基于發(fā)電機問題的發(fā)動機前端輪系及附件系統(tǒng)設(shè)計改進

張鵬程 張靜宇

摘要：前端輪系及附件系統(tǒng)簡稱附件輪系，它的作用是通過皮帶在一定的系統(tǒng)張力下實現(xiàn)動力傳遞，驅(qū)動發(fā)電機、空調(diào)壓縮機、動力轉(zhuǎn)向泵、水泵等附件功能附件的正常工作，是發(fā)動機的重要組成部分之一。其中任何一個部件的布置位置發(fā)生較大變化，將直接影響整個附件輪系的布局，需要對附件輪系進行重新設(shè)計、校核、分析及驗證。

發(fā)電機是附件輪系中重要的零件，它的作用是利用電磁感應(yīng)的原理，將發(fā)動機帶動發(fā)電機軸轉(zhuǎn)動的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茌敵觯诎l(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時，向除起動機外的所有用電設(shè)備供電，同時向蓄電池充電。隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的急速發(fā)展，整車的用電設(shè)備數(shù)量也極具增加，所以發(fā)電機出現(xiàn)故障，將直接影響整車供電系統(tǒng)以及用電系統(tǒng)的正常工作。

本文結(jié)合附件輪系的設(shè)計原則，以某發(fā)動機搭載越野車項目中發(fā)電機不發(fā)電故障為背景，通過調(diào)查分析，針對越野車的特殊用途，提出了優(yōu)化發(fā)電機布置位置的改進方案，通過對該方案的理論分析及試驗驗證，最終完成對附件輪系進行重新設(shè)計，解決發(fā)電機問題。

關(guān)鍵詞：附件輪系;發(fā)電機;越野車;布置

1 問題背景

某型越野車在進行整車強化試驗過程中，累計反饋了10多例電瓶指示燈常亮或車輛無法啟動的故障。通過與試驗人員了解以及對整車的現(xiàn)場確認，得知強化道路試驗需要模擬越野車使用的惡劣環(huán)境，試驗過程中整車需要通過水溝、泥坑等道路，發(fā)動機涉水浸泡經(jīng)常放生，這導(dǎo)致發(fā)動機底部側(cè)部均裹著一層厚厚泥土。通過對車輛的檢測，初步分析該故障為發(fā)電機進泥水導(dǎo)致運轉(zhuǎn)不靈，影響發(fā)電機正常發(fā)電。

為了進一步分析確認發(fā)電機的故障原因，以便后期進行改善，收集了10臺故障發(fā)電機，進行單體分析。首先將發(fā)電機在性能試驗臺進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果確定此故障為發(fā)電機進泥進水導(dǎo)致發(fā)電機碳刷卡滯，最終導(dǎo)致發(fā)電機不發(fā)電影響整車正常工作。考慮到越野車特殊的使用環(huán)境，為了徹底解決此問題，經(jīng)過研討需要對發(fā)電機在附件輪系中的布置位置進行優(yōu)化。

2 總體方案

圖1是附件輪系變更方案的布置對比，為了盡量減少系統(tǒng)中零件變更，總體方案是將發(fā)電機⑤上移到進氣歧管上方，保持在進氣側(cè)，空調(diào)壓縮機②、水泵③、助力轉(zhuǎn)向泵④位置保持不變，變更后發(fā)電機上移332mm，左移65mm。根據(jù)實際零件的布置情況，附件輪系共需要對5個零件進行需要重新設(shè)計布置，包括發(fā)電機支架、張緊器、皮帶以及兩個惰輪。

1.曲軸皮帶輪;2.空調(diào)壓縮機帶輪;3.水泵帶輪;4、助力轉(zhuǎn)向泵帶輪;5.發(fā)電機帶輪;6.張緊器帶輪;7.惰輪;8惰輪;9惰輪.

