Szabadonfutó generátor-szíjtárcsák

Az elmúlt 10 évben ugrásszerűen megnövekedett a szabadonfutó szíjtárcsák alkalmazása a gépjárművek generátorainak hajtásánál, mivel a tervezők felismerték az előnyeit. Ma már sok cég gyártja ezt a terméket. Az alábbiakban megismerhetjük azt a folyamatot, amikor egy látszólag egyszerű autóalkatrész gyártása milyen nem egyszerű műszaki lépéseket tartalmaz, amibe beletartozik a felmérés, a tervezés, a kísérletek és végül a gyártás.

A szabadonfutó szíjtárcsák alkalmazásának felfutása miatt az elmúlt években komoly erőfeszítéseket tettek a tervezés, kísérletezés, gyártás területén, és ennek eredményeként jelenleg az egyik legjobb minőségű szabadonfutó tárcsát tudják előállítani. A fenti innovációs folyamatot próbáljuk most ismertetni.

Először is nézzük meg a már sokat említett tárcsa (amit sok helyen „Clutch pulley”-nek, kuplungtárcsának is hívnak) előnyeit:

– szétválasztja a generátort a motor által keletkezett igen jelentős mértékű, nem ciklikus mozgásoktól,

– kompletten javítja a „FEAD” rendszer tulajdonságait, mivel ebben a rendszerben a generátornak igen nagy tehetetlenségi nyomatékai vannak (FEAD = Front End Accessory Drive – főtengely szabad véghez csatlakozó járulékos hajtás),

– a hajtószíjnak hosszabb élettartamot biztosít,

– a többfunkciós feszültségszabályzóknak védelmet nyújt túltöltés ellen,

– elnyeli, csökkenti a vibrációt, a rezgéseket a rendszerben,

– redukálja a szíj megcsúszását és a zajt a hajtásban.

Az alábbiakban a ZEN cég szabadonfutó tárcsákról, valamint a folyamatot a tervezés körülményeiről és a tesztelésekről szóló műszaki leírásából adunk közre részleteket.

Tervezési jellemzők

A tervezési jellemzőknél a legfontosabb az volt, hogy a fent leírt előnyöket a termék valóban teljesíteni tudja. Ennek érdekében legyen egy „compact” tervezésű, kevés alkatrészt tartalmazó tárcsa. A csapágyak és a rugók előállítói legyenek minőségileg biztosított ISO-TS szállítók. A működést tekintve, elsődleges az „egyirányú hengergörgős” rendszer. Ebben a rendszerben a ZEN cégnek igen nagy tapasztalata van, mivel a hasonló elven működő indítómotor-bendixeket már az 1960-as évek óta gyártja.

A tárcsa háza erős, robusztus szerkezet, belső vezérlőbütykök kialakítással, hidegmegmunkálással. Az anyag 10B22 acél, amit a folyamatok végén hőkezelnek. A tárcsa forgatónyomaték-terhelése elérheti az 500 Nm-t is.

A beépített rugóknál egy új „rugalmassági állandó” tervezéssel alakították ki a rendszert, és ezzel elérték, hogy nagy forgási sebességeknél és kis szabadonfutási nyomatéknál a megcsúszást elkerüli.

A benchmarking folyamat

A benchmarking „összemérés”-t jelent, ahol a versenytársakat és más gyártók termékeit is összevetik, és a fejlesztésnél, valamint a gyártásnál az információk segítségével megpróbálják a legjobb terméket létrehozni.

A benchmarking folyamata a következő:

– tervezés,

– adatgyűjtés,

– elemzés,

– adaptálás,

– implementáció,

– lezárás.

A ZEN cég a fenti folyamatot alkalmazta. A tervezésnél olyan műszaki megoldásokat is alkalmaztak, melyek más gyártónál nem találhatóak meg, és ezzel tovább tudták javítani termékük megfelelőségét. Ezek közül megemlíthetjük:

– a kettős tömítés a tárcsa mindkét oldalán,

– tömítés a csapágy és az egyutas kuplung között,

– 5 vagy 6 db hengergörgő, melyek növelik a csapágyak kopófelületeit,

– SAE 52100 acél, hőkezeléssel a csapágy előállításánál.

