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摘要：某柴油发动机在试车过程中出现多次发电机皮带轮脱落的故障，本文从影响发电机皮带轮脱落的主要因素出发，对发动机的试验工况和前端轮系报告进行分析，计算各种工况下皮带轮所受的反向扭矩，寻找出引起发电机皮带轮脱落的原因，并提出整改措施。
关键词：柴油机;皮带轮：反向扭矩
中图分类号：U464.9 文献标识码：A
0引言
发电机皮带轮脱落是指皮带轮拧紧螺栓松脱后，皮带轮脱离发电机轴，进而影响发动机前端轮系工作。本文针对这种多次出现的故障，从发动机前端轮系、发动机扭振和发电机皮带轮拧紧方式等主要方面进行深入分析，从根本上找到故障原因，并提出改进措施。
1故障背景
2014年12月，某型号国四标准柴油发动机OBD诊断及OBD功能标定试验运行时长20 h，在运行完PowerMap后，回到怠速时，位于发动机左下方的发电机皮带轮脱落。
2015年5月，另一台某型号柴油发动机起重机用选择性催化还原系统（SCR）性能验证试验运行50 h，发动机转速稳定在1300 r/min时，位于前端轮系左下方的发电机皮带轮脱落，故障件如图1所示。
2故障分析
2.1故障调查
从现场了解的信息和故障件拆检发现，2起发电机皮带轮脱落故障的相同点如下。
①柴油发动机均为不同编号的试验机。
②柴油发动机前端轮系为双发电机，前端轮系发电机速比为5.0，皮带均为10楔（10PK）。
③故障件均为同一厂家发电机，故障发电机均位于左下方。
④从压紧螺母和发电机轴及带轮分析，带轮脱落是个缓慢的过程，如图2所示。
2.2失效机理判断
根据以上分析可以判断，发电机皮带轮的失效机理为：发动机在试验过程中的急减速工况，会在压紧螺母上产生一个反向松脱力矩，经过长时间的作用，使螺母缓慢松动，最终导致皮带轮从发电机轴上脱落。
2.3故障原因分析思路
鉴于发电机皮带轮故障重复出现，且具有多处共同点，分析思路如下。
①分析发电机设计关键点。目的是找到存在风险的关键点，确定分析方向。
②计算急减速试验时发电机皮带轮所受的反向扭矩。目的是分析试验工况产生的反向扭矩对发电机皮带轮的影响。
③计算轮系所能提供给发电机的最大扭矩。目的是与②中的计算结果对比，判断皮带在试验中是否会打滑。
④联系厂家确认发电机在设计过程中是否做过急加/减速试验并获取试验工况数据进行分析。目的是与发动机试验工况对比，分析两者对发电机皮带轮产生的反向扭矩强度。
⑤计算同一工况不同速比下发电机皮带轮所受的反向扭矩。目的是对比同一工况不同速比下发电机的反向扭矩与发电机厂家的急加/减速试验产生的反向扭矩，分析它们之间的大小。
⑥计算发电机加载时对反向扭矩的影响。目的是分析同一发动机试验工况下，发电机加载时对反向扭矩的影响。
⑦分析曲轴扭振对发电机皮带轮的影响。目的是排除扭振对发电机皮带轮脱落的影响。
⑥计算皮带对发电机皮带轮反向扭矩的影响。目的是分析皮带对扭振的缓解程度。
⑨计算张紧轮对发电机皮带轮反向扭矩的影响。目的是分析张紧轮对扭振的缓解程度[1]。
3故障排查
3.1分析发电机设计关键点
分析此故障，首先排查与发电机相关的设计关键点是否合理，主要有以下几方面。
（l）发电机皮带轮包角
不同功率的发电机对包角的要求有差别，如图3所示。故障发电机的额定电流大于65 A，则包角要求大于82.5°，实际设计包角为154.0°，满足设计要求。
（2）发电机皮带轮直径和速比
故障发电机皮带轮直径为54 mm，大于45 mm，满足设计要求。
发电机的实际速比为5.0，比常用速比大，存在设计风险，有可能为故障原因，后续进行重点分析。
3.2计算发电机带轮所受的反向扭矩
经过工况分析，确定产生反向扭矩最大的工况为发动机的急加/减速试验。工况描述：以每秒10 r/min的变化率从700 r/min升到2650 r/min，在1～2 s的时间内从2650 r/min降到700 r/min，耐久试验循环工况如图4所示。
已知发电机相关参数如表1所示。
经计算，发电机在试验过程中所受的最大反向扭矩M，为4.70 N·m，小于32.90 N·m的极限值。
结论：假设皮带不打滑，发电机在急减速时所受的反向扭矩远远小于要求值。
3.3计算轮系所能提供给发电机的最大扭矩
根据皮带传动的特性，皮带在皮带轮上的滑动角等于包角时，为皮带打滑的临界位置，即此时的有效力最大。
已知相关参数如表2所示。
根据欧拉公式计算轮系紧边力F2为1261.85 N。
