發(fā)動(dòng)機(jī)暖風(fēng)水管漏氣原因分析及解決方案(共6頁)

1、發(fā)動(dòng)機(jī)暖風(fēng)水管漏氣(lu q)原因分析及解決方案王自忠，張久保，馬文亮，李慧軍，由毅，趙福全吉利(jl)汽車研究院，杭州蕭山 311228【摘要(zhiyo)】 某2.4L自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)在整機(jī)水道試漏過程中，出現(xiàn)暖風(fēng)水管漏氣問題。本文通過對暖風(fēng)水管的裝配結(jié)構(gòu)、法蘭盤剛度、密封墊片等方面進(jìn)行詳細(xì)的分析。結(jié)果表明，造成暖風(fēng)水管漏氣的主要原因是：暖風(fēng)水管法蘭盤剛度不足且固定方式不合理，在裝配過程中變形過大；暖風(fēng)墊片密封高度過小。針對該故障原因，提出了增加暖風(fēng)水管法蘭面剛度、優(yōu)化固定方式，提高密封墊片密封性能等措施。以上措施實(shí)施后，暖風(fēng)水管漏氣問題徹底解決?！娟P(guān)鍵詞】 暖風(fēng)水管，漏氣，法蘭盤剛度An

2、alysis and Solution to Leakage of Warm-Air Water Ducts for an Engine Wang Zizhong, Zhang Jiubao, Ma Wenliang, Li Huijun, You Yi, Zhao FuquanGeely Automobile Research Institute, Xiaoshan, Hangzhou 311228Abstract: The warm-air duct leakage occurred during the leakage test of a specific 2.4L natural as

3、pirated engine. The fitting structure, flange plate rigidity and sealing gasket were particularly analyzed in terms of the warm-air duct in this paper. The result indicated that the warm-air duct leakage arose from insufficient flange plate rigidity, unreasonable fitting method and excessive deforma

4、tion during assembly, as well as inadequate gasket sealing height. The countermeasures were proposed by increasing the flange surface rigidity, optimizing fitting method, and improving gasket sealing performance, etc. After these measures were implemented, the warm-air duct leakage was completely so

5、lved. Key words: Warm-Air Water Duct, Leakage, Flange Plate Rigidity1 引言密封對于發(fā)動(dòng)機(jī)來講是一個(gè)重要的課題。本文通過一例發(fā)動(dòng)機(jī)暖風(fēng)水管密封失效案例，對影響發(fā)動(dòng)機(jī)水道密封性能的因素進(jìn)行詳細(xì)的分析，并提出有效的改進(jìn)措施。某2.4L發(fā)動(dòng)機(jī)在整機(jī)水道試漏過程出現(xiàn)漏氣問題，故障比例達(dá)到40%左右，如圖1所示。試漏方法及參數(shù)如下。圖1 暖風(fēng)水管的漏氣1.1 整機(jī)水道試漏方法及參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水道試漏方法如下：將發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水管堵上，暖風(fēng)進(jìn)出水管有橡膠管相連，從發(fā)動(dòng)機(jī)出水管接入1bar0.2bar的空氣，然后在水道各密封面涂發(fā)泡劑，檢測水道各

6、密封面是否存在泄漏現(xiàn)象。試漏方法如圖2、圖3所示。圖2 整機(jī)試漏圖3 整機(jī)試漏發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水道(shudo)試漏參數(shù)如表1。表1 發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水道(shudo)試漏參數(shù)序號項(xiàng)目參數(shù)1加壓量1bar0.2bar2加壓時(shí)間20s3等壓時(shí)間5s4平衡時(shí)間10s5測出時(shí)間15s2 原因(yunyn)分析2.1 暖風(fēng)水管密封結(jié)構(gòu)及密封機(jī)理暖風(fēng)水管密封結(jié)構(gòu)為：暖風(fēng)水管法蘭面通過兩個(gè)M6的螺栓固定在水泵殼體上，暖風(fēng)水管法蘭面和水泵殼體通過暖風(fēng)水管墊片實(shí)現(xiàn)密封，詳見圖4。圖4 暖風(fēng)水管密封結(jié)構(gòu)其密封機(jī)理為：固定螺栓對法蘭面施加壓緊載荷，以產(chǎn)生壓緊應(yīng)力，提高密封面的接觸強(qiáng)度，當(dāng)應(yīng)力增加到足以引起表面產(chǎn)生明顯的塑性形

