浅谈汽车发动机自动张紧轮的开发制造与试验

张元俊

摘要：本文对汽车发动机自动张紧轮的开发制造与试验进行了深入的分析和研究，先重点分析了汽车发动机自动张紧轮的开发设计中，发动机工作受力情况、扭簧情况，及阻尼来源与影响因素，其次再对汽车发动机自动张紧轮制造装配工艺中的柔性生产线，中心枢轴磨削工艺，基座摇臂及中心枢轴涨铆工艺等进行分析探讨，最后对汽车发动机自动张紧轮轴承部件试验过程及效果进行了分析与阐述。望可以为汽车发动机自动张紧轮的高效应用及运行提供参考。

关键词：汽车发动机;自动张紧轮;开发制造与试验;基座摇臂

0  引言

新时代下，伴随我国经济的快速发展，我国汽车业也在此情况下崛起并不断壮大，然与之相关的基础性构件轴承业也因此得到迅猛发展。与此同时，因汽车业的特殊需求，市场中又相继推出各种类型的轴承延伸产品。皮带张紧轮的作用是保证发动机有效运行及正常传送能量到汽车各附件，因为其对于汽车整体运行的重要性，所以对于其性能和功能标准及应用安全性具有更高的要求。

1  汽车发动机自动张紧轮的开发设计

1.1 发动机工作过程中的受力情况

1.1.1 空调水泵等附件轮系的布置

在实施发动机的设计与开发过程中，附件传动系统的计算，特别是惰轮位置和数量的选定，将直接影响改变传动皮带包角，增加或减少皮带的有效接触面，会对发动机附件性能和稳定性产生直接影响，由此也会阻碍发动机有效运行，严重的情况下，还会对车辆整体指标产生干扰，所以发动机前端轮系的设计与开发受到人们高效关注。

附件传动系统主要利用了皮带与皮带输间所产生的摩擦力把发动机的动力传导到汽车各个附件当中，并同时让其在合理的速度下正常稳定运行。其中传动模式包含了V型带和多楔带的传动。而多楔带与V型带相比较，具备以下几种优势特点，即：①传动扭矩较大，寿命也较长;②皮带背面还能够驱动附件;③皮带不会失去张力，而且调整数量也较小;④传动效果也非常好;⑤可带多数量的传动轮，降低发动机轴向长度;⑥利用自动张紧装备便不去需要进行调整;⑦带轮最小直径比较小[1]。

在设计和开发发动机前端附件机构的时候，先需明确定轮系统中各个附件的具体坐标。输入位置坐标数值与带轮规格，之后利用以往的计算法来对皮带长度及包角进行明确。结合前端轮附件坐标及规格通过软件来实施合理的布置，由此得到所需的结果。

1.1.2 确定自动张紧轮的弹簧扭矩

可利用传统方法来计算松边张力和张紧侧的力。在附件动力与皮带速度到达相应数值的时候，张紧边缘张力会达到最大数值，在此情况下，张紧边缘张力可以被确定为最大拉力。在皮带驱动设计中，要求皮带允许范围内的张力不能大于皮带理论计算极限张力的80%，如果没有按照这一标准操作，就会导致皮带拉长变形和损坏，同时也无法使张紧轮在理论设计位置工作，阻尼不能满足系统计算要求。为了能够有效面对这些问题，可以对多楔带数量适当增加，其中各楔带最大允许值为155N[2]。为了保证带和带轮间能够产生充足的摩擦力，一定要保证皮带有效初拉力，实际初拉力指的是皮带静止情况下的平均拉力。对于这一拉力数值的明确，可以取紧这拉力与松边接力相加和的一半为准。没有选用新皮带，主要是因为初期使用伸长变形范围较大，因此新皮带初始长力通常会按1.5倍值来进行调控。初张力的合理明确是较重要的一项工作。初张力如果过大，便会增大皮带轮轴承负荷，使皮带和轴承的使用期限有所缩短;张力过小，会以发动机启动或是急加速和急减速的时候，因为受皮带轮干扰，皮带和带轮间较易产生滑动，由此会出现摩擦噪音。

