汽車發動機張緊器帶輪熔化故障分析

□ 胡 廣 □ 陳麗霞 □ 喬彥超 □ 王丹丹 □ 張彩霞

寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司 浙江寧波 315336

1 故障情況

張緊器是汽車發動機的重要零部件之一,作用是對膠帶產生張緊和導向作用,使膠帶始終處于最佳張緊狀態,保證前端輪系正常運行。若張緊器出現故障,會導致汽車無法正常行駛。張緊器的外形結構如圖1所示。

▲圖1 張緊器外形結構

筆者公司生產的某車型汽車進行耐久行駛試驗,當汽車行駛到25 000 km時,汽車空調不制冷。停車檢查發現,發動機張緊器膠帶處于松脫狀態,張緊器塑料帶輪卡死,無法轉動。更換張緊器后,發動機運轉正常。

2 結構分析

對故障張緊器進行拆解,發現張緊器塑料帶輪邊緣與張緊器擺臂有塑料接觸熔化痕跡。防塵蓋被塑料帶輪熔化的塑料包裹,造成軸承內外圈間卡死,無法轉動。故障現場如圖2所示。

為了查找軸承卡死的原因,將張緊器塑料帶輪與軸承分離,發現塑料帶輪與軸承外圈配合處接觸面有塑料熔化痕跡,表明塑料帶輪與軸承外圈配合處有相對滑動,并產生高溫。

軸承防塵蓋與軸承之間留有大量熔化后重新凝固的塑料,并且軸承防塵蓋與軸承已經粘連在一起。

將張緊器塑料帶輪和軸承防塵罩從軸承上分離,對軸承進行檢測,發現軸承轉動靈活。軸承滾珠及內外圈滾道雖有高溫灼燒痕跡,但無剝落及異常磨損等失效現象。

檢查發現,軸承內外圈及滾珠硬度符合要求,保持架完好無損壞。軸承剩余油脂量為油脂加注量的2/3左右。由于軸承密封圈等表面有塑料熔化殘留物,造成軸承滾動阻力較大。

▲圖2 故障現場

由以上分析可知,張緊器塑料帶輪燒蝕故障不是由軸承自身功能失效導致的。

3 運轉溫度分析

采集張緊器塑料帶輪發生塑料燒蝕故障的溫度數據,見表1。

表1 溫度數據

根據整車測試結果,在汽車高速行駛工況下,發動機平均轉速為3 200 r/min。不考慮輪系打滑,對應的張緊器帶輪轉速為9 440 r/min。發電啟動一體電機前端蓋進風口的環境溫度約為90 ℃,軸承內圈最高溫度的測試值為154.8 ℃。

由此可見,軸承最高運轉溫度遠大于進風口溫度,故障并非環境溫度造成。

根據整車測試結果,再次以更嚴苛的條件進行故障驗證。環境溫度為100 ℃,張緊器塑料帶輪轉速為12 000 r/min,塑料帶輪輪系動態載荷為700 N,由此進行5 h溫升故障驗證,得到試驗溫升曲線,如圖3所示。試驗結果顯示,張緊器軸承外圈與塑料帶輪之間出現滑動。

張緊器塑料帶輪材料為玻璃纖維增強尼龍,其熱變形溫度為245 ℃。溫升試驗過程中,軸承的最高溫度為152 ℃,CW系列軸承的最高允許溫度為157 ℃,由此可見,溫升不足以造成塑料帶輪熱變形。

▲圖3 試驗溫升曲線

4 分析結論

張緊器塑料帶輪與軸承配合處的摩擦力不足,使軸承外圈與塑料帶輪產生相對滑動,生熱溫度超過塑料帶輪塑料材料的熔化溫度,導致塑料帶輪軸向滑動,與張緊器本體干涉,塑料帶輪在運轉時與張緊器擺臂摩擦產生高溫,使塑料帶輪的塑料材質發生熔化。

5 整改方案

為了增大張緊器塑料帶輪與軸承配合的摩擦力,軸承外圈增加滾花槽,避免軸承外圈與塑料帶輪發生相對滑動,產生高溫造成塑料熔化,如圖4所示。

▲圖4 軸承外圈增加滾花槽

6 效果驗證

將原軸承與軸承外圈增加滾花槽進行對比試驗。工作環境溫度設置為100 ℃,張緊器塑料帶輪轉速為12 000 r/min,輪系動態載荷為700 N,運轉時間為1 h。

試驗中,原軸承兩個樣件均發生滑動,增加滾花槽后的兩個樣件均未發生滑動。

為了再次驗證高溫條件下軸承增加滾花槽后與張緊器塑料帶輪配合的摩擦力,對增加滾花槽的軸承進行20 h溫升試驗,四個樣件均未發生滑動。

7 結束語

汽車發動機張緊器是重要的零部件,通過對張緊器帶輪熔化故障進行分析,找到張緊器塑料帶輪與軸承配合處滑動的原因。經試驗驗證,軸承外圈增加滾花槽的方案能有效防止張緊器塑料帶輪與軸承發生滑動,整改有效。