羅亞偉，張建操，劉彤，董先瑜，孟憲昌

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

某發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系優(yōu)化設(shè)計(jì)

羅亞偉，張建操，劉彤，董先瑜，孟憲昌

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

文章介紹了某發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系異響問(wèn)題及原因，在此基礎(chǔ)上，對(duì)前端輪系進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)輪系仿真計(jì)算和前端輪系測(cè)試確定輪系是否滿足設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅能有效解決前端輪系異響問(wèn)題，同時(shí)還提高了前端輪系的可靠性及NVH性能。

前端輪系；優(yōu)化設(shè)計(jì)；試驗(yàn)；NVH

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-78-03

前言

隨著乘用車的日益普及，乘客對(duì)整車質(zhì)量和NVH品質(zhì)要求不斷提高。發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系性能的優(yōu)劣，將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)附件的性能及其工作可靠性，進(jìn)而影響到整機(jī)、整車的技術(shù)指標(biāo)，因此其設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)也越來(lái)越引起人們的重視。

本文中討論某發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系故障，并在原發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行前端輪系優(yōu)化設(shè)計(jì)，然后應(yīng)用Simdrive 3D軟件對(duì)前端輪系進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算，確保前端輪系符合設(shè)計(jì)要求，最后在整車上進(jìn)行前端輪系試驗(yàn)及臺(tái)架NVH試驗(yàn)，驗(yàn)證前端輪系優(yōu)化設(shè)計(jì)是否滿足要求、能否有效解決前端輪系故障。

1 前端輪系的故障描述

據(jù)市場(chǎng)反饋，該發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系主要故障為打滑異響和共振異響。此輪系需手動(dòng)張緊皮帶，如圖1為該發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系布置圖，在實(shí)際使用過(guò)程中，皮帶張力會(huì)持續(xù)下降，需要定期手動(dòng)張緊皮帶，否則皮帶張力降到一定程度后，曲軸皮帶輪上就會(huì)產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。

圖1 原前端輪系布置圖

同時(shí)，由于生產(chǎn)節(jié)拍及整車空間的限制，生產(chǎn)線皮帶張力控制困難。由此導(dǎo)致市場(chǎng)不斷反饋由于皮帶張力衰減導(dǎo)致的打滑異響問(wèn)題。

同時(shí)，部分車型在發(fā)動(dòng)機(jī)某些轉(zhuǎn)速段內(nèi)，由于受各種激勵(lì)的影響存在輪系共振現(xiàn)象，尤其是裝配雙質(zhì)量飛輪的CVT車型在急加速、上坡行駛工況，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1500～2000 rpm區(qū)間，存在類似“噠啦、噠啦”的異響。

基于此，需要對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系進(jìn)行優(yōu)化，消除異響等問(wèn)題，提高前端輪系的可靠性及NVH性能。

2 輪系優(yōu)化設(shè)計(jì)

原輪系需要手動(dòng)張緊皮帶，皮帶張力控制困難。同時(shí)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，皮帶張力會(huì)不斷衰減，曲軸皮帶輪上依然會(huì)產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。為提高輪系可靠性，考慮使用“彈性皮帶+發(fā)電機(jī)調(diào)諧元件”和增加機(jī)械式自動(dòng)張緊器兩個(gè)方案。經(jīng)確認(rèn)，發(fā)動(dòng)機(jī)已無(wú)合適空間布置機(jī)械式自動(dòng)張緊器，輪系優(yōu)化方案確定為使用彈性皮帶方案。

優(yōu)化設(shè)計(jì)是在發(fā)動(dòng)機(jī)原結(jié)構(gòu)不變的前提下進(jìn)行，前端輪系各皮帶輪坐標(biāo)不變，具體前端輪系信息如表1所示，由一根“5PK 1239”彈性皮帶依次驅(qū)動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)及水泵，如圖2為優(yōu)化后前端輪系布置圖。同時(shí)，發(fā)電機(jī)使用調(diào)諧元件以滿足輪系穩(wěn)定性要求。

表1 優(yōu)化后前端輪系信息

圖2 優(yōu)化后前端輪系布置圖

輪系靜態(tài)布置確定后，利用Simdrive 3D軟件搭建模型進(jìn)行輪系動(dòng)態(tài)仿真分析計(jì)算，如圖3為輪系仿真計(jì)算模型。前端輪系動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算結(jié)果顯示彈性皮帶打滑、抖動(dòng)均滿足設(shè)計(jì)要求，如圖4為各帶輪上皮帶打滑情況，平均打滑均＜2%，如圖5為水泵軸承載荷線，水泵軸承壽命滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。

