CN117537042A - 集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法 - Google Patents

集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法 Download PDF

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李建惠
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Abstract

本发明公开了一种集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法,属于发动机技术领域,所述集中式柴油机齿轮传动系统的凸轮轴采用表面热处理工艺中使用频淬火工艺的凸轮轴,控制凸轮轴轴颈粗糙度,第一轴颈控制在Rz1以内,其他轴颈控制在Rz2~Rz3以内,联轴器总成轴颈粗糙度控制在Rz1~Rz2以内;凸轮轴第一轴颈处的衬套安装时,其接缝位于集中式柴油机齿轮传动的各动力输出齿轮合力范围区域外,正时齿轮两侧的止推面和三角堵盖的止推端面设置导油槽。本发明有效改善了正时齿轮副两止推端面的润滑和冷却情况,解决了衬套脱出或烧蚀抱轴、正时齿轮和三角堵盖出现异常磨损、变色的问题。

Description

集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法
技术领域
本发明属于发动机技术领域,尤其是一种集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法。
背景技术
目前柴油机大多采用的是齿轮传动,齿轮传动的特点是轮系布置较为集中,因此具有整体结构、加工容易、及安装拆卸简易等优点。通常齿轮传动系统的布置形式为两两啮合,单层传动关系。当轮系中有多个动力需求时,为了保证运转传动的传动比,齿轮的布置就较为困难,并且齿轮系的占用空间会较大。因此,越来越多的集中布置的齿轮传动系统应运而生,该种齿轮系利用多齿轮组合重叠布置,形成多层传动形式,结构紧凑,安装方便,能够满足多种零件的传动要求。
但是这种集中式柴油机齿轮传动系统受力复杂,容易导致凸轮轴轴套脱出或抱轴等问题。如某6缸柴油机正时齿轮通过螺栓和定位销固定在凸轮轴上,正时齿轮与喷油泵齿轮啮合,主传动轮分别与B口中间传动齿轮和A口中间传动齿轮啮合,A口中间传动齿轮与空压机齿轮啮合,B口中间传动齿轮与B口取力器齿轮啮合,该系统将曲轴齿轮的动力传递给凸轮轴、喷油泵齿轮和A、B 口中间传动机构,A 口中间传动机构将动力传递给空气压缩机和转向泵,B 口中间传动机构通过B 口取力器将动力传递给风扇变量泵,凸轮轴驱动配气机构,如图1所示。
该种柴油机右后端传动机构中,正时齿轮与凸轮轴固定到一起组成单滑动轴承支承结构,即第1 道凸轮轴衬套进行支承。根据齿轮布置和啮合位置可知第1 道凸轮轴滑动轴承的受力方向与B 口取力器相反,由于正时齿轮副仅有第1 道凸轮轴衬套进行支承,正时齿轮-凸轮轴受力弯曲,导致第1 道凸轮轴衬套产生较大的边缘应力。随风扇变量泵负载扭矩增加,传递给正时齿轮-凸轮轴所受载荷随之增加,凸轮轴所受弯矩增加。当负载超过柴油机右后端传动机构的负载极限,导致凸轮轴与第1 道凸轮轴衬套边缘峰值粗糙接触压力过大,其接触表面微凸峰易穿透油膜表面相互接触,从而出现摩擦磨损;同时较大的转速下摩擦磨损会产生极大的摩擦热,随柴油机运转逐步发展会出现粘着磨损,导致衬套脱出或烧蚀抱轴;B 口取力器轴和衬套承受极限负载时,也会出现相同状况。
该种齿轮传动机构,当传动机构上的某一环节出现问题时,均会导致右后端齿轮传动啮合不正常,对右后端滑动轴承均产生异常载荷,造成右后端传动机构传动链上的其它零部件失效,运行过程中机油泄压,出现机油压力报警。第1 道凸轮轴衬套磨损后碎屑进入第1 道主轴瓦和1 缸连杆瓦中造成其异常磨损,其中M 机第1 缸连杆轴瓦磨损严重直至轴瓦成碎片,导致活塞行程过长,与气门碰撞而拍缸。第1 道凸轮轴衬套出现异常的磨损和碾压后,凸轮轴衬套被碾薄并向两侧延展,特别是衬套的铜合金层有非常明显的延展现象,其向正时齿轮侧延展的铜合金会进入正时齿轮和曲轴箱止推面中间,导致凸轮轴轴向间隙消失,挤压三角堵盖,造成正时齿轮和三角堵盖出现异常磨损、变色。
因此,对于集中式柴油机齿轮传动系统尤其是正时齿轮与凸轮轴固定到一起组成单滑动轴承支承结构中容易出现的上述问题,需要急切的进行解决,有利于集中式柴油机齿轮传动系统的发展和应用。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法,有利于集中式柴油机齿轮传动系统的发展和应用。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法,所述集中式柴油机齿轮传动系统的凸轮轴采用表面热处理工艺中使用频淬火工艺的凸轮轴,控制凸轮轴轴颈粗糙度,第一轴颈控制在Rz1以内,其他轴颈控制在Rz2~ Rz3以内,联轴器总成轴颈粗糙度控制在Rz1~Rz2以内;凸轮轴第一轴颈处的衬套安装时,其接缝位于集中式柴油机齿轮传动的各动力输出齿轮合力范围区域外,正时齿轮两侧的止推面和三角堵盖的止推端面设置导油槽。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述凸轮轴的中频淬火工艺中凸轮和轴径进行感应加热时加热温度850-900℃,凸轮加热4-5s,轴径加热3-4s,凸轮和轴径采用水基淬火剂进行喷液冷却,淬火液流量55-62L/min,凸轮冷却9-11s,轴径冷却13-15s。
