一種新型分體式傳動軸在發(fā)動機性能測試中的應用

閆慶輝 江小霞 葛航凱 范正萌 唐靈聰

（寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司 浙江 寧波 315336）

引言

測功機是一種動力機械設備功率和轉(zhuǎn)矩的測量設備，廣泛應用于電機性能測試、機械傳動零部件性能測試以及發(fā)動機性能測試等領域[1-3]。發(fā)動機性能測試臺架是發(fā)動機性能測定和出廠質(zhì)量審核試驗的重要設施[4]，傳動軸是性能臺架上連接發(fā)動機和測功機的核心部件。隨著各大主機廠精益制造、降本增效的不斷推進，生產(chǎn)線的柔性化、自動化、節(jié)拍要求越來越高，傳統(tǒng)一體式剛性連接傳動軸由于連接難度大、對中時間長等特點漸漸無法滿足高柔性化、高節(jié)拍、高自動化的需求。因此本文以某汽油發(fā)動機性能測試臺架為例，對一種新型分體式傳動軸的設計及應用進行探討分析。

1 分體式傳動軸概述

分體式傳動軸由對接公端和對接母端組成，基本設計原則為測試準備過程中最低的安裝時間；花鍵軸（公端）與花鍵套（母端）自動對接；同一傳動軸適配多種不同機型；不同機型存在自動換型的可行性。

2 分體式傳動軸的設計

2.1 分體式傳動軸的硬件組成

分體式傳動軸由5 部分組成，分別是工藝飛輪（連接發(fā)動機）、連接工藝飛輪和花鍵軸的聯(lián)軸器、花鍵軸（公端）、帶定心附件和CV 接頭的花鍵套（母端）、適配器法蘭（連接測功機），如圖1 所示。

圖1 分體式傳動軸硬件組成

2.2 分體式傳動軸的柔性化設計

傳動系統(tǒng)中與發(fā)動機直接接觸的僅有工藝飛輪，設計與不同機型匹配的工藝飛輪，可以適應與不同類型的曲軸配合，當發(fā)動機進入臺架之前傳動軸公端即花鍵軸與工藝飛輪連接，測功機與傳動軸母端即花鍵套無需進行任何操作?；ㄦI軸與花鍵套自動對接，當機型切換時，通過更換不同工藝飛輪即可實現(xiàn)不同機型在同一性能測試臺架的快速換型測試?；ㄦI軸與花鍵套對接后的長度由PLC 控制氣缸自動調(diào)整伸縮量，以適應不同缸徑的發(fā)動機。不同機型切換示意圖如圖2 所示。

圖2 不同機型切換示意圖

3 分體式傳動軸的應用

3.1 傳動軸的安裝

3.1.1 發(fā)動機端

將工藝飛輪安裝在發(fā)動機后端曲軸位置，將聯(lián)軸器與花鍵軸安裝在工藝飛輪處。安裝后狀態(tài)如圖3所示。

圖3 發(fā)動機端安裝示意圖

由于聯(lián)軸器處存在橡膠元件，因此，當不測試時花鍵軸不能長時間掛在聯(lián)軸器上，否則將導致花鍵軸下垂影響對中，嚴重時將導致橡膠元件變形或損壞。

3.1.2 測功機端

將適配器法蘭與測功機連接，帶CV 接頭的花鍵套與適配器法蘭連接，花鍵套前端部分需要由支架支撐。根據(jù)發(fā)動機上花鍵銷的中間下垂度，調(diào)整定位支架?；ㄦI軸和花鍵套對接后與定位支架的間隙應為5～10 mm，花鍵套前端邊緣與定位支架的距離30 mm，測功機端安裝示意圖如圖4 所示。

圖4 測功機端安裝示意圖

3.2 傳動軸的對接

花鍵軸與花鍵套對接過程為全自動方式，氣缸拉動裝有花鍵軸的發(fā)動機向測功機方向自動行進，在對接部件初始接觸階段自動調(diào)整進給速度，進給速度≤5 mm/s，如圖5 所示。

圖5 花鍵軸進給速度示意圖

在對接過程中為了保證花鍵軸的齒與花鍵套的齒順利嚙合，在二者初始對接時測功機需要帶動花鍵套旋轉(zhuǎn)一定角度，最大旋轉(zhuǎn)角度將達到7.5°，這可能導致進給速度的停滯，它可以建立一個更高的軸向力。對于聯(lián)軸器元件，進料單元的軸向力應限制在大約1 500～2 000 N。旋轉(zhuǎn)對接過程如圖6 所示。

圖6 旋轉(zhuǎn)對接過程示意圖

3.3 傳動軸的維護

3.3.1 運輸及儲存

花鍵套需要特別注意，不允許將接頭彎曲超過允許的角度。因此，不允許在關節(jié)處抬起傳動軸。在這種情況下，可能會損壞花鍵套。傳動軸的運輸和存放應在水平位置進行，存放時花鍵軸不得放在花鍵套里，以免運輸磕碰導致齒損壞。如有必要，需要使用特殊包裝。存放示意圖如圖7 所示。

