油门线涂油机的开发开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1汽车拉索和润滑脂的简介

汽车拉索按照功能主要分为离合器拉索、选换档拉索、制动器拉索、里程表软轴、油门拉索（即油门线）等^［1］。汽车拉索具有结构简单，装配调整容易，性能可靠，价格低廉及操纵省力等诸多优点，其实物图与结构如图1.1和图1.2所示。工作时芯线3运动而护管6不运动，芯线材料采用优质碳素结构钢丝，GB3206作废，已经改用行业标准YB/T 5303-2010^［2］。

图 1.1 汽车拉索实物图

图 1.2 汽车拉索零件组成

1.连接件 2.芯线接头 3.芯线 4.防尘套 5.护管接头

6.护管 7.外护管 8.调整螺母 9.调整螺管

一般来说，汽车拉索生产时与本设计相关的技术要求^［3］如下:

(1)拉索芯线上应涂有润滑脂。润滑脂性能按GB/T491要求规定或者依供需双方商定。

(2)拉索总成需在表1.1所规定的最小曲率半径下弯曲360°且能拉动自如。

表1.1拉索总成最小工作曲率半径要求

润滑脂是稠化剂和稠化基础油并加入添加剂呈胶体状的半固体润滑材料。稠化剂占润滑脂的 20%～30%，能在基础油液体中分散形成空间网状结构，对液体润滑剂有效吸附和固定作用^［4］。基础油占润滑脂的 70%～80%，它很大程度上影响润滑脂的润滑性、低温型和橡胶相容性等性能。添加剂虽然占的比例最少，但是能很大程度上改善润滑脂的各方面性能。

近年来，中国汽车工业向着重载、高性能、高速以及低耗能、低污染方向飞速发展，所以对汽车零部件的要求越来越高^［5］。虽然汽车用脂占汽车成本比例非常小，但是它涉及200多个部位的润滑^［6］，如图1.3所示。市场上一般追求“终身润滑”，即添加一次后不再更换，一直使用到零件要求达到的寿命为止^［7］。

图 1.3 汽车脂润滑部位及其用量

我国汽车润滑脂以锂基脂和钙基脂为主^［8］，底盘脂绝大多数为钙基脂，锂基脂则用于轮毂轴承和其他零部件。随着零部件工况的严苛，钙基脂的运用也越来越少。例如GB491是关于以动植物脂肪钙基皂稠化矿物油而制得的普通钙基润滑脂，它的使温度用范围为：-10℃～60℃ ^［9］。汽车用操纵拉索总成行业标准《QC/T29101-92》要求的润滑脂性能应符合GB491的规定，但显然，普通钙基润滑脂不能满足现在汽车各种的操作拉索的要求了，所以在国外钙基脂早已被淘汰。《汽车通用锂基润滑脂》标准能满足一般情况下的润滑要求，但对于工况要求相对更加严苛的时候，润滑脂的质量还需提高。国内汽车用润滑脂也有向复合锂基脂和聚脲基脂等高端润滑脂发展，但是普及程度不高^［10］。华南理工大学的黄博硕士进行了脂润滑实验，对比了硅油润滑油、通用锂基润滑脂和PAO（聚-α-烯烃）合成油，得出硅油润滑脂更适用于汽车拉索润滑的结论^［11］。

1.2汽车拉索涂油脂机的意义

汽车拉索是汽车零部件中不可或缺的一部分。其主要用于汽车、摩托车等的刹车、油门、换挡控制等部件。2011年，我国汽车安全事故伤亡人数达6.2万人，连续10年高居世界第一^{［12］［13］}。作为汽车操作部件中的传力部分，拉索的质量不仅会影响到拉索的负载效率以及行程效率进而影响部件的工作性能，而且也与汽车行驶安全密切相关。一般来说汽车拉索失效形式主要有钢丝绳断裂、接头滑脱，护管老化等^{［14］［15］}。拉索的失效以及老化会造成油门、离合器、驻车制动等汽车部件失灵，进而对行车安全造成严重隐患，同时也对汽车生产厂家造成信誉以及经济上造成损失。如2012年，美国通用汽车公司就因驻车制动系统拉索问题而不得不将两千多辆Captiva（科帕奇）车型汽车召回；起亚汽车公司在2011年则由于换挡拉索脱落缺陷在全球召回了7万多辆OPTIMA汽车^［16］。