7、變，以填補(bǔ)密封面間隙，堵塞泄漏通道。使用密封墊片的目的就是利用墊片材料在壓緊載荷的作用下比較容易產(chǎn)生塑性變形的特性，使之填平法蘭密封面的微小凸凹不平，從而實(shí)現(xiàn)密封1。2.2 暖風(fēng)水管漏氣原因分析通過以上暖風(fēng)水管的密封結(jié)構(gòu)及機(jī)理分析，可能得到影響暖風(fēng)水管密封性能的因素如下：水泵殼體和暖風(fēng)水管結(jié)合面表面質(zhì)量差；系統(tǒng)剛度不足；暖風(fēng)水管固定方式不合理；暖風(fēng)水管墊片密封性能不足；暖風(fēng)水管螺栓擰緊力矩過?。幌旅鎸σ陨嫌绊懪L(fēng)水管密封性能的因素進(jìn)行詳細(xì)的分析，找出暖風(fēng)水管漏氣的原因。 2.2.1 結(jié)合面表面質(zhì)量分析圖紙中規(guī)定水泵殼體和暖風(fēng)水管法蘭面的表面粗糙度如表2。 表2 結(jié)合面表面質(zhì)量調(diào)查序號項(xiàng)目粗糙度

8、Ra/m1水泵殼體1.62暖風(fēng)水管1.6對于(duy)金屬墊片，一般(ybn)場合推薦使用表法蘭面粗糙度為Ra1.6m2。并且(bngqi)調(diào)查在產(chǎn)機(jī)型相同密封結(jié)構(gòu)的結(jié)合面，其表面粗糙度都在Ra1.6m，也都不存在漏氣故障。因此可以看出水泵殼體和暖風(fēng)水管法蘭面表面粗糙度滿足使用要求。對暖風(fēng)水管法蘭面和水泵殼體結(jié)合面進(jìn)行檢測，其表面粗糙度達(dá)到Ra1.6m，滿足圖紙要求。其表面質(zhì)量見圖5、圖6。因此可以排除表面質(zhì)量引起的漏氣故障。圖5 水泵殼體表面粗糙度圖6 暖風(fēng)水管法蘭面表面粗糙度2.2.2 系統(tǒng)剛度分析該密封系統(tǒng)是由暖風(fēng)水管、暖風(fēng)水管墊片、連接螺栓和水泵殼體組成，其中水泵殼體和暖風(fēng)水管法蘭面的

9、剛度對密封性能至關(guān)重要。2.2.2.1 水泵殼體剛度分析水泵殼體采用整體壓鑄工藝，材料為ADC12。暖風(fēng)水管結(jié)合面處壁厚較厚（如圖8），剛度可以滿足密封要求。因此可以排除水泵殼體密封面剛度不足問題。圖7 水泵殼體上暖風(fēng)水管結(jié)合面2.2.2.2 暖風(fēng)水管法蘭面剛度分析暖風(fēng)水管法蘭面的厚度為5.5mm，材料為20號鋼，其材料本身偏軟，厚度偏薄。因此重點(diǎn)對暖風(fēng)水管法蘭面的剛度進(jìn)行分析。其分析邊界條件和約束如圖8。圖8 暖風(fēng)水管法蘭面約束邊界暖風(fēng)水管法蘭面軸向變形分布如圖9。從分析結(jié)果上看，法蘭面中間部分存在明顯的變形。 圖9 法蘭面軸向變形分布由于暖風(fēng)水管法蘭面中間部位產(chǎn)生明顯的軸向變形，導(dǎo)致暖風(fēng)水

