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[其他] 发动机前端轮系异响分析及设计改进

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发表于 2015-4-10 17:07:08 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本文针对发动机前端轮系异响问题,阐述了轮系异响产生的各种原因,并使用轮系分析软件对驱动皮带参数进行优化,通过试装样带验证驱动皮带优化的合理性,并且最终解决了轮系的异响问题。
        发动机前端轮系传动是利用带与带轮之间的摩擦力,将发动机的动力传递给附件并使其在合适的转速下运转。前端轮系的作用是将发动机动力传递给各附件并使其在合适的转速下工作,避免驱动皮带严重打滑、抖动和异响等情况,以控制轮系本身的噪声、振动等,进而保证整车乘坐的舒适性。轮系的设计优劣将直接影响发动机各附件的性能、可靠性,同时也会影响整车的NVH性能。
        随着汽车工业的发展,汽车消费者对乘坐舒适性的要求越来越高,这就要求发动机前端轮系产生的异响、振动需要控制在合适的程度内。
       

发动机前端轮系异响分析及设计改进

发动机前端轮系异响分析及设计改进

        问题描述
        搭载1.5L发动机的车辆将发动机由怠速加速至2000r/min左右,驾驶员能够听见发动机舱内“嗡嗡”的异响,辨别其来源于发动机前端轮系。
        观察轮系外观,没有发现驱动皮带干涉痕迹,且皮带及带轮表面洁净、无污物。初步排除皮带打滑和干涉异响,采取以下临时措施,情况有所好转:
        (1)装配一条已使用2万km的同型号驱动皮带,该工况点的异响明显减弱,能够在接受范围内;
        (2)装配一条长度为1865mm的驱动皮带,该工况点的异响同样明显减弱,在可接受范围内(该发动机的原装驱动皮带为6PK1840)。
       

发动机前端轮系异响分析及设计改进

发动机前端轮系异响分析及设计改进

        故障分析
        1. 轮系共面性检查
        若轮系共面性太差,驱动皮带与带轮之间会产生切入异响,该机型的轮系共面性计算结果见表1。
       

发动机前端轮系异响分析及设计改进

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        计算结果表明轮系之间的偏角都小于等于推荐值0.7°,所以排除轮系不共面问题。
        2. 驱动皮带检查
        临时措施中换装不同长度的驱动皮带使异响减弱,所以怀疑轮系异响是由驱动皮带长度不合格引起。若皮带过长会减小张紧力,从而导致打滑异响。
        实测驱动皮带的长度为1836mm,符合图样要求:
        1840±5mm,排除驱动皮带长度不合格问题。
       

发动机前端轮系异响分析及设计改进

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        3. 附件带轮检查
        附件带轮轴承及张紧器液压单元卡滞也会产生异响,卡滞的原因是运动副缺少润滑脂。检查各个附件带轮,没有发现卡滞现象。
        4. 附件轮系坐标检查
        若附件安装尺寸加工不合格,各附件的轮系坐标将发生变化,进而导致驱动皮带相对过长或过短,由此会产生张紧力不足、皮带打滑及皮带抖动等现象。
        对问题该发动机前端轮系各附件进行检查,发现空压机AC在轮系坐标X方向偏移1.87mm(见图1)。
       

发动机前端轮系异响分析及设计改进

发动机前端轮系异响分析及设计改进

        另外,此发动机是以某1.5L量产机型为基础开发,发动机前端轮系上的变更为:90A发电机升级为100A发电机,驱动皮带及其他附件都沿用基础机型,但检测发现两种发电机的安装尺寸并不相同,挂脚间角度、挂脚臂长度都有差异(见图2)。
        因挂脚角度和长度差异导致两种发电机的轮系坐标不同(见图3、图4)。图中所示的轮系坐标中,100A发电机的坐标为(214.08,183.83),90 A发电机的坐标为(210.34,184.07),X轴方向的理论数值相差3.74mm,Y轴方向差0.24mm。由此说明轮系本身状态存在问题,附件轮系坐标变动后驱动皮带长度没有做出相应优化。
        皮带长度是否合理也可以从张紧器的载荷特性参数来判断。载荷特性反映张紧器在不同工作角度下对应的张紧力、液压单元压缩长度、工作起点角度和工作终点角度等(见图5)。若驱动皮带长度不合理,张紧器液压单元将被过度压缩。
        在整车发动机上实测8组张紧器液压单元压缩长度,数据见表2。
       

发动机前端轮系异响分析及设计改进

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        张紧器有效压缩长度为82~89mm,实测数据的压缩长度全部小于允许的压缩长度,说明张紧器被过度压缩,驱动皮带长度相对过短。
        5. 分析结论
        综上所述,发电机与空压机轮系坐标变更导致了6PK1840驱动皮带与现有轮系不匹配。为了辨别是100A发电机还是空压机导致发动机轮系异响,对正常空压机和非正常空压机轮系进行分析计算,对比两种轮系的工作情况。
       

发动机前端轮系异响分析及设计改进

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        6. 计算分析
        轮系静态计算需以下数据:发动机特征参数(见表3)、附件轮系坐标和带轮有效直径(见表4)、驱动皮带和张紧器的参数(见表5)。
        正常空压机状态轮系的张紧器载荷特性参数见图6。
        非正常空压机状态轮系的张紧器载荷特性参数见图7。
        根据输入参数,通过轮系分析软件进行静态分析。
        (1)正常状态空压机
        正常空压机状态轮系的张紧器载荷特性参数表明,皮带装配位置77.96mm接近边界状态(77mm),驱动皮带装配将比较困难。
        (2)非正常状态空压机
        非正常空压机轮系的张紧器载荷特性参数表明,驱动皮带装配位置为77.03mm,已经接近液压单元自身压缩极限长度77mm,驱动皮带装配将十分困难,即使装上也影响张紧器的正常使用,所以该轮系不能匹配6PK1840的皮带。
       

发动机前端轮系异响分析及设计改进

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        (3)计算结论
        由以上数据可知,无论是正常还是非正常空压机轮系都不能匹配6PK1840驱动皮带,轮系本身设计存在问题,驱动皮带的长度需重新计算。
        根据上述计算结果,以目标值长度(1 850±5 mm)的驱动皮带做轮系分析,结果见表8。
        液压单元装配压缩长度80.50mm,大于推荐值79mm,工作起点82.85mm,大于推荐值82mm,工作终点89.76mm接近推荐值89mm,都处于液压单元的可利用压缩内且在工作角度内,轮系跨距、包角和张紧力等参数合理,满足轮系设计要求。
        设计改进及验证
        制作6PK1850的样带并装配整车试验,发动机前端轮系异响消失,轮系噪声达到能接受水平,说明改进后的皮带型号能够满足设计要求。
        总结
        本文针对发动机前端轮系异响故障,通过检查驱动皮带长度、附件安装尺寸、轮系平面度和轮系理论皮带长度计算分析,最终确定异响的主要原因是皮带长度不匹配轮系。通过优化驱动皮带的长度,成功解决了发动机前端轮系的异响问题,并经过试装验证了优化后的驱动皮带能满足发动机的正常使用。
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