指形搖臂脫落故障解析

于榮楓，嚴(yán)麗麗，閆立君，王劍鋒，潘圣臨

（哈爾濱東安汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

指形搖臂脫落故障解析

于榮楓，嚴(yán)麗麗，閆立君，王劍鋒，潘圣臨

（哈爾濱東安汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

4G15M車(chē)用汽油機(jī)投放市場(chǎng)半年后出現(xiàn)了搖臂脫落故障，為解決此故障采取了一些切實(shí)可行的技術(shù)對(duì)策，進(jìn)而為解決此類(lèi)故障提供一些思路。

指形搖臂；脫落

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.061

CLC NO.:U472.4 Document Code:B Article ID:1671-7988(2016)01-177-02

前言

4 G15 M發(fā)動(dòng)機(jī)是哈爾濱東安汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司從日本三菱引進(jìn)的成熟產(chǎn)品，這款發(fā)動(dòng)機(jī)在日本、歐洲、美洲均有批量銷(xiāo)售。哈爾濱東安汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件進(jìn)行國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)，在2008年8月份投放市場(chǎng)，6個(gè)月后陸續(xù)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了指形搖臂（下文簡(jiǎn)稱(chēng)搖臂）脫落故障。根據(jù)對(duì)故障件進(jìn)行收集發(fā)現(xiàn)，凡是有搖臂脫落的發(fā)動(dòng)機(jī)，缸蓋總成進(jìn)氣道發(fā)黑，各缸進(jìn)氣門(mén)頭部均有大量積碳及膠質(zhì)(見(jiàn)圖1)。搖臂脫落的主要原因?yàn)榉e碳造成氣門(mén)響應(yīng)跟隨性不良所致，為解決搖臂脫落故障，優(yōu)化了ECU數(shù)據(jù)、改善噴油器霧化質(zhì)量、改進(jìn)搖臂結(jié)構(gòu)等技術(shù)路線。下文將著重對(duì)改進(jìn)搖臂結(jié)構(gòu)在解決搖臂脫落故障過(guò)程中所起的重要作用進(jìn)行解析。

1、4G15M發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)介紹

1.1 配氣機(jī)構(gòu)

4G15M發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)是由雙頂置凸輪軸、搖臂、液壓挺柱、氣門(mén)彈簧、氣門(mén)組成。搖臂的布置采用三點(diǎn)（A、B、C）懸浮定位（詳見(jiàn)下圖2、圖3）

圖1 故障機(jī)缸蓋

圖2 雙凸輪軸機(jī)構(gòu)

1.2 搖臂脫落原因分析

(1)液壓挺柱響應(yīng)不及時(shí)，導(dǎo)致?lián)u臂A點(diǎn)失去支撐脫落。

(2)氣門(mén)回位不及時(shí)，導(dǎo)致?lián)u臂B點(diǎn)失去支撐脫落。

(3)凸輪軸與搖臂的接觸點(diǎn)產(chǎn)生脫落，導(dǎo)致?lián)u臂C點(diǎn)失去支撐脫落。

圖3 搖臂三點(diǎn)懸浮定位

2、解決搖臂脫落技術(shù)路線

2.1 改進(jìn)搖臂結(jié)構(gòu)

在正常情況下，在挺柱和凸輪的作用下，搖臂與氣門(mén)保持常接觸狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生分離，也不會(huì)導(dǎo)致?lián)u臂產(chǎn)生不穩(wěn)定狀態(tài)，即圖4所示設(shè)計(jì)的搖臂結(jié)構(gòu)即可滿足使用要求，但由于氣門(mén)桿部及頭部有大量積碳及膠質(zhì)，氣門(mén)在回位過(guò)程中發(fā)生卡滯，氣門(mén)與搖臂接觸點(diǎn)間產(chǎn)生分離導(dǎo)致?lián)u臂處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在凸輪軸的作用力下，搖臂A點(diǎn)處發(fā)生向左滑移脫落。為避免以上現(xiàn)象的發(fā)生,在A點(diǎn)處增加防脫出結(jié)構(gòu)，以更好地適應(yīng)中國(guó)國(guó)內(nèi)油品品質(zhì)，提高搖臂在支撐上的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)更加強(qiáng)壯的帶擋沿結(jié)構(gòu)的搖臂見(jiàn)圖5，這種結(jié)構(gòu)是在搖臂有脫出傾向時(shí)能阻止其脫出，起到保護(hù)作用。