汽车拉索润滑相关的故障分析有：1.由于润滑脂挥发、失效等原因，使得润滑不良的拉索因为摩擦磨损严重而导致工作噪声大，芯线磨损发生断丝并最终使拉索断裂等；2.由于润滑不良等原因，润滑脂的减震性减弱，汽车拉索由于拉紧后震动的原因而断裂^［17］。

目前汽车拉索生产中仍采用人工劳动涂油脂，而手工劳动涂油脂的方法劳动强度大、效率低，油脂的使用效率低，并且很难保证涂抹均匀，进而影响拉索的质量。研究适用于油门线等拉索的涂油脂机既可使油脂涂抹均匀，让油脂在零件寿命到达之前一直正常提供润滑，又可提高涂油脂的效率，适合大批量生产。因此设计汽车拉索涂油脂机具有很强的现实意义和经济效益。

1.3国内外研究现状

国内目前缺乏针对汽车拉索涂油脂的设备的资料，而钢丝绳涂油机、玻璃纤维涂油机等涂油机的工作原理与结构对于车用拉索涂油脂机的设计具有参考意义。

钢丝绳润滑目前方法有：1.人工涂抹法2.浸渍法3. 头部喷注式滴油法4.油槽润滑法5.涂喷法6.压注法^［18］。

1.3.1人工涂抹法

人工将钢丝绳脂涂抹到钢丝绳表面。这种方法简便，易行，但不能保证表面涂层厚度一致,且效率低。

1.3.2浸渍法

浸渍法主要用于钢丝绳生产。生产前，先将钢丝绳芯(麻芯、纤维芯)用麻芯脂在110℃左右浸24h，确保完全浸透。麻芯中的油脂对于内部钢丝起到润滑与防腐作用。在成绳完毕后,外表面再涂上一层0.5-1mm厚的表面脂，以防止钢丝绳在运输和贮存中被锈蚀。

1.3.3头部喷注式滴油法

对滑轮上卷曲的钢丝绳进行滴油，如图1.4所示^［19］。

图1.4 头部喷注式滴油法

1.3.4油槽润滑法

钢丝绳从油槽中经过，油槽中充满加热的变成液态的润滑脂，滑轮下压钢丝绳，使其侵入油液。涂油轮为固定轴式的油槽润滑结构如图1.5所示，但其停机时，钢丝绳长时间浸泡在高温油液中会产生不利影响。因此沈光秀、梁军设计了改进的油槽润滑涂油机^［20］，用气缸来控制涂油轮的压下或提起。当停车时电磁阀失电复位,气体进入气缸下部使涂油轮提起，结构如图1.6所示。

图1.5 涂油轮为固定轴式的油槽润滑

图 1.6 气动下压方式的油槽润滑

1.涂油轮 2.支座 3.横向走轮 4.支撑光杆

5.导向光杆 6.气缸 7.架体

为了润滑脂加热后又冷却不影响其性能，须对加热温度、加热时间等进行研究。中国科学院兰州化学物理研究所的固体润滑国家重点实验室从流变学的角度分析了冰水浴和自然冷却条件下锂基润滑脂润滑脂在动态条件下的实时变化，锂基润滑脂的流变性能可以很好地反映出润滑脂的胶体安定性和机械安定。实验测量了储能模量G′和损耗模量G"值随温度的变化，并探讨了润滑脂的性能随温度的可逆性变化，储能模量G′表征润滑脂的弹性性质，在一定程度上表明润滑脂结构的完好性; 损耗模量G"表征黏性性质，可表明润滑脂结构的破坏程度^{［21］［22］［23］［24］}。弹性和黏性是相对的，所以要综合考虑二者才能正确判断润滑脂结构的破坏程度。测试条件: 震荡模式，温度由25℃升至120℃，再降至25℃。由图1.7可以看出: 两种润滑脂的储能模量G′和损耗模量G"均以0℃为中心在一定程度上成对称关系，说明两种润滑脂性能均能随温度的恢复而恢复^［25］。

