发动机前端轮系的故障分析

文/上海 李楠 王东

发动机前端轮系主要是指曲轴扭转减振器将曲轴输出的扭矩，经皮带输送到发动机前端各部件(图1)，并驱动这些部件正常工作。

1.维修中遇到的主要故障现象

前端轮系在售后维修中主要存在的故障现象有：皮带轮异响、传动皮带打滑、传动皮带抖动等。

前端轮系处于发动机舱内，引起的故障现象极易引起驾驶员的恐慌。前端轮系皮带轮异响，是由传动皮带和皮带轮之间非正常摩擦和皮带轮轴承摩擦产生。传动皮带打滑故障，是由于皮带轮的转速和传动皮带的运动速度不一致，而产生的扭矩无法正常传递的现象。一般传动皮带抖动故障是由于两个皮带轮之间的皮带上下跳动较大，而过大的跳动会造成传动皮带在传动过程中碰到其它部件或传动皮带从皮带轮上跳出的现象，也容易导致异响的产生。

2.故障诊断及排除

(1)皮带轮异响

针对前端轮系异响的诊断，应仔细倾听异响声音，尽可能的用拟声词表达出来，并且录音。同时，记录发动的产生异响时各种详细信息，例如发动机转速、发动机机油温度和冷却液温度、负荷条件等。按照如图2所示的步骤，进一步查找异响原因。将传动皮带取下，启动发动机，确认该异响是否存在。若异响仍然存在，则该异响不是来自附件系统，再进行其他问题排故；若异响消失，则异响来自前端轮系。将传动皮带装好，启动发动机，在异响出现的时候，向皮带内侧喷水。若异响消失或减轻，则异响是由前端轮系产生；若异响声音变大，则异响是由传动皮带打滑引起；若异响声音无明显变化，则异响来自前端轮系中的零件。

(2)传动皮带打滑

一般传动皮带打滑时，会发出“吱吱”的啸叫声。同时，记录发动的产生异响时各种详细信息，包括：发动机转速、发动机机油温度、冷却液温度、负荷条件等。在前端轮系传动皮带内侧喷水，若异响声音变大，则可以判断异响是由传动皮带打滑引起。

(3)传动皮带抖动过大

传动皮带抖动过大，传动皮带容易与附近其它零件产生干涉，加剧皮带和其它零件的磨损，极端情况下也可能会使传动皮带跳出皮带轮，使整个前端轮系瘫痪。打开发动机舱，站在前端轮系平行的位置，在发动机运转时，观察发动机前端轮系，观察是哪一个部件出现跳动的现象。关闭发动机，将传动皮带拆下，对每一个皮带轮进行转动，观察它的跳动情况。

3.前端轮系故障分析

(1)皮带轮异响

发动机前端轮系皮带轮异响，主要有以下几个原因：

①张紧器皮带轮表面或传动皮带表面有类似泥沙粉末之类的污物存在。

②张紧器主体内有油状物质，如果油状物质外泄将会导致润滑失效(图3)，产生异响。

③惰轮或张紧器皮带轮的轴承有卡滞情况。这是由于轴承润滑不充分而出现了非正常的摩擦现象。轴承轻微的漏脂不会影响正常使用，但是长时间缺少润滑之后，便会加快零件之间的磨损，造成异响。

④前端轮系皮带轮表面出现颗粒状物质，如图4所示。这是由于传动皮带在运动过程中，皮带的碎屑掉落到前端轮系皮带轮的表面黏附在上面形成。遇到这种情况我们可以用小刀直接刮去，不会影响它的功能，也不会引起异响。

(2)传动皮带打滑

发动机前端轮系出现传动皮带打滑，主要有以下几点原因造成：

①皮带的张紧力不够，导致传动皮带与皮带轮之间的摩擦力变小，出现皮带打滑的现象。遇到这种现象，应该适当增加张紧轮提供的张紧力，避免出现皮带打滑。当然张紧力也不应过大，过大的张紧力会导致皮带磨损过快，以及皮带轮轴承过早的损坏，影响整个轮系的寿命。

②发动机皮带的楔数太少，传动皮带与皮带轮之间的摩擦力小，导致传动皮带打滑的现象出现。

③皮带轮包角较小，传动皮带与皮带轮接触面较小，也可导致传动皮带打滑现象的出现。表1为不同皮带轮的推荐包角角度。

④传动皮带上沾有污物导致皮带出现打滑的情况，这种情况可以通过清洁去除皮带轮上的污物或更换新的皮带，可解决打滑现象。

⑤附件载荷过大，导致传动皮带打滑现象。遇到这种情况要考虑所驱动附件超过载荷的原因，如制冷系统散热不良或制冷剂过量、发电机轴承润滑不良、转向机转向角过大等问题。

(3)传动皮带抖动过大

造成传动皮带抖动过大的原因主要有以下几点：

①相邻两个皮带轮的中心距过大，导致传动皮带跨度较大。一般来说传动皮带的跨度以不超过300mm为宜，且传动皮带双边抖动量应尽量控制在传动皮带跨度的10%以内。布置轮系时应尽量避免传动皮带跨度过大的情况发生，实在不能避免时，应考虑在两个中心较大的带轮之间布置一个惰轮，以降低传动皮带抖动过大的风险发生。

表1 不同皮带轮的推荐包角角度

②整个前端轮系的张紧力较小，会造成传动皮带抖动较大。对于此类情况，可以通过增加皮带张紧器的张力便可以避免。发动机运行一段时间后，传动皮带会有一定的延伸，张紧力也会相应的变小，可能会出现皮带抖动过大的情况。为避免因张力不足造成的抖动，要使用最长皮带(皮带运行一段时间以后拉伸最长的情况)和皮带张紧器最小张力情况下进行测试，以确定在最恶劣情况下是否会产生打滑和传动皮带抖动过大的情况发生。

③前端轮系的振动与发动机做功的振动形成共振，造成传动皮带抖动过大。当发动机一个缸点处于做功行程，燃烧气体产生的能量对活塞的冲击，形成振动。如果对其振幅进行测量，我们会发现如图5所示的变化。发动机的这种振动频率接近于发动机怠速时的系统频率，因此在诊断前端轮系故障时需要测量发动机怠速产生的振动频率。一般来说前端轮系的频率应该低于发动机怠速时频率，这样就可以避免在发动机启动以后产生共振的情况发生。如果前端轮系各部件布置的位置无法调整时，一般通过改变传动皮带的线绳材料(如将Polyester线绳材料的皮带改为Aramid线绳的皮带)或调整皮带张紧器的张力就能解决由共振引起的抖动过大问题。

4.结论

以上是对发动机前端轮系出现的常见的三种故障现象的原因分析、诊断及排除。前端轮系看似简单，但由于其通过传动皮带连接了许多运动件，其动态工况很难模拟，给故障的诊断与排除带来困难。只有在实践过程中不断摸索和总结相关经验，才能快速排除发动机前端轮系的故障。