自动张紧轮密封系统优化设计

2017-06-27宋丽娜黄蔚莫江红

中国设备工程 2017年12期

关键词：芯轴泥水异响

宋丽娜，黄蔚，莫江红

（上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司，山东青岛 545007）

自动张紧轮密封系统优化设计

宋丽娜，黄蔚，莫江红

（上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司，山东青岛 545007）

本文通过对张紧轮的一系列实验验证，优化张紧轮的密封性能，在恶劣的工作环境下防止泥浆、水、沙尘、腐蚀物等异物进入,同时解决轴承润滑及漏脂问题，有效解决自动张紧轮卡滞、异响问题。

卡滞；密封性；设计优化

在现代汽车发动机中,不仅广泛使用带传动驱动发电机、空调压缩机、风扇等发动机附件，连需要和曲轴保持严格相位关系的凸轮轴也采用带传动。为了能够把曲轴的旋转运动传递到凸轮轴和附件装置，通常在发动机上安装正时皮带和附件驱动皮带。为了保持适当的皮带张紧力，避免皮带打滑、补偿皮带磨损和老化后的伸长量，张紧轮是必不可少的部件。

1 设计背景及要因确认

1.1 设计背景

售后服务部反馈自动张紧轮张紧机构有失效问题，故障模式为：自动张紧轮张紧臂不能灵活转动，张紧机构失效，轮系工作时皮带打滑，发出异响。张紧轮异响包括两点：（1）张紧轮芯轴卡滞，导致皮带打滑产生异响；（2）张紧轮其他异响。对故障件进行检测（检测5件），发现张紧臂孔（即芯轴配合孔）孔径变大（在使用中磨损量应小于0.03mm ），具体参数如表1所示。

表1

拆解故障件，发现张紧臂内含油芯轴与轴配合处存在黑褐色油泥混合物，张紧臂不能灵活旋转卡死，芯轴、盖板磨损。使用能谱仪对芯轴间混合物进行测试，结果如表2所示。

表2

张紧轮残余粉末检测的结果显示，氧元素含量为42.12%，这说明粉末中脱落的铁与铜等金属均被氧化；且在粉末中含有少量的硅元素，即在使用过程中有细小的石子进入芯轴与衬套之间。

从布置看张紧轮布置于发动机前端，如图1所示，张紧臂内含油芯轴与张紧臂部分通过圆柱面0.03～0.05mm间隙配合（图a）实现定位，通过张紧弹簧（图b）扭转实现预定扭矩自动张紧皮带（张紧轮沿图c箭头方向张紧皮带）。该张紧轮工作在纵置发动机上，自动张紧轮正对散热器风扇，易进泥水。

图1

如图2所示：泥水试验后有大量的泥水进入发动机仓，散热风扇及张紧轮上都沾满泥水，张紧轮工作环境恶劣。

图2

1.2 原因查找（图3）

要因：由于张紧轮原设计方案中，在盖板与张紧臂内孔间存在单边0.5mm间隙，外部泥水及小石子等容易进入张紧器内部导致张紧轮芯轴异常磨损、异响、卡滞甚至卡死。

图3

2 设计变更及验证

2.1 设计变更

张紧轮本身带有扭转弹簧，扭簧释放扭矩，使与固定轴有一定的偏心量的带轮偏心转动而张紧皮带。张紧轮作为皮带传动系统重要的功能部件，在压紧皮带后，最基本的运动为转动。这种支撑转动则由张紧轮的轴承来承担。由于汽车设计时对张紧轮的防护较难满足，泥浆、水、沙尘甚至腐蚀物将对张紧轮轴承的正常工作带来严峻的考验，因此张紧轮对密封性的要求则成为张紧轮设计中的重中之重。

该设计变更在张紧轮用于密封的前盖板上增加橡胶密封圈，以橡胶结构采用过盈配合使盖板与张紧臂内孔无间隙，弥补了之前设计的不足。橡胶垫圈采用“工”字型结构，双唇密封，密封圈紧紧贴合在前盖板上，上下两边与张紧轮内壁孔各有0.15mm过盈量，通过橡胶的压缩填充功能，有效保证了密封的有效性。该过盈配合大大提高了张紧轮的密封性能，阻挡了泥浆、水、沙尘甚至腐蚀物进入张紧轮芯轴，有效减少了卡滞、异响的产生，提升了发动机的NVH性能（图4）。

2.2 试验验证

开车在泥泞路上以30～40km/h的速度行驶1小时，同一台车更换张紧轮进行两次试验，在试验路段相同、试验条件相同的情况下，对比增加密封唇的零件与无密封唇零件磨损及异物进入；在整车耐久试验上搭载两种设计的张紧轮验证，车辆行驶4299km后，拆下自动张紧轮对比增加密封唇的零件与无密封唇零件磨损及异物进入。路试及整车试验对比结果相同，如图5。