子被气化，取力口没有设置通气塞，取力口内部压力升高，润滑脂易从取力口油封处溢出，气体分子溢出后，随气温下降凝固，故显现出取力口渗油现象。

2.2 制造、装配过程复查

对取力器总成中各零部件如油封、齿轮、花键轴、轴承等均审验其生产制造厂家的合格证，同时对各零部件进行外观目测检查，确保各零部件外观无损伤、锈蚀、毛刺、加工不平整的不良现象后方可进入装配线。装配完成后，检验人员对该位置进行检查检验，取力口各零部件安装到位，并在出厂调试跑车磨合试验过程中运转良好，未出现问题。

同时，现场对取力器处各零部件进行检查，取力器外观良好、未有磕碰、划伤、异物等异常现象，取力器油封唇口完好、未发现油封唇口损伤。服务人员更换完取力器内部润滑脂后，对发动机取力器进行连续取力近4 h试验，取力器工作正常，取力器温升处于合理限值内，未再次出现取力口渗油现象。

经初步分析，该特种汽车取力器润滑脂溢出问题定位于取力器结构设计不合理。

3 优化改进

结合该型特种汽车发动机后取力器的使用工况，重新设计取力器结构。由于取力器前端为左旋斜齿轮，在运转过程中会产生向后(法兰盘侧)的轴向力，故将原有的圆柱滚子轴承、双列角接触球轴承改为圆锥滚子轴承背靠背安装，用于承受中间轴的轴向力及径向力。经对轴、轴承进行载荷、寿命计算，轴承与轴等相关零部件均满足设计使用要求。

考虑到取力器最高转速已超过3 300 r/min，为提高取力器润滑与散热效果，将取力器润滑脂更改为润滑油。在取力器侧壁上增加加油口及溢油口，在取力器后部设置放油口，便于取力器内部润滑油更换与保养。由于润滑油流动性比润滑脂强，故将取力器前端和后端使用的单油封密封更改为双道油封密封，保证取力器内部润滑油密封可靠性；取力器前端齿轮与轴、后端输出法兰盘与轴采用花键连接，在齿轮和法兰盘端面固定压盖设置有内外两个O形密封圈，保证密封可靠性。优化后的取力器结构如图5所示。

图5 取力器新结构示意

相比于原润滑脂润滑，采用润滑油对取力器内部轴承进行润滑，可以适用于更宽的转速范围和轻、中、重载荷，同时可根据不同温度选用不同牌号的润滑油。当取力器内部气压过高时，可通过取力器上部的通气帽向外排气，保证取力器内部压力保持在合理范围内，可有效延长密封件的使用寿命。

在对取力器进行维护保养时，直接将取力器后部放油螺塞拆下，即可将取力器内部的润滑油放出，并在加注新润滑油时对取力器内部进行适当冲洗，直至取力器放油口流出新润滑油，此时紧固放油螺塞，加注新润滑油至溢油口，完成更换润滑油的工作。取力器维护保养工作简单、操作方便。

对新结构的取力器进行实际装配带载磨合验证，取力器工作正常、取力器温升在合理范围内、噪声正常、工作运转良好；经装车连续上装取力发电工作验证，取力器工作正常，未再次出现取力器渗油现象。

4 结论

对该特种汽车发动机后取力器内部结构及润滑方式进行简要分析，并结合实际工况对发动机取力器进行改进设计。经实际装车磨合验证，优化后的发动机后取力器工作正常，满足设计使用要求，并为其他类似取力器结构设计提供了一种思路。