1.2 扭簧的分析

扭簧组件属于张紧轮结构的核心性器件。扭转弹簧为其提供的扭矩功能一定供有效满足发动机前端附件所需初拉力，并且还需不断补偿因为皮带长度的增大而降低的拉力，如此才可以保证发动机自动张紧轮原本作用和功效，在发动机的前端皮带使用寿命期限内，皮带的张力并不需做出任何改动，如此便能为用车人员提供方便。

1.3 阻尼来源与影响因素

第一，销轴自润滑轴套摩擦副。这一因素是阻尼形成的重要源头。然而在汽车生产企业的实际生产中，因为销轴与轴套较易干扰加工精确度与加工工艺，为此加工销轴与自润滑轴套统一性会相对较好，因此在这一组件中的阻尼值是相对稳定的。第二，弹簧组件组装摩擦阻尼[3]。阻尼值可以较大也可较小，所以说阻尼是造成张紧轮不稳定的重要原因。如弹簧座处于固定状态，并且存在0.1摩擦系数，如此接触副可以产生超过14%的阻尼。如弹簧座没有固定，同时因为弹簧两端的对称性阻碍，其摩擦会互相抵掉，如此便不会产生阻尼。如弹簧座没有固定，而且弹簧两端并不对称，所以会因接触力分布不均衡，摩擦力只会抵消一部分，如此便会出现阻尼。

2  汽车发动机自动张紧轮制造装配工艺

2.1 柔性生产线

在新时代下因为科技的快速发展和不断升级，数控技术生产线已被广泛应用，而且生产出的产品不仅质量优良价格实惠，而且其生产的效率也会比传统技术明显提升。除此之外，因为加工中心的不断发展，到后来已出现了三坐标生产型的高速加工中心，然将这种加工中心当作主体而构建的新型柔性自动生产线，便是所说的敏捷柔性的自动生产线，其很大程度提升了生产量和质量，同时该生产线不但能够重复性的使用，同时还可相互组合来使用，还可合理范围内的进行扩展，所以此生产可以极大程度满足当下市场发展，正因敏捷柔性生产线可以与不断发展的市场相匹配，因此这种技术在未来的发展空间非常广阔。

2.2 中心枢轴磨削工艺

在以往加工工艺当中，中心多台阶枢轴系统和多台阶磨削都需使用三道工序才可以有效完成這项操作。确切的说，就是先需对产品前端小轴颈及端面进行磨削，之后再对整体主轴颈实施磨削，最后，对所有多台阶实施磨削操作。此工艺对于多台阶枢轴以往制造工艺形成了较大限制，生产节拍、重复定位精度和加工误差都难以满意大环境下的需求，无法突出企业的竞争力。在多工位多主轴自动磨床的飞速发展，同时伴随技术的快速升级，诞生了一种可以取代传统磨削工艺实施中心多台阶枢轴制造的全新工艺，一次装夹，高速磨削，更换新型材料的磨削刀具，有效利用这种新工艺便能够有效实现主轴颈系统与产品前端小轴及端面的整体磨削，由此很大程度提升生产效率。

2.3 基座摇臂及中心枢轴涨铆工艺

涨铆工艺其工作原理是把基座和摇臂通过中心枢轴涨型喇叭口将三者紧紧的结合在一起。这种制造工艺同以往装配工艺有所不同，除了传统的过盈力之外 ，还将通过过盈配合处前端中心枢轴口部涨铆后直径增大1-2mm，即使张紧轮在发动机中最大极限速度和负载的情况下，也不会发生摇臂与中心枢轴之间的过盈力不够而导致脱开，进一步限制摇臂与中心枢轴之间的轴向运动。