圖3 優(yōu)化后輪系仿真分析模型

圖4 各帶輪上皮帶打滑

圖5 水泵軸承載荷線

3 輪系試驗(yàn)驗(yàn)證

確定前端輪系布置，完成輪系動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算后，制作快件，在整車上進(jìn)行前端輪系測(cè)試，驗(yàn)證優(yōu)化方案能否滿足要求，如圖6為整車上試驗(yàn)傳感器布置。

圖6 前端輪系測(cè)試傳感器布置圖

傳感器布置完成后，通過(guò)打開(kāi)整車上所有用電設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)附件加載，拉上手剎制動(dòng)實(shí)現(xiàn)增加發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，以改變?cè)囼?yàn)條件，分別測(cè)試整車怠速、升速工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸皮帶輪上的轉(zhuǎn)速波動(dòng)、空調(diào)壓縮機(jī)及發(fā)電機(jī)帶輪上的皮帶打滑，AC-ALT之間的皮帶股跳動(dòng)。

整車前端輪系測(cè)試顯示，皮帶在空壓機(jī)、發(fā)電機(jī)皮帶輪上打滑在可接受范圍內(nèi)，如圖7、圖8分別為升速模式_發(fā)動(dòng)機(jī)加載的同時(shí)拉手剎來(lái)增加負(fù)載，附件加載情況下空壓機(jī)和發(fā)電機(jī)皮帶輪上打滑，AC-ALT皮帶股抖動(dòng)在可接受范圍內(nèi)，如表2為具體抖動(dòng)數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果滿足要求。

圖7 空壓機(jī)帶輪上皮帶打滑

圖8 發(fā)電機(jī)帶輪上皮帶打滑

表2 AC-ALT之間皮帶股的抖動(dòng)

4 前端輪系NVH測(cè)試

確認(rèn)優(yōu)化方案可靠性后，搭建NVH試驗(yàn)臺(tái)架，如圖9 為NVH試驗(yàn)臺(tái)架，進(jìn)行NVH測(cè)試以確定優(yōu)化方案的效果。NVH測(cè)試結(jié)果表明，優(yōu)化方案效果顯著，如圖10為前端輪系優(yōu)化前后噪聲彩圖，其能徹底消除1261rpm和1576rpm時(shí)皮帶拍擊聲及1723Hz共振帶消失。

圖9 前端輪系NVH測(cè)試

另外，優(yōu)化方案低轉(zhuǎn)速時(shí)降噪效果較為明顯，如圖11為前端輪系優(yōu)化前后噪聲對(duì)比，優(yōu)化方案最大有2dB（A）的降噪量。但是隨著轉(zhuǎn)速的增加，優(yōu)化方案NVH性能有所減弱，這是因?yàn)樵诟咚贂r(shí)，前端噪音貢獻(xiàn)小。20%負(fù)荷加速時(shí)，優(yōu)化方案發(fā)動(dòng)機(jī)前方噪聲明顯下降，低轉(zhuǎn)速時(shí)最大降噪量達(dá)到4dB。

圖10 前端輪系優(yōu)化前后噪聲彩圖

圖11 前端輪系優(yōu)化前后噪聲對(duì)比

5 結(jié)論

為降低前端輪系異響等故障率，提高輪系可靠性，本文在發(fā)動(dòng)機(jī)原輪系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成“彈性皮帶+調(diào)諧元件”的布置方案，然后利用Simdrive 3D軟件進(jìn)行輪系動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算，并進(jìn)行前端輪系試驗(yàn)以驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性。最后，通過(guò)NVH測(cè)試確認(rèn)優(yōu)化方案能夠解決原輪系打滑異響及共振異響問(wèn)題，同時(shí)優(yōu)化方案低轉(zhuǎn)速時(shí)降噪效果較為明顯，最大有2dB（A）的降噪量。

Optimization design of the front wheel of an engine

Luo Yawei, Zhang Jiancao, Liu Tong, Dong Xianyu, Meng Xianchang
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

The article introduces a engine front gear train problem and the reason, on this basis, the corresponding optimization design for the front gear train and through the simulation calculation of gear train and the front gear train test to determine whether gear train meet the design requirements. The test results show that the optimal design can not only solve the problem of the front wheel system, but also improve the reliability of the front wheel system and the performance of NVH.

Auxiliary System; Optimization design; The test; Harshness (NVH)

U462.1

A

1671-7988 (2017)15-78-03

羅亞偉，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.028