根据松紧边力与有效力之间的关系，计算有效力F3为760.85 N。
根据公式计算轮系所能提供给发电机皮带轮的最大扭矩如下。
M2=F3×R=20.54 N·m
M1=4.70 N·m
M2
关键词：柴油机;皮带轮：反向扭矩
中图分类号：U464.9 文献标识码：A
0引言
发电机皮带轮脱落是指皮带轮拧紧螺栓松脱后，皮带轮脱离发电机轴，进而影响发动机前端轮系工作。本文针对这种多次出现的故障，从发动机前端轮系、发动机扭振和发电机皮带轮拧紧方式等主要方面进行深入分析，从根本上找到故障原因，并提出改进措施。
1故障背景
2014年12月，某型号国四标准柴油发动机OBD诊断及OBD功能标定试验运行时长20 h，在运行完PowerMap后，回到怠速时，位于发动机左下方的发电机皮带轮脱落。
2015年5月，另一台某型号柴油发动机起重机用选择性催化还原系统（SCR）性能验证试验运行50 h，发动机转速稳定在1300 r/min时，位于前端轮系左下方的发电机皮带轮脱落，故障件如图1所示。
2故障分析
2.1故障调查
从现场了解的信息和故障件拆检发现，2起发电机皮带轮脱落故障的相同点如下。
①柴油发动机均为不同编号的试验机。
②柴油发动机前端轮系为双发电机，前端轮系发电机速比为5.0，皮带均为10楔（10PK）。
③故障件均为同一厂家发电机，故障发电机均位于左下方。
④从压紧螺母和发电机轴及带轮分析，带轮脱落是个缓慢的过程，如图2所示。
2.2失效机理判断
根据以上分析可以判断，发电机皮带轮的失效机理为：发动机在试验过程中的急减速工况，会在压紧螺母上产生一个反向松脱力矩，经过长时间的作用，使螺母缓慢松动，最终导致皮带轮从发电机轴上脱落。
2.3故障原因分析思路
鉴于发电机皮带轮故障重复出现，且具有多处共同点，分析思路如下。
①分析发电机设计关键点。目的是找到存在风险的关键点，确定分析方向。
②计算急减速试验时发电机皮带轮所受的反向扭矩。目的是分析试验工况产生的反向扭矩对发电机皮带轮的影响。
③计算轮系所能提供给发电机的最大扭矩。目的是与②中的计算结果对比，判断皮带在试验中是否会打滑。
④联系厂家确认发电机在设计过程中是否做过急加/减速试验并获取试验工况数据进行分析。目的是与发动机试验工况对比，分析两者对发电机皮带轮产生的反向扭矩强度。
⑤计算同一工况不同速比下发电机皮带轮所受的反向扭矩。目的是对比同一工况不同速比下发电机的反向扭矩与发电机厂家的急加/减速试验产生的反向扭矩，分析它们之间的大小。
⑥计算发电机加载时对反向扭矩的影响。目的是分析同一发动机试验工况下，发电机加载时对反向扭矩的影响。
⑦分析曲轴扭振对发电机皮带轮的影响。目的是排除扭振对发电机皮带轮脱落的影响。
⑥计算皮带对发电机皮带轮反向扭矩的影响。目的是分析皮带对扭振的缓解程度。
⑨计算张紧轮对发电机皮带轮反向扭矩的影响。目的是分析张紧轮对扭振的缓解程度[1]。
3故障排查
3.1分析发电机设计关键点
分析此故障，首先排查与发电机相关的设计关键点是否合理，主要有以下几方面。
（l）发电机皮带轮包角
不同功率的发电机对包角的要求有差别，如图3所示。故障发电机的额定电流大于65 A，则包角要求大于82.5°，实际设计包角为154.0°，满足设计要求。
（2）发电机皮带轮直径和速比
故障发电机皮带轮直径为54 mm，大于45 mm，满足设计要求。
发电机的实际速比为5.0，比常用速比大，存在设计风险，有可能为故障原因，后续进行重点分析。
3.2计算发电机带轮所受的反向扭矩
经过工况分析，确定产生反向扭矩最大的工况为发动机的急加/减速试验。工况描述：以每秒10 r/min的变化率从700 r/min升到2650 r/min，在1～2 s的时间内从2650 r/min降到700 r/min，耐久试验循环工况如图4所示。
已知发电机相关参数如表1所示。
经计算，发电机在试验过程中所受的最大反向扭矩M，为4.70 N·m，小于32.90 N·m的极限值。
结论：假设皮带不打滑，发电机在急减速时所受的反向扭矩远远小于要求值。
3.3计算轮系所能提供给发电机的最大扭矩
根据皮带传动的特性，皮带在皮带轮上的滑动角等于包角时，为皮带打滑的临界位置，即此时的有效力最大。
已知相关参数如表2所示。
根据欧拉公式计算轮系紧边力F2为1261.85 N。
根据松紧边力与有效力之间的关系，计算有效力F3为760.85 N。
根据公式计算轮系所能提供给发电机皮带轮的最大扭矩如下。
M2=F3×R=20.54 N·m
M1=4.70 N·m
M2