图 1.7 储能模量和损耗模量随温度变化

对用于钢丝绳的油脂加热时，相关经验有：加热温度需要根据油脂的流动性及钢丝绳内部形状的复杂性来决定，一般在100℃左右就可以了。然后将零件浸入,时间为3～5分钟，即可取出^［26］。保温一定时间可以消除内应力。油层必须均匀的覆盖在零件表面上，不允许有气泡。

钢丝绳直径5到180mm，油门线芯线一般为1.5mm。若用于汽车拉索芯线涂油脂，须针对钢丝绳与汽车拉索芯线直径的差别和油脂与防锈油的差别进行改变。冷油脂涂抹不均匀且不易渗透，而油脂加热融化后，将芯线侵入，可得到均匀的薄薄的油脂保护层，同时油脂可进入芯线的互相缠绕的几根钢丝间的缝隙里。

1.3.5涂喷法

涂喷法是用0.2MPa～0.3MPa压缩空气与涂喷脂在贮油筒内混合后，用一套特殊设计的涂喷器使之雾化并均匀地涂喷到钢丝绳的整个表面^［27］，结构如图1.8所示。其使用的是制作一种流动性及渗透性较强的喷涂脂^［28］。涂层的厚度可以通过改变钢丝绳运动速度来实现。待涂喷脂中的溶剂挥发之后，就在钢丝绳表面形成一层均匀的脂膜。换用不同的涂喷器可对各种钢丝绳进行润滑。缺点是需要专用的涂喷脂，须等待润滑脂中的挥发性溶剂挥发。

另外油GT－5型轨道涂器油由油箱、油泵、节流阀和喷嘴等组成，也采用涂喷法。GT－5型轨道涂油器安装在铁路弯道处,用于对车轮轮缘与钢轨侧面接触处涂油,以减少钢轨和轮缘的磨损.延长车轮和钢轨的使用寿命,是比较理想的轮、轨润滑装置。该产品由宝钢总厂设计研究院和江苏省靖江冶金机械厂共同研制开发,并在鞍山钢铁公司钢轨磨损最严重的一段弯道现场实际使用,证明工作可靠,涂油效果好。该产品已于1986年6月通过了冶金部鉴定,同意投入批量生产推广使用^［29］。

图1.8 涂喷法示意图

1.喷头 2.喷环 3.开关 4.导管 5.储液罐

6.压气开关 7.压气导管 8.旋流块 9.喷头套

1.3.6压注法

压注法是在一个密封装置里装有加压的钢丝绳脂，当钢丝绳以一定速度从这个密封装置中穿过时，钢丝绳脂在压力下沿着绳股间的空隙进入到钢丝绳内部的整个断面,使钢丝绳得到充分的润滑。它利用液压力将润滑脂压注到钢丝绳内部,利用压力油的传递和压力释放将钢丝绳内部水分及表面污物挤出，并在钢丝绳表面形成保护油膜，工作时油脂流动状态如图1.9所示。更换不同的密封件，可以用于不同直径的钢丝绳。1990年,洛阳矿山机械研究所率先研制出GZ-l型钢丝绳注油机^［30］。压注法的缺点是需要成套的专用设备，压注速度相对较慢为0.3m/s。压注法效果最好，但由于汽车拉索直径远比钢丝绳小从理论上分析，压注法相对浸渍法和油槽润滑法提升的效果并不明显。表1.2为这些方法运用在汽车拉索上时涂油脂效果和成本的简单对比。

图1.9 压注法油脂流动方向

表1.2 涂油脂方法对比

2. 研究的基本内容与方案

2.1设计的基本内容

针对汽车拉索生产中涂润滑脂的质量和效率问题，考虑汽车拉索的技术要求、其润滑脂的技术参数，设计了适用于汽车拉索芯线涂润滑脂的自动化设备的方案，主要研究内容如下：

1）调研：汽车拉索的特点与技术要求；研究国内汽车拉索润滑脂的使用现状；了解国内汽车拉索涂油脂方法的现状。

3. 研究计划与安排

表3.1毕业设计进度安排

4. 参考文献（12篇以上）

［1］闫瑞森.对变速箱操纵软轴的润滑[j].实用汽车技术,2005(2):19

［2］《优质碳素结构钢丝》,yb/t5303-2010.

［3］《汽车用操纵拉索总成》,qc/t 29101-92.