硅油风扇离合器非故障性失效模式分析

刘正耀，胡水洋，杨昌凯，朱宏学

（大冶有色机电修造有限公司，湖北 黄石 4350052）

硅油风扇离合器非故障性失效模式分析

刘正耀，胡水洋，杨昌凯，朱宏学

（大冶有色机电修造有限公司，湖北 黄石 4350052）

本文分析了硅油风扇离合器在汽车行驶工况中的工作原理，得出由于多方面因素导致硅油风扇离合器原设定的温度类比关系与实际的温度类比关系不符是非故障性失效的根本原因，并且提出了非故障性失效模式的解决措施和思路。结果表明，解决措施的效果明显。

硅油风扇；离合器；非故障性失效分析

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)02-138-03

前言

硅油风扇离合器应用于汽车发动机冷却系统，具有显著的节能、降噪、减排效果。它深受广大客户认可，很快在我国汽车工业得到广泛推广应用，并取得了良好的经济效益和社会效益。

然而，硅油风扇离合器在使用过程中经常存在一些个体失效，这些个体失效给顾客带来了不少烦恼和损失。因此，认识和分析硅油风扇离合器失效模式，采取有效措施预防失效就显得尤为重要。

1、硅油风扇离合器失效模式

硅油风扇离合器失效模式表现形式为：发动机高温或开窝。经对因失效返回的硅油风扇离合器进行检验、试验，分组、分类，现将“发动机高温或开窝”失效模式按失效性质分为故障性失效和非故障性失效两种形式。

故障性失效：指产品本身有明显的质量缺陷(如漏油、感温器松动、卡死等)造成“发动机高温或开窝”的失效模式[1]。此类失效约占总量的1/3。

非故障性失效：指无明显的产品质量缺陷仍然存在“发动机高温或开窝”的失效模式。此类失效约占总量的2/3。

故障性失效，其失效原因显而易见，均为制造过程工艺存在问题，只要重视过程质量控制，硅油风扇离合器故障性失效将会大大降低。而非故障性失效，原因难以判断，常常令硅油风扇离合器生产厂家感到莫明其妙。在此，本文将重点探讨非故障性失效模式原因分析及解决措施。

2、非故障性失效模式原因分析

非故障性失效是怎样产生的呢?我们先了解一下硅油风扇离合器的工作原理和硅油风扇离合器在汽车行驶工况的工作原理。

2.1 硅油风扇离合器工作原理

硅油风扇离合器由主动轴、后盖、前盖、感温器、阀片轴、阀片、轴承等部件组成。（图1）

硅油风扇离合器用硅油作为介质，利用硅油的粘度特性来传递扭矩[2]，通过热敏感温器感知散热器后面空气的温度自动控制硅油风扇离合器的分离和啮合。热敏感温器是硅油风扇离合器的核心部件，当散热器后面空气的温度低时，感温器产生形变关闭硅油进油孔，因离心作用，硅油从工作腔流回硅油池，离合器分离，风扇转速减慢，此时基本上是空转[2]；当散热器后面空气的温度高时，感温器产生形变打开硅油进油孔，硅油从硅油池流进工作腔，离合器啮合，风扇高速运转。

2.2 硅油风扇离合器在汽车行驶工况工作原理

汽车行驶时，当散热器水温高于最佳冷却水温时，汽车行驶产生的迎面风与散热器散发的高温形成高温气流，此高温气流传送到硅油风扇离合器感温器处，感温器感知高温空气产生形变打开硅油进油孔，此时硅油风扇离合器处于啮合状态，风扇高速运转，形成大量冷却气流使散热器冷却水温度逐渐下降[3]。反之，当散热器水温低于最佳冷却水温度时，汽车行驶产生的迎面风与散热器散发的低温形成低温气流，此低温气流传送到硅油风扇离合器感温器处，感温器感知低温空气产生形变关闭硅油进油孔，此时硅油风扇离合器处于分离状态，风扇低速运转，散热器冷却水温度逐渐上升。(图2)

2.3 非故障性失效模式原因分析

从硅油风扇离合器的工作原理和硅油风扇离合器在汽车行驶工况工作原理中，我们发现，硅油风扇离合器分离与啮合控制条件为：迎面风与散热器散发的空气温度混合组成一定温度的空气流传递到硅油风扇离合器感温器处,感温器产生形变。不难看出：感温器感知的是空气温度而非散热器内冷却水真实温度。

硅油风扇离合器生产厂家的企业标准中的啮合温度和分离温度参数值，均指空气温度而非散热器内冷却水真实温度。

啮合温度和分离温度参数值是经过大量的摸拟试验和大量的汽车路试，测出大量的数据进行整理、分析、比照、类比确定的，是一种类比参数值。如啮合温度65℃是指离合器感温器处的空气温度65℃代表散热器冷却水真实温度95℃。而摸拟试验和汽车路试均在设定工况（如规定迎面风的大小，硅油风扇离合器与散热器间距离，散热器的风阻，发动机转速，散热器进出水温度等条件）下进行的。因此这种类比的参数值具有代表性和通用性，适用汽车行驶中大多数工况，但可能不适用汽车行驶特殊工况。