本发明技术方案的进一步改进在于:对凸轮轴第一轴颈处进行受力分析,根据集中式柴油机齿轮传动系统的外部设备的动力需求,确定各口的动力输出的扭矩功率,结合发动机自身特性计算配气机构、高压油泵和机油泵的耗功特性,建立高精度数字模型,利用ADAMS软件分析整个传动机构在不同载荷下轴颈受力的方向和大小。
本发明技术方案的进一步改进在于:对凸轮轴第一轴颈处进行受力分析,凸轮轴第一轴颈处所受力包括曲轴齿轮径向力和切向力、高压泵齿轮切向力、配气机构两个方向径向力、A/B 口中间齿轮切向力和径向力,计算得到上述受力的合力范围,即承力区,凸轮轴第一轴颈处衬套安装时接缝部位远离合力范围。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述正时齿轮两侧的止推面以及止推堵盖的止推端面上均设置导油槽。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述导油槽在止推端面上对称设置,数量为2个或4个。
本发明技术方案的进一步改进在于:导油槽为R40的圆弧状凹槽,深度0.6mm。
由于采用了上述技术方案,本发明取得的技术进步是:
本申请采用通过对凸轮轴的工艺进行控制,控制凸轮轴的轴径粗糙度,第一轴颈控制在Rz1以内,其他轴颈控制在Rz2~ Rz3以内,联轴器总成轴颈粗糙度控制在Rz1~Rz2以内,再对第一轴径处的受力进行分析,得到承力区,衬套安装时除了对齐油孔,还要将衬套的接缝避开承力区,同时对正式齿轮和三角堵盖的止推端面上设置导油槽,有效改善了正时齿轮副两止推端面的润滑和冷却,解决了衬套脱出或烧蚀抱轴、正时齿轮和三角堵盖出现异常磨损、变色的问题。
附图说明
图1是一种集成式传动机构的结构示意图;
图2是图1单支撑滑动轴承结构示意图;
图3是正时齿轮导油槽示意图;
图4是止推堵盖导油槽示意图;
图5是集成式传动机构分析计算示意图;
图6是曲轮轴第一轴径的受力分析示意图;
其中,1、三角堵盖,2、主传动齿轮,3、正时齿轮,4、第一轴承,5、凸轮轴,6、导油槽。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明:
如图2所示为该集成式单支承滑动轴承传动机构的单支撑滑动轴承结构,正时齿轮3和三角堵盖1安装于主传动齿轮2的两侧,正时齿轮3一侧为凸轮轴的第一轴径,上面安装第一衬套,组成了第一轴承4。
一种集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法,所述集中式柴油机齿轮传动系统的凸轮轴5采用表面热处理工艺中使用频淬火工艺的凸轮轴,控制凸轮轴轴颈粗糙度,第一轴颈控制在Rz1以内,其他轴颈控制在Rz2~ Rz3以内,联轴器总成轴颈粗糙度控制在Rz1~Rz2以内;凸轮轴第一轴颈处的衬套安装时,其接缝位于集中式柴油机齿轮传动的各动力输出齿轮合力范围区域外,正时齿轮两侧的止推面和三角堵盖1的止推端面设置导油槽。
控制凸轮轴轴颈粗糙度,将第一轴颈控制在Rz1 以内,其他轴颈控制在Rz2 ~Rz3以内。凸轮轴表面热处理在正样图样上现有技术中存在两种技术方案,一是激光溶凝,二是中频淬火。激光溶凝是在激光束扫描凸轮轴表面时,使凸轮轴表层快速熔化,随后依靠金属自身导热实现快速凝固,使凸轮轴表层硬化,白亮带为激光溶凝区域,激光溶凝硬化层为条状,轴颈硬化时有搭接处,搭接部位硬度偏低,致使在轴颈表面进行光整时,粗糙度不一致,粗糙度的最好情况只能达到Rz1.5 以上。经过验证试验表明,激光溶凝热处理凸轮轴在控制轴颈表面粗糙度后,承载能力有所改善,但还不能适应整车的要求。
本申请中采用中频淬火工艺,将第一轴颈控制在Rz1以内,一种凸轮轴的中频淬火工艺中凸轮和轴径进行感应加热时加热温度850-900℃,凸轮加热4-5s,轴径加热3-4s,凸轮和轴径采用水基淬火剂进行喷液冷却,淬火液流量55-62L/min,凸轮冷却9-11s,轴径冷却13-15s。
联轴器总成轴颈粗糙度优选控制在Rz1以内。
对于衬套的安装除了要求油孔对齐的要求外,还需要进行受力分析,使得衬套的接缝处避开主承力区。
根据集中式柴油机齿轮传动系统的外部设备的动力需求,确定各口的动力输出的扭矩功率,结合发动机自身特性计算配气机构、高压油泵和机油泵的耗功特性,建立高精度数字模型,利用ADAMS软件分析整个传动机构在不同载荷下轴颈受力的方向和大小。
如图5、6所示,通过对凸轮轴第一轴颈处的受力分析,其中包括曲轴齿轮径向力和切向力、高压泵齿轮切向力、配气机构两个方向径向力、A/B 口中间齿轮切向力和径向力,一个具体实施例,A 口中间传动机构将动力传递给空气压缩机和转向泵,B 口中间传动机构通过B 口取力器将动力传递给风扇变量泵,其合力范围见图6中的阴影区域,衬套安装后接缝部位在合力范围区域,为了进一步改善衬套的磨损状况,安装时,将凸轮轴衬套安装后接缝避开承力区。
考虑B 口取力器负载对凸轮轴的轴向力有影响,为改善正时齿轮副两止推端面的润滑和冷却,在正时齿轮3两侧中心轴孔的端面以及止推堵盖的止推端面上均设置导油槽6,所述导油槽6在止推端面上对称设置,数量为2个或4个。见图3~4。导油槽6为R40的圆弧状凹槽,深度0.6mm。加导油槽6后对正时齿轮强度、安装没有影响,对三角堵盖1安装也不会产生任何影响。
通过上述工艺的改进,包括改变凸轮轴的热处理工艺,控制凸轮轴轴颈粗糙度符合要求,并且通过对凸轮轴第一轴颈处进行受力分析,找到承力区,在衬套安装时其接缝避开承力区,以及对距离第一轴颈处最近的正时齿轮的中心轴孔的端面和止推堵盖的止推端面上进行油槽的设计,解决了第一道凸轮轴衬套脱出或抱轴的问题,进而解决了正时齿轮副两侧止推面异常磨损、变色,B 口取力器衬套抱轴的问题。

