汽车发动机张紧器带轮熔化故障分析

□ 胡 广 □ 陈丽霞 □ 乔彦超 □ 王丹丹 □ 张彩霞

宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 浙江宁波 315336

1 故障情况

张紧器是汽车发动机的重要零部件之一,作用是对胶带产生张紧和导向作用,使胶带始终处于最佳张紧状态,保证前端轮系正常运行。若张紧器出现故障,会导致汽车无法正常行驶。张紧器的外形结构如图1所示。

▲图1 张紧器外形结构

笔者公司生产的某车型汽车进行耐久行驶试验,当汽车行驶到25 000 km时,汽车空调不制冷。停车检查发现,发动机张紧器胶带处于松脱状态,张紧器塑料带轮卡死,无法转动。更换张紧器后,发动机运转正常。

2 结构分析

对故障张紧器进行拆解,发现张紧器塑料带轮边缘与张紧器摆臂有塑料接触熔化痕迹。防尘盖被塑料带轮熔化的塑料包裹,造成轴承内外圈间卡死,无法转动。故障现场如图2所示。

为了查找轴承卡死的原因,将张紧器塑料带轮与轴承分离,发现塑料带轮与轴承外圈配合处接触面有塑料熔化痕迹,表明塑料带轮与轴承外圈配合处有相对滑动,并产生高温。

轴承防尘盖与轴承之间留有大量熔化后重新凝固的塑料,并且轴承防尘盖与轴承已经粘连在一起。

将张紧器塑料带轮和轴承防尘罩从轴承上分离,对轴承进行检测,发现轴承转动灵活。轴承滚珠及内外圈滚道虽有高温灼烧痕迹,但无剥落及异常磨损等失效现象。

检查发现,轴承内外圈及滚珠硬度符合要求,保持架完好无损坏。轴承剩余油脂量为油脂加注量的2/3左右。由于轴承密封圈等表面有塑料熔化残留物,造成轴承滚动阻力较大。

▲图2 故障现场

由以上分析可知,张紧器塑料带轮烧蚀故障不是由轴承自身功能失效导致的。

3 运转温度分析

采集张紧器塑料带轮发生塑料烧蚀故障的温度数据,见表1。

表1 温度数据

根据整车测试结果,在汽车高速行驶工况下,发动机平均转速为3 200 r/min。不考虑轮系打滑,对应的张紧器带轮转速为9 440 r/min。发电启动一体电机前端盖进风口的环境温度约为90 ℃,轴承内圈最高温度的测试值为154.8 ℃。

由此可见,轴承最高运转温度远大于进风口温度,故障并非环境温度造成。

根据整车测试结果,再次以更严苛的条件进行故障验证。环境温度为100 ℃,张紧器塑料带轮转速为12 000 r/min,塑料带轮轮系动态载荷为700 N,由此进行5 h温升故障验证,得到试验温升曲线,如图3所示。试验结果显示,张紧器轴承外圈与塑料带轮之间出现滑动。

张紧器塑料带轮材料为玻璃纤维增强尼龙,其热变形温度为245 ℃。温升试验过程中,轴承的最高温度为152 ℃,CW系列轴承的最高允许温度为157 ℃,由此可见,温升不足以造成塑料带轮热变形。

▲图3 试验温升曲线

4 分析结论

张紧器塑料带轮与轴承配合处的摩擦力不足,使轴承外圈与塑料带轮产生相对滑动,生热温度超过塑料带轮塑料材料的熔化温度,导致塑料带轮轴向滑动,与张紧器本体干涉,塑料带轮在运转时与张紧器摆臂摩擦产生高温,使塑料带轮的塑料材质发生熔化。

5 整改方案

为了增大张紧器塑料带轮与轴承配合的摩擦力,轴承外圈增加滚花槽,避免轴承外圈与塑料带轮发生相对滑动,产生高温造成塑料熔化,如图4所示。

▲图4 轴承外圈增加滚花槽

6 效果验证

将原轴承与轴承外圈增加滚花槽进行对比试验。工作环境温度设置为100 ℃,张紧器塑料带轮转速为12 000 r/min,轮系动态载荷为700 N,运转时间为1 h。

试验中,原轴承两个样件均发生滑动,增加滚花槽后的两个样件均未发生滑动。

为了再次验证高温条件下轴承增加滚花槽后与张紧器塑料带轮配合的摩擦力,对增加滚花槽的轴承进行20 h温升试验,四个样件均未发生滑动。

7 结束语

汽车发动机张紧器是重要的零部件,通过对张紧器带轮熔化故障进行分析,找到张紧器塑料带轮与轴承配合处滑动的原因。经试验验证,轴承外圈增加滚花槽的方案能有效防止张紧器塑料带轮与轴承发生滑动,整改有效。