10、管墊片接觸應(yīng)力減小，從而影響密封性能。其暖風(fēng)水管墊片接觸應(yīng)力（未考慮暖風(fēng)墊片壓縮高度）分布如圖10。圖10 暖風(fēng)(nun fn)墊片接觸應(yīng)力分布從暖風(fēng)(nun fn)水管墊片接觸應(yīng)力分布來看，在暖風(fēng)水管中間部位出現(xiàn)了小于零的現(xiàn)象，即暖風(fēng)水管墊片中間(zhngjin)部位沒有軸向壓緊力的作用，而從圖1中看，暖風(fēng)水管漏氣的位置剛好處于結(jié)合面中間部位。因此可以斷定暖風(fēng)水管法蘭面剛度不足時(shí)導(dǎo)致暖風(fēng)水管漏氣的主要原因。2.2.3 暖風(fēng)水管固定方式分析該機(jī)型的暖風(fēng)水管有三個(gè)固定點(diǎn)，分別是：通過暖風(fēng)水管法蘭面與水泵殼體總成固定；通過暖風(fēng)水管固定點(diǎn)3與氣缸體總成固定；通過暖風(fēng)水管固定點(diǎn)2與氣缸蓋總成固定；其固

11、定方式見圖11。圖11 暖風(fēng)水管固定方式從以上的固定方式可看出，暖風(fēng)水管通過三個(gè)固定點(diǎn)分別固定在三個(gè)總成上面。由于各總成之間不僅存在自身的加工誤差，還存在較大裝配誤差，暖風(fēng)水管三個(gè)固定點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，因此在暖風(fēng)水管裝配過程中，造成暖風(fēng)水管受力變形，影響發(fā)動(dòng)機(jī)暖風(fēng)水管密封。2.2.4 暖風(fēng)水管墊片密封性能分析影響密封墊片密封性能的一個(gè)重要指標(biāo)是墊片的回彈性能。墊片的回彈性能是指壓緊載荷去除后墊片厚度的回復(fù)量，它對工作狀態(tài)下由于介質(zhì)壓力或其它因素引起墊片與密封面的分離進(jìn)行有效的補(bǔ)償，以保持墊片密封的有效性3。該發(fā)動(dòng)機(jī)暖風(fēng)水管墊片采用金屬墊片，材料為20號鋼，厚度為0.4mm，墊片中間部分凸起，以保證

12、回彈性能，兩面涂丁腈橡膠，涂層單面厚度0.1mm，以增加密封性能，其截面結(jié)構(gòu)見圖13。圖12 暖風(fēng)水管墊片截面結(jié)構(gòu)對暖風(fēng)水管墊片截面尺寸鏈進(jìn)行計(jì)算，可以得出暖風(fēng)水管墊片的壓縮高度如下：最小壓縮高度=0.68-0.65=0.03mm最大壓縮高度=（0.68+0.05）-（0.6-0.05） =0.18mm而調(diào)查不同場合金屬墊片的壓縮高度見表3。表3 不同場合金屬墊片壓縮高度調(diào)查序號名稱壓縮量1水泵墊片0.20.08mm2節(jié)溫器墊片0.20.08mm3機(jī)油泵墊片0.20.08mm4機(jī)油集濾器0.250.08mm通過以上調(diào)查發(fā)現(xiàn)，金屬(jnsh)墊片的壓縮(y su)高度(god)正常都在0.20.

13、008mm。而暖風(fēng)水管墊片的壓縮高度在0.03mm到0.18mm之間，明顯偏小。專業(yè)密封墊片的廠家推薦壓縮高度也0.2mm左右。因此暖風(fēng)水管墊片壓縮高度偏小，從而影響暖風(fēng)水管墊片的回彈性能，可能導(dǎo)致暖風(fēng)水管漏水。2.2.5 暖風(fēng)水管連接螺栓擰緊力矩不足密封面上總是存在著微觀不平形成的泄漏間歇。因此在預(yù)緊過程中，墊片必須產(chǎn)生足夠的彈性變形以堵塞泄漏間歇，也就必須通過螺栓等裝置對墊片施加足夠大的壓緊力。為保證墊片的密封性能，暖風(fēng)水管法蘭面提供的壓緊力必須大于墊片的最小有效壓緊力.法蘭面提供壓緊力為3： （2-1） （2-2）連接螺栓提供的軸向力；密封墊片有效承壓面積；連接螺栓擰緊力矩；連接螺栓數(shù)量