圖7 花鍵套存放示意圖

3.3.2 潤滑

在調(diào)試花鍵軸和定心輔助裝置之前，應先對其進行潤滑。應使用在40 ℃時基礎油粘度為170 mm2/s 的多用途EP 潤滑脂KP 1/2 N-30?？梢杂盟⒆油磕ㄓ椭；ㄦI軸的整個長度上所有齒都需要涂抹潤滑脂。第一次對接后，可用碎布擦去多余的油脂。經(jīng)過約8 次對接操作后應重復潤滑過程。每次更換新發(fā)動機對接之前應先潤滑。

3.3.3 溫度監(jiān)控

在發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)過程中，受扭振影響，傳動軸會持續(xù)發(fā)熱，當溫度較高時將影響傳動軸壽命，嚴重時將使橡膠部件軟化。因此，需設置溫度傳感器自動檢測橡膠元件和CV 接頭部分的溫度，當溫度高于設定值時，發(fā)動機需要強制停機以保護傳動軸。在傳動軸橡膠元件及CV 接頭附近設置紅外溫度傳感器檢測發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中橡膠元件和CV 接頭處的發(fā)熱溫度，檢測點位置如圖8 所示。

圖8 溫度測量點

發(fā)動機停機溫度設定遵循如下原則：

1）熱點橡膠元件：60 ℃。

對于移動部件表面，溫度測量系統(tǒng)可能顯示不出正確的溫度。差異可以高達10 ℃。因此，發(fā)動機停機溫度設定應降低到50 ℃。

2）橡膠元件溫度上升速度≥3 ℃/10 s 時。

3）CV 接頭外徑溫度：80℃（運動時表面溫度70℃）

溫度數(shù)據(jù)與發(fā)動機測試運行數(shù)據(jù)同步記錄在性能測試軟件中，當出現(xiàn)以上3 種情況時發(fā)動機需要緊急停機，停機后對記錄的數(shù)據(jù)進行分析（測試條件←→溫度上升）查找異常發(fā)熱原因。

4 新型分體式傳動軸的技術優(yōu)點

4.1 快節(jié)拍、高自動化

傳統(tǒng)一體式傳動軸與發(fā)動機連接一般需要安裝雙質(zhì)量飛輪、離合器、殼體等部件用于傳動軸與發(fā)動機的過渡，且全部連接過程均需要手動完成，安裝時間長且員工勞動強度大。發(fā)動機、傳動軸、測功機對中調(diào)整過程全部依靠人工對位粗調(diào)及精調(diào)，發(fā)動機裝載過程需要至少90 min 時間。該新型分體式傳動軸安裝過程僅需要工藝飛輪用于傳動軸與發(fā)動機的過渡，且工藝飛輪、聯(lián)軸器、花鍵軸（傳動軸公端）可以在發(fā)動機進入臺架之前的預裝工位提前安裝，無需占用臺架資源，進入臺架之后僅需要將發(fā)動機與整車附件連接，發(fā)動機、傳動軸、測功機對中僅需要調(diào)整精對中，小車底部氣缸、花鍵套（傳動軸母端）可以自動保證粗對中精度。除此之外，花鍵軸與花鍵套對接過程由氣缸推動試驗小車自動進行，無需人工操作，極大提高設備自動化程度，發(fā)動機裝載過程僅需要30 min 即可完成，效率極大提高且員工勞動強度大大降低。

4.2 高柔性化

傳統(tǒng)一體式傳動軸需要匹配雙質(zhì)量飛輪、離合器、殼體等部件，該部件僅與特定的發(fā)動機機型進行匹配，無法適應其余新增機型。且一體式傳動軸長度固定，無法伸縮調(diào)整長度，僅可匹配特定機型，導致性能臺架柔性化降低。該新型分體式傳動軸可以通過切換不同工藝飛輪實現(xiàn)不同機型在同一性能測試臺架的快速切換。除此之外，花鍵軸與花鍵套對接后的總長度可以按照不同發(fā)動機需求自動調(diào)整伸縮量，保證性能測試臺架可以適配不同缸徑、不同曲軸的多種機型，極大提高性能測試臺架的柔性化程度。

5 結(jié)束語

本文通過對某汽油機性能測試傳動軸的研究，描述了一種新型分體式傳動軸的設計及應用。通過應用該新型分體式傳動軸，可以實現(xiàn)性能測試臺架的高節(jié)拍、高自動化、高柔性化的特點。該設計在汽車行業(yè)主機廠發(fā)動機性能測試過程中值得推廣。隨著用戶對車輛及發(fā)動機配置需求的多樣性變化，同時各主機廠成本壓力日益增加，對生產(chǎn)線設備的自動化、柔性化要求也在不斷提高。該新型分體式傳動軸的設計及應用可以很好地滿足該要求。