某型特种汽车风扇驱动系统失效分析及结构改进.pdf

汽车实用技术
2017年第15期
测试试验
AUTOMOBILE APPLIED TECHNOLOGY
2017NO.15
0.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.053
某型特种汽车风扇驱动系统失效分析及结构改进
莫飞,叶智博,聂文福
陕西重型汽车有限公司,陕西西安710200)
摘要:文章针对某型特种汽车的发动机风扇传动皮带频繁出现早期磨损的现象,分析风扇驱动系统的失效模式,
提出构改进方案,并运用软件建模及有限元模拟分析的方法对改进结构进行了验证,结合用户后续的使用情况表
明,该问题已得到解决,提高了系统的可靠度。
关键字:早期磨损;尺寸分析;有限元
中图分类号:U467文献标识码:A文章编号:1671-7988(2017)15-145-03
Failure Mode Eftects Analysis and Structural Improvements for a
Fan Drive System on a Special Vehicle
Mo Fci. Ye hibo Nic Wenfu
Shaanxi Ttcavy Duty Automotive Co., I td, Shaanxi Xi'an 710200
Abstract: This paper deals with the early wear of an engine fan belt drive system on a special vehicle. Failure Mode
Emlecls Analysis (FMEA)is perlormed on the lan drive system. A structural improvement is proposed, and then validated
through sofiware modeling and inite lement Analysis(T A) Customer Feedback later shows thal the problcm is solved,
and therefore improves the reliability of the system
Keywords: craze; analysis; finite element
CLC NO. [467 Document Code: A Article ID: 1671-7988201715-145-03
的原因和机理,彻底解决此问题
引言
某型特种汽车底搭载的可快速架设大跨度机械化桥梁
作业系统,主要用于克服江河、峡谷、沟渠等障碍,提高应
对突发事件及抗洪救灾时的紧急处置能力,争収救援时间,
能够起到良好的车事、社会效益。
该车型投入市场后不久,发现车辆在行驶1000至3000
公里左右时,发动机冷却系风扇传动皮带频繁出现早期磨损
甚至皮带断裂现象,见图1。此故障严重影响车辆冷却系统
图1风扇皮带早期磨损失效件照片
的正常工作,存在发动机过热的安全隐患。作为重型架桥作
业系统的承我、运输平台,出现此种故障失效,不仅影响重1组成及工况简介
型架桥系统的运输机动能力,也导致架桥作业系统无法从发
动机取力,影响正常使用。因此,需要尽快排查此故障产生
该车型底盘的冷却系统由于受到低位驾驶室空间布置的
影呵,米用低于发动机曲轴中心线的下沉式驱动风扇结构型
作者简介:莫飞,就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院。式,但该结构型式很少用于重型车辆,在该产品开发时发动
万方数据
2017年第15期莫飞等:某型特种汽车风扇驱动系统失效分析及结构改进
机厂家没有相应成熟的风扇驱动结构可供选用,因此冷却风隙导致累积误差过大,也使皮带轮之间的共面情况无法保证
扇驱动系统仅能根据总布置设计师预留的空间进行开发设并且在装调和拆装过程中螺栓反复打紧,导致压紧力无法达
到要求,行驶过程中随着发动机的振动,固定螺栓逐渐松动
改进前的下沉式驱动风扇系统主要由左右支架、固定板、使零件之间产生位移,也会引起皮带轮前后不共面造成皮带
风扇轴承座、皮带、压紧轮机构及风胴叶片等组成。整个风断裂
扇皮带驱动系统采用由螺栓连接的分体式结构安装在发动机
即使保证支撑板的安装精度和螺栓的紧固力矩,也会因
前部左右支架连接的固定板之上。同时为保证山轴皮带轮和为该结构的尺寸链过多使得装调和维修过于繁琐,可靠性不
风扇驱动皮带轮之间的共画和平行,在左右支架和支撑板上高。因此,需要设计种可靠性高的新结构彻底解决该车型
设计出长圆孔供装配调整使用,皮带压紧力通过皮带压紧轮风扇皮带早期磨损的问题。
的螺杆进行于动调节,结构如图2所示
3结构改进方案
在新构的设计过程中,考虑通过优化结构设计的方式
克服原有分体式结构尺寸链过多,装配精度难保证的问题。
具体思路是:将分体式螺栓连接结构改为幛体式结构,减少
是试交
多余的尺寸链,通过提高新结构整体式支架安装部位的加工
精度,使零部件连接过程中存在的累积误?控制在要求范围
图2改进前的下沉式驱动风扇结构
之内,以保证两皮带轮共面且无夹角,并在有限的空间内合
发动机运转后出轴皮带轮通过皮带将动力传递至风胴皮理布置,确保整套风扇传动系统安装和维修的方使性
带轮,冷却风扇随发动机的工作而同步转动,风扇驱动系统
根据这一设计思路,如果整体支架仍采用原有的“汇”型布
与发动札前部悬置固定在发动机前端,与发动机形成一体结。置方式,必定造成加工难度的増大,精度也会受到角度的影
构,无其他外力影:与常規发动机高位风扇的弘动原理相响。因此需要将支架设计为整体平面型式,即风扇轴承座和
同,皮带的理论设计寿命应不小于10万公里
皮带压紧轮的连接方式需由竖直固定改为前后轴向安装,这
2故障原因分析
样不仪降低了零什设计和加工的难度,还提高了装配、调警
的工艺性。依靠整体式支架的自身加工精度保证轴向风扇轴
据现场查看风扇皮带损坏的情况,发现其均呈现出偏磨、承座安装后不需调整即可满足风扇皮带轮与发动机驱动皮带
高混烧焦和断齿等特点,在排除了零部什质量和发动机过热轮的前后和角度共面的要求,减少中环节,达到优化设计
问题后,重点考虑是曲轴驱动皮带轮和风扇驱动皮带轮之间的日的。改进前后固定支架结构射比见图4。
的共面出现了问题。
经分析,改进前的左右支架为锛件毛坯,安装面均为机
加工,精度可以控制。但支撑板为保证强度要求设计为平板
焊接结构,容易产生焊接变形,而图纸的设计要求中并未对
支撑板的平面度进行明确要求,因此在实际装配过程中由于
该零件的平面度误差较大,加之无专用的工装夹具对其进行
a分体式固定支架(改进前)
b整体式固定支架(改进后)
定位,共面情况无法得到保证,两皮带轮产生夹角后使皮带
图4改进前后固定支架结构对比
容易出现偏磨、断裂等故障,故障模型分析如图3所示。
在发动机悬置固定尺寸、结构不变的前提下设计出平面
结构的整体式支架后,将原有竖直安装的手动皮带压紧装置
角度偏羑
不共面
根据改进提升的需要更换为前后连接结构的自动压紧轮机
前后偏差
轴承座
构,合理的利用发动机前部有限的安装空间,结构见图
由皮带我
图3故障模型分析简图
同时由于改进前的风扇安装结构是由多个零部件采用螺
栓紧固的方式进行