14、；螺紋之間及螺栓頭部與承壓面的摩擦系數(shù)；一般螺栓取=0.2；連接螺栓的公稱直徑；在暖風(fēng)水管密封系統(tǒng)中，各參數(shù)數(shù)值如表4.表4 暖風(fēng)密封系統(tǒng)參數(shù)值序號參數(shù)單位數(shù)值1只22168.73/0.24N*m105mm6通過以上公式及參數(shù)，可以計(jì)算出暖風(fēng)水管法蘭面壓緊力=98.7MPa。而金屬波形墊片最小有效壓緊力=38.7MPa3，因此，因此連接螺栓擰緊力矩滿足暖風(fēng)水管密封的要求。2.3 分析結(jié)論從以上的分析看，造成暖風(fēng)水管漏氣的原因?yàn)椋号L(fēng)水管法蘭面剛度不足，在連接螺栓打緊時(shí)，法蘭面中間部位變形較大，引起密封失效。這是暖風(fēng)水管漏水的主要原因；暖風(fēng)水管固定方式不合理，引起暖風(fēng)水管裝配變形；暖風(fēng)水管墊片壓

15、縮高度偏小，回彈性能不足。3 解決方案針對以上的原因分析，提出暖風(fēng)水管漏氣的解決方案。3.1 提高暖風(fēng)水管法蘭面剛度將暖風(fēng)水管法蘭面的厚度由原來的5.5mm更改為6.7mm。更改后法蘭面的軸向變形分析結(jié)果見圖13。通過和圖9進(jìn)行對比，暖風(fēng)水管法蘭面軸向變形明顯變小。圖13 改進(jìn)后法蘭面軸向變形(bin xng)分析暖風(fēng)(nun fn)水管墊片接觸應(yīng)力（未考慮暖風(fēng)墊片壓縮高度）分析結(jié)果(ji gu)見圖14。圖14 改進(jìn)法蘭后墊片接觸應(yīng)力分析通過和圖10進(jìn)行對比，暖風(fēng)水管墊片接觸應(yīng)力明顯的增加。此接觸應(yīng)力是在未考慮暖風(fēng)水管壓縮高度。如果考慮壓縮高度，暖風(fēng)水管墊片的接觸應(yīng)力將進(jìn)一步增加。可以滿足密

16、封性能的要求。3.2 改進(jìn)暖風(fēng)水管的固定方式改進(jìn)暖風(fēng)水管的固定方式：如圖15，在暖風(fēng)水管固定點(diǎn)1和固定點(diǎn)2之間增加一段橡膠管，保證固定點(diǎn)2和固定點(diǎn)3的裝配不會(huì)引起暖風(fēng)水管法蘭面的變形。圖15 暖風(fēng)水管結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案示意圖3.3 增加暖風(fēng)水管墊片壓縮高度將暖風(fēng)水管墊片的壓縮高度由目前的0.03mm到0.18mm之間增加到0.20.08mm，以增加暖風(fēng)水管墊片的回彈性能，提高密封效果。通過以上措施的實(shí)施后，在發(fā)動(dòng)機(jī)廠進(jìn)行效果驗(yàn)證，第一批共計(jì)進(jìn)行120臺改進(jìn)后發(fā)動(dòng)機(jī)水道試漏，沒有出現(xiàn)暖風(fēng)水管漏氣現(xiàn)象。故障得到圓滿的解決。4 結(jié)論密封是一個(gè)系統(tǒng)性的問題，密封系統(tǒng)的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出問題都將影響密封的效果。本文通過對暖風(fēng)水管密封漏氣故障分析，詳細(xì)分析密封系統(tǒng)中影響密封性能的各個(gè)因素。并最終找到暖風(fēng)水管漏氣的主要原因是法蘭面剛度不足，軸向變形過大引起的密封失效。同時(shí)暖風(fēng)水管墊片壓縮高度不足，暖風(fēng)水管的固定方式不合理也影響密封能。并針對以上的影響因素，提出合理的解決方案，最終解決暖風(fēng)水管的漏氣問題。參考文獻(xiàn)1 顧伯勤,李新華,田爭.靜密封設(shè)