A termék teljesítőképessége

A szíjtárcsára dinamikus szimulációs modellt alkottak: a modell egy rendszer vagy szerkezet absztrakciója, amely a tervezési fázisban a megértést és a kezelhetőséget célozza. A modell az adott rendszert egy bizonyos absztrakciós szinten teljes mértékben leírja. Bemutatja a rendszer belső viselkedését. Tartalmaz a befolyásoló tényezők hatását mutató diagramokat, működési diagramokat, és ezeknek a segítségével lehet javítani a tárcsa tervezési folyamatait. Ezt a modellt alkalmazták a tervezésnél és a számításoknál.

A tárcsa mechanikai szilárdságának számítása a „FEA” (Finite Element Analisys – végeselem-analízis) segítségével történt. A módszer a szerkezetek terhelés hatására történő deformálódásának meghatározására szolgál. A „FEA”-val optimalizálni lehet a tárcsa szilárdsági méretezését, aminek segítségével lehetett elérni, hogy 18 000 min-1 fordulat felett is megfelelően működjön és a csúszásokat is elkerülje.

A tesztmérési adatok feldolgozásánál az „RT” (real time – valós idejű) spektrumanalizációt használtak. Ez alkalmas arra, hogy az időben változó spektrumot elemezni tudják, minden egyes időpillanatban, minden egyes frekvenciát látni lehet a kiválasztott sávban. A mintavételi pontokat csoportosítják és azokon „FFT” műveletet, azaz gyors Fourier-transzformációt hajtanak végre. Ez a művelet, amit ma már igen sok helyen használnak, alkalmas arra, hogy a káros tranzienseket, rezgésállapotokat kiszűrjék és optimalizálják a rendszert.

A csapágy tervezésénél a csapágy radiális hézagának pontos kiszámítása és annak célorientált specifikációja növeli a csapágyak élettartamát.

A speciális tömítéseket és a kenőanyagokat nagy hőmérsékletre tervezték. Nagy teljesítőképességű zsír kenőanyagot alkalmaznak. Csak a meghatározott kenőanyagok alkalmasak a szabadonfutó kuplungrendszerhez. A ZEN közösen dolgozott a vezető kenőanyagcégekkel, hogy kidolgozzák a legjobb megoldásokat. Az eredmény az, hogy a nagy teljesítményű kenőanyag hosszú ideig tud dolgozni, extrém körülmények közt is.

OEM érvényesítési tesztek

Az OEM – Original Equipment Manufacturer – beszállítóknak termékük megfelelőségének igazolására különféle speciális tesztberendezések segítségével kell vizsgálatokat végezniük. A szabadonfutó szíjtárcsáról a következő fontos működési adatokat mérték:

– a hajtószíj feszessége különböző üzemi körülményeknél,

– a környezeti hőmérséklet,

– a generátor kimenő teljesítménye,

– a generátor tengelyforgásának viselkedése,

– nagy sebességű teszt nagy hőmérsékleten,

– tesztek normális feltételek közt, amikor megfelelő kenőanyagot használtak,

– tesztelés fokozott aciklikus mozgásoknál,

– tesztelés nagy fordulatú ciklikus mozgásoknál,

– sós víz és sár teszt.

Ez utóbbi 85 órán keresztül tart szennyezett körülmények között. Jelentős károsodás a tárcsában és a működésben nem történt.

Alkalmazhatóság

A fenti tervezési, tesztelési, javítási időszakok után a végső vélemény a jelenleg gyártott szabadonfutó tárcsákról: egyszerű, megbízható, robusztus tárcsa lett a megoldás.

Jelenleg a cég több mint 70-féle tárcsát gyárt és forgalmaz. Potenciális szállítója az OEM piacnak, a terméktulajdonságok alapján képes a nagy autóipari gyártóknak megfelelni.

Horváth Péter

Fer-Vill Kft.

Forrás:

A ZEN új technikai ismertetője alapján

A „ZEN” céget 50 évvel ezelőtt alapították Brazíliában, Brusque városában. Jelenleg mintegy 1000 alkalmazottja van, és a világ alkatrészgyártó-piacában egy jelentős gyártónak, beszállítónak minősül. Több mint 60 országba exportálja termékeit, köztük az USA-ba is, és nemcsak utángyártó, hanem közvetlen beszállítója is a nagy autógyáraknak. A legnagyobb gyártási profilja a bendixek területén van, ezekből például 900-féle típust állítanak elő. Jelentős a termelésük a kefetartókból és a tárcsákból is.