2.4 轴承座面的平行度与高度尺寸的动态加工工艺

张紧轮的其中两个重要参数特性：轴承座面的平行度与高度尺寸。其直接影响发动机皮带的正确位置和使用寿命。在以往加工工艺当中，采用静态直接加工，将不考虑皮带包角、皮带推力方向，带轮理论位置等因素带来的影响，导致加工后无法消除在理论设计上与实际制造后的误差，主要产生来源于状态不一致。改进后的动态加工工艺将充分考虑上述影响因素，加工状态与张紧轮在实际发动机中的工作状态、受力情况相吻合，加工中模拟皮带推力，且推力方向与皮带推力方向一致，摇臂转动后的坐标尺寸与设计带轮理论位置相重合。研究新的加工方案大大提高了轴承座面的平行度与高度尺寸的稳定性，从而能够使加工后张紧轮更加充分的贴近于实际应用状态效果。

3  汽车发动机自动张紧轮轴承部件试验

3.1 防尘试验

本试验主要选用两个试验件来进行防尘效果的测试。防尘试验所需数据：试验转速3600rpm，试验箱容积50×50×50（单位：cm），环境温度在20℃，灰尘浓度1%试验箱容积，试验时间为100小时，风扇工作条件为5min停或是5min开，混合泥土种类JIS 7th级泥土用35%，JIS 8th级的泥土用65%。防尘试验判定标准：灰尘的进入量不可超过0.02克。

试验结果：1号试验件在试验前的重量在1102.13克，试验以后的重量为1102.11克，灰尘进入量为零，所以证明1号试验件的试验结果是有效的。2号试验件在试验前的重量为1101.67克，试验以后的重量为1101.64克，灰尘进入量为0，所以由此可以证明2号试验件的试验结果是有效的可行的。试验最终结论是这两种试件符合试验要求[4]。

3.2 防水试验

本试验主要选用两个试验件来进行防水效果的测试。试验数据：试验转速1600/3200rpm。喷水条件：当达到300cm3/min时可开始1min时间的喷水，当喷水29min时长以后便可结速喷水。环境温度：要求正常室温便可。试验时间：为100小時。泥浆的成分：水6.8升，磨料：150号、240号和400号氧化铝磨粒分别200g，200g开燥粗糙灰尘，总共800g;盐200g。旋转的方式：以外圈旋转为主。判定标准：进水量不可以超过0.02克，目视检测轴承内不可以有进水的现象发生。

试验结果：1号试验件在试验前重量在11.1.62克，试验以后的重量为1101.61克，进水理为零，所以证明1号试验件的试验结果是合格的。2号试验件在试验前的重量为1104.05克，试验以后的重量为1104.05克，进水量为零所以证明2号试验件的试验结果是合格的。试验最终结论是这两种试件符合试验要求。

3.3 温升试验

本试验主要选用两个试验件来进行防水效果的测试。试验条件：试验转速7000rpm，径向载荷：1470N，环境温度在120，试验的时间为20小时。判定标准：温升不可以超过35℃。

试验结果：1号试件，在以上试验条件下，表现出的温升在25℃左右，所以可以确定试验结果是合格的。2号试件在试验条件下，表现出的温升在24℃，所以也可以证明试验的结果是合格的。试验最终结论是这两种试件符合试验要求。

4  结语

总体来说，本文通过对汽车张紧轮的设计和开发的深入分析和研究，特别是通过结合相应理论对汽车发动机自动张紧轮轴承部件所实施的具体试验，得出比较理想的试验结果。这一结果可以为汽车发动机中张紧轮应用的可靠性和适应性奠定基础。

参考文献：

[1]顾金平.浅谈汽车发动机张紧轮轴承疲劳寿命试验机的研发[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2011（8）：220.

[2]王传宾，姚章涛，王树汾.自动张紧轮在柴油发动机上的开发及应用[J].现代零部件，2013（11）：66-67.

[3]肖广朋，吴兴亮，王之瑶，等.某乘用车发动机前端附件驱动系统计算与试验研究[J].汽车实用技术，2017（10）.

[4]曾祥坤，曾祥坤，陈链，等.车用发动机自动张紧器静态力学特性实测分析[J].力学与实践，2015，37（1）.