3 詳細方案

3.1 發(fā)電機支架

發(fā)電機支架是安裝發(fā)電機的主要零件，有固定和支撐發(fā)電機的作用。根據(jù)輪系布置的需求，還還可以增加其他零件的固定點。發(fā)電機上移后，發(fā)電機支架需要安裝張緊器和惰輪，所以對發(fā)電機支架的設(shè)計要求較高。

3.2 惰輪總成

惰輪是兩個不互相接觸的輪中間起傳遞作用的輪。在附件輪系中，如果跨度或包角等因素不滿足要求，將影響附件輪系的正常工作，可以適當?shù)脑黾佣栎喗鉀Q此問題。

發(fā)電機上移方案中，曲軸皮帶輪、空調(diào)壓縮機、水泵、助力轉(zhuǎn)向泵位置保持不變，發(fā)電機位置確定后，為了保證張緊器的張緊，同時保證張緊器帶輪和曲軸皮帶輪的的包角，需要在曲軸皮帶輪和張緊器之間增加一個惰輪，同時由于發(fā)電機與助力轉(zhuǎn)向泵之間跨度太大，需要在發(fā)電機與助力轉(zhuǎn)向泵輪之間再增加一個惰輪，這兩個惰輪可選用同型號的光輪，根據(jù)實際的安裝情況，用不同長度的螺栓進行安裝。

3.3 張緊器總成

張緊器是皮帶、鏈條傳動系統(tǒng)上常用的保持裝置，它可以保持皮帶、鏈條在傳動過程中有適當?shù)膹埦o力，避免皮帶打滑。

發(fā)電機上移后，由于發(fā)電機的轉(zhuǎn)動慣量較大，將張緊器安裝位置布置在發(fā)電機支架上靠近電機的位置，根據(jù)張緊方向的需要，與原張緊器相比需要將張緊器的張緊方向改變?yōu)榕c原方向相反。

3.4皮帶

皮帶是附件輪系中傳遞動力的主要元件，附件輪系設(shè)計的過程中，需要進行皮帶材料選擇、長度計算、楔數(shù)計算、楔面幾何形狀等參數(shù)的設(shè)計。

發(fā)電機上移后，與原附件輪系相比，由于僅發(fā)電機位置上移，皮帶的類型、楔數(shù)、楔高、背部高度等參數(shù)均可以保持不變，重新計算皮帶長度即可。

4 附件輪系的校核

發(fā)電機上移方案確定后，需要對附件輪系進行靜態(tài)與動態(tài)的校核，用以完善設(shè)計，防止因為尺寸等設(shè)計不合理導(dǎo)致輪系出現(xiàn)其他問題。

4.1靜態(tài)校核

4.1.1 包角校核

附件輪系中，各個帶輪要求的包角與附件傳遞功率大小、帶輪直徑等有關(guān)。根據(jù)各帶輪包角經(jīng)驗數(shù)據(jù)，對發(fā)電機上移方案中各個帶輪包角進行校核，符合要求。

4.1.2 共面度校核

附件輪系的共面度是指各個附件輪的共面程度，當共面程度超過一定范圍時，皮帶進入帶槽的帶輪時，就會發(fā)生噪音問題。

共面度的校核一般只校核相鄰帶輪均為槽輪的情況，一般情況下相鄰兩輪中心最大平面偏差Z應(yīng)符合下式：

Z≤L×tan0.7°

式中：Z——共面度要求，表示相鄰兩槽輪中心面軸向偏差最大值;

L——相鄰兩槽輪間皮帶跨距。

發(fā)電機上移后，附件輪系中包含的相鄰槽輪只有曲軸皮帶輪→空調(diào)壓縮機、發(fā)電機→張緊器，通過理論計算，其共面偏差最大值分別為1.63max和1.75max，符合要求。

4.2 動態(tài)校核

附件輪系的動態(tài)校核主要運用CAE模擬動態(tài)運行過程中附件受力、皮帶振動、皮帶打滑情況，通過模擬分析，可得出各帶輪打滑率、各段皮帶抖動量、張緊器擺幅、附件帶輪載荷。根據(jù)分析結(jié)果對零件進行優(yōu)化設(shè)計。

一般情況下，帶輪打滑率限值2%，大于2%小于3%且無異響也可接受;皮帶抖動量單邊抖動量小于皮帶跨距的5%，同時無異響;皮帶張力一般為每楔小于250N;張緊器振動角位移一般≤5°。動態(tài)校核結(jié)果表1所示

5試驗驗證

對于發(fā)電機上移后的輪系，還需要完成整車的強化驗證，將新狀態(tài)的附件輪系裝在前期發(fā)電機問題相同的車型上進行強化驗證。

經(jīng)過驗證，發(fā)電機上移后可以有效的避免發(fā)電機進泥進水問題。

6 結(jié)論

發(fā)電機上移后，涉及到輪系附件5個零件重新設(shè)計，完成了系統(tǒng)的校核及分析，符合設(shè)計要求，同時隨整車通過了強化試驗考核，解決了發(fā)電機進泥進水的問題。