Claims (7)

1.集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法,其特征在于:所述集中式柴油机齿轮传动系统的凸轮轴采用表面热处理工艺中使用频淬火工艺的凸轮轴,控制凸轮轴轴颈粗糙度,第一轴颈控制在Rz1以内,其他轴颈控制在Rz2~ Rz3以内,联轴器总成轴颈粗糙度控制在Rz1~Rz2以内;凸轮轴第一轴颈处的衬套安装时,其接缝位于集中式柴油机齿轮传动的各动力输出齿轮合力范围区域外,正时齿轮两侧的止推面和三角堵盖(1)的止推端面设置导油槽(6)。
2.根据权利要求1所述的集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法,其特征在于:所述凸轮轴的中频淬火工艺中凸轮和轴径进行感应加热时加热温度850-900℃,凸轮加热4-5s,轴径加热3-4s,凸轮和轴径采用水基淬火剂进行喷液冷却,淬火液流量55-62L/min,凸轮冷却9-11s,轴径冷却13-15s。
3.根据权利要求1所述的集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法,其特征在于:对凸轮轴第一轴颈处进行受力分析,根据集中式柴油机齿轮传动系统的外部设备的动力需求,确定各口的动力输出的扭矩功率,结合发动机自身特性计算配气机构、高压油泵和机油泵的耗功特性,建立高精度数字模型,利用ADAMS软件分析整个传动机构在不同载荷下轴颈受力的方向和大小。
4.根据权利要求3所述的集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法,其特征在于:对凸轮轴第一轴颈处进行受力分析,凸轮轴第一轴颈处所受力包括曲轴齿轮径向力和切向力、高压泵齿轮切向力、配气机构两个方向径向力、A/B 口中间齿轮切向力和径向力,计算得到上述受力的合力范围,即承力区,凸轮轴第一轴颈处衬套安装时接缝部位远离合力范围。
5.根据权利要求1所述的集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法,其特征在于:所述正时齿轮两侧的止推面以及三角堵盖(1)的止推端面上均设置导油槽(6)。
6.根据权利要求5所述的集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法,其特征在于:所述导油槽(6)在止推端面上对称设置,数量为2个或4个。
7.根据权利要求5所述的集中式柴油机齿轮传动系统衬套防脱、防抱轴方法,其特征在于:导油槽(6)为R40的圆弧状凹槽,深度0.6mm。
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