当汽车重载或超载且又行驶在路况较差的公路上时，或当汽车重载或超载爬坡时，此时，发动机负荷重，热负荷大，冷却水升温急速；车速慢，迎面风小，冷却条件极差。以上工况表明：一方面发动机热负荷大，冷却水水温升温急速，急需散热冷却；而另一方面车速慢，迎面风小，不能及时将散热器周边高温空气迅速传递到硅油风扇离合器感温器处。即使散热器内水温已接近100℃，而硅油风扇离合器的感温器处空气温度仍低于65℃。此时，硅油风扇离合器仍处于分离状态，冷却风量明显不足，无法正常冷却，进而导致发动机高温或开锅。

当汽车冷却系统布局不合理，硅油风扇离合器距散热器距离过大时，高温热空气传递减慢，或不能及时迅速的传递到硅油风扇离合器感温器处，同样会导致发动机高温或开锅。

综上所述，硅油风扇离合器的非故障性失效的根本原因应为：汽车在特殊恶劣工况下行驶，或汽车冷却系统布局不合理，使原设定的温度类比关系与实际的温度类比关系不符，硅油风扇离合器啮合延迟或不啮合，进而导致发动机高温或开锅。

3、非故障性失效解决措施探讨

3.1 修改硅油风扇离合器性能参数值

考虑到汽车在特殊恶劣工况行驶,如汽车重载或超载行驶，汽车重载或超载爬坡行驶等，修订设定温度类比关系，使设定的温度类比关系更接近该特殊恶劣工况实际的温度类比关系。经多次进行汽车重载爬坡行驶模拟试验，最后将原啮合温度参数值60℃-65℃，修改为55℃-60℃。经路试效果良好，节能效果无明显下降。

3.2 正确布置汽车冷却系统

我们知道，硅油风扇离合器生产厂家的企业标准或行业标准中的啮合温度和分离温度参数值是在设定条件确定的。主机厂在布置汽车冷却系统时应尽量考虑接近设定条件，减小设定的温度类比关系与实际的温度类比关系误差。汽车冷却系统正常布置如图3。

4、结论

（1）硅油风扇离合器非故障性失效根本原因是：多方面因素导致硅油风扇离合器原设定的温度类比关系与实际的温度类比关系不符，硅油风扇离合器啮合延迟或不啮合。

（3）正确布置汽车冷却系统是解决硅油风扇离合器非故障性失效良好途径。

（3）修改硅油风扇离合器性能参数值，适当降低啮合温度是解决硅油风扇离合器非故障性失效最佳途径。路试证明，啮合温度设置在55℃-60℃时，效果明显。

[1] 赵荣林,.硅油风扇离合器的正确使用及故障分析.内燃机1996, 05：29-31.

[2] 魏宸官,张少华,.硅油风扇离合器调速灵敏性分析[J].汽车工程1997.01:41-44,51.

[3] 冉振亚，韩兆运，赵树恩。重型车用新型硅油风扇离合器的设计[J].机械设计与制造，2006, 03:12-13.

分析上面的图形可以看出，对原始波形进行算术平均滤波后，波形在峰值附近比较不平滑；对原始波形进行一阶低通滤波后，波形虽然相对光滑，但是滤波效果不好，对原始波形先进性一阶低通滤波然后进行算术平均滤波，波形在峰值附近相对比较光滑，并且滤波效果要比仅仅进行一阶低通滤波的波形好。

3、实验及结论

示功特性是指减振器在压缩和复原行程中的阻力变化特性。示功图也可以显示减震器在工作过程中的吸功能力。从示功图上可以直观的看出减震器的最大压缩阻力和复原阻力。通过示功图可以看出减震器的设计效果，示功图应当稳定、完整，不应有空行程、阻尼系数突变等畸变情况[5]。某个气压减震器的示功图如图8所示。

参考文献

[1] 祁立君,李录平.基于VB的振动信号采集与分析系统的研究[J].微计算机信息，2007，9：118-120.

[2] 周庆贵. 基于 VB编程环境数据采集系统的设计[J].测控技术，2008,27（4）：62-64.

[3] 白树森. 基于VB的数据采集系统[J].应用实践，2006,1：74-75.

[4] 曹家兴，薛敏华. 基于 VB 编程的电位滴定数据采集及处理系统[J].现代科学仪器，2010,8：62-64.

[5] 王泉.车辆工程减震技术解析[J].现代制造技术与装备，2008,5：16-18.

Failure mode analysis of viscous fan clutch

Liu Zhengyao, Hu Shuiyang, Yang Changkai, Zhu Hongxue
(Daye nonferrous electromechanical Manufacturing Co. Ltd., Hubei Huangshi 435005)

This paper analyzes the working principle of viscous fan clutch in the condition of the car, draws non-faulty of viscous fan clutch is the root cause of the failure mode, and puts forward solutions and ideas of non-fault failure mode.The results show that the solution effect is obvious.

Viscous fan；Clutch；Failure Analysis

U463.2

A

1671-7988(2015)02-138-03

刘正耀，工程师，就职于大冶有色机电修造有限公司，从事汽车风扇离合器设计试验研究。