圖4 不帶擋沿結(jié)構(gòu)搖臂

圖5 帶擋沿結(jié)構(gòu)搖臂

2.2 擋沿結(jié)構(gòu)搖臂的設(shè)計(jì)分析

擋沿結(jié)構(gòu)搖臂的設(shè)計(jì)重點(diǎn)為搖臂受到液壓挺柱的反作用角及擋沿高度的確定。

2.2.1 搖臂受到液壓挺柱的反作用角分析

用幾何畫(huà)圖法找到圖4結(jié)構(gòu)的搖臂脫落極限位置見(jiàn)下圖6，可以得出最大允許反作用角RMAX=69°見(jiàn)圖7，當(dāng)反作用角達(dá)到此最大位置時(shí)即為搖臂可能脫落的極限位置，所以只要反作用角不超過(guò)最大允許反作用角，搖臂就是穩(wěn)定的。

RP=(軸向力2+側(cè)向力2)1/2

RP—液壓挺柱作用在搖臂上的反作用力Rα=tg-1(側(cè)向力/軸向力)=47.65°

Rα—液壓挺柱的反作用角

圖6 不帶擋沿?fù)u臂脫落的極限位置

圖7 不帶擋沿?fù)u臂最大 允許反作用角

通過(guò)上述計(jì)算，得出搖臂受到的反作用力小于最大反作用角（47.65°＜69°），搖臂是穩(wěn)定的。但當(dāng)氣門(mén)不能正常及時(shí)回位的情況下，存在搖臂脫落的風(fēng)險(xiǎn)。需要增加約束或者增大最大允許反作用角，以增加穩(wěn)定性。

在搖臂增加擋沿結(jié)構(gòu)之后，可將最大允許反作用角由原設(shè)計(jì)的RMAX=69°增大為108°見(jiàn)圖8。增大的最大允許反作用角度的設(shè)計(jì)欲度，且在搖臂有產(chǎn)生脫落故障趨勢(shì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)過(guò)定位，對(duì)搖臂實(shí)現(xiàn)約束作用，搖臂不會(huì)與窩座分開(kāi)，搖臂在支承上是穩(wěn)定的。

圖8 帶擋沿?fù)u臂最大允許反作用角

2.2.2 擋沿高度的確定

擋沿高度設(shè)計(jì)的原則：

(1)擋沿與豎直方向夾角外偏3°±30’，在保證制造的前提下，滿足了裝配的需求。

(2)擋沿伸出的長(zhǎng)度1.5±0.1，主要考慮在挺柱的干涉，極限尺寸鏈計(jì)算得出在挺柱完全壓縮的條件下，擋沿與挺柱的最小間隙0.356mm。

(3)故在考慮制造工藝與裝配工藝的條件下，按照擋沿與豎直方向夾角外偏3°±30’和擋沿伸出的長(zhǎng)度1.5±0.1進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以達(dá)到最大反作用角為98°。

(4)搖臂擋沿有效高度越高，越能有效阻止搖臂脫離。在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，使擋沿有效高度盡可能達(dá)到最大。

3、擋沿?fù)u臂效果評(píng)價(jià)

擋沿?fù)u臂在防止搖臂脫落故障上起到了非常大的作用，自從2012年3月份擋沿?fù)u臂投放市場(chǎng)，目前尚未得到有擋沿結(jié)構(gòu)搖臂脫落的故障出現(xiàn)。從售后反饋的效果跟蹤情況及理論分析，提高搖臂在支撐上的穩(wěn)定性方案可行，應(yīng)用擋沿?fù)u臂后效果明顯，通過(guò)進(jìn)氣側(cè)使用擋沿?fù)u臂可以徹底解決搖臂脫落故障。

[1] 王德海,姜樹(shù)李.配氣機(jī)構(gòu)搖臂比的精確計(jì)算.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)[J].1985, (3)124～ 157.

[2] 尚漢冀.關(guān)于配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析計(jì)算若干問(wèn)題研究.內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度聯(lián)合學(xué)術(shù)討論會(huì)[J],1983:203～217.

[3] 蘇軍,申屠森.頂置凸輪配氣機(jī)構(gòu)氣門(mén)升程的精確計(jì)算.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)[J].1999, (2):202～203.

[4] 袁兆成，內(nèi)容機(jī)設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

The rocker arm falls off the hydraulic tappet failure analysis

Yu Rongfeng, Yan Lili, Yan Lijun, Wan Jianfeng, Pan Shenglin
( Harbin Dong an Automobile Engine Manufacturing Co., Ltd., Heilongjiang Herbin 150060 )

Part of the cars with 4G15M type engines have a trouble that the rocker arm falls off the hydraulic tappet since they went public. Some feasible technological measures are taken in order to solve this fault, and they provide a reference for solving this kind of fault.

rocker arm; fall off

U472.4

B

1671-7988(2016)01-177-02

曾多，碩士研究生，就職于哈爾濱東安汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司。主要從事結(jié)構(gòu)優(yōu)化和優(yōu)化算法的研究。