飛輪齒圈故障分析及改進(jìn)

宋秀琴　于振鵬

摘 要：通過對(duì)售后故障模式、圖紙、加工工藝分析研究，結(jié)合測(cè)量系統(tǒng)分析結(jié)果，提出改進(jìn)方案并驗(yàn)證，售后故障率明顯降低。提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，降低售后故障索賠，從而提高企業(yè)市場(chǎng)竟?fàn)幜Α?/p>

關(guān)鍵詞：測(cè)量系統(tǒng)分析；齒圈熱裝；倒角改進(jìn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.169

0 引言

飛輪齒圈引起的發(fā)動(dòng)機(jī)故障占整車總故障的比率較高，自08年起進(jìn)行過多次改善，但效果并不明顯，2011年飛輪齒圈打齒、啃齒故障頻繁，故障率高達(dá)45700ppm，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量。

1 售后故障模式

隨機(jī)抽取300件售后故障齒圈進(jìn)行檢查，其故障特點(diǎn)主要有三類：三點(diǎn)磨損、整周磨損、局部斷齒。

2 故障分析

2.1 齒圈入庫檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

按現(xiàn)行工藝流程，齒圈節(jié)圓跳動(dòng)A供方不合格率為87%，B供方為23%，超差嚴(yán)重。超差比較嚴(yán)重分析有兩方面原因：一方面是供方與我公司檢測(cè)方法不同；另一方面是設(shè)計(jì)、加工工藝問題。以下從這兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.2 測(cè)量系統(tǒng)分析

供方與我公司檢測(cè)方法不同，為確定一種更為合理的檢查方法，消除檢測(cè)方法不同帶來的影響，進(jìn)行以下測(cè)量系統(tǒng)分析。

2.2.1 測(cè)量方法說明

每個(gè)齒圈測(cè)量6個(gè)位置，1#、4#位置正對(duì)螺紋孔處，其余錯(cuò)開螺紋孔均勻分布；每個(gè)供方測(cè)量30件，共60件；每個(gè)位置L1、L2、L3三個(gè)值（L1為量棒千分尺測(cè)量值；L2為卡尺測(cè)量值、L3為三坐標(biāo)測(cè)量值）。

2.2.2 量棒千分尺、卡尺測(cè)量測(cè)量方法與三坐標(biāo)測(cè)量方法比較

（1）使用等方差檢驗(yàn)及雙樣本T檢驗(yàn)，對(duì)量棒千分尺、卡尺兩種測(cè)量方法進(jìn)行檢驗(yàn)，P值均<<0.05即兩種方法離散性無差異。

（2）三坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果>>卡尺/量棒測(cè)量結(jié)果。

2.2.3 測(cè)量分析結(jié)論

根據(jù)以上測(cè)量系統(tǒng)分析來看，若以齒圈壓圓狀態(tài)下0.20徑向跳動(dòng)控制，以量棒千分尺法（圖8）測(cè)量較可信；三坐標(biāo)測(cè)量，齒圈內(nèi)圓圓度偏差，以及供方加工方式齒輪基圓與齒圈內(nèi)圓不同心的影響，測(cè)量誤差較大。確定統(tǒng)一采用量棒千分尺法測(cè)量。

2.3 從設(shè)計(jì)、加工工藝角度進(jìn)行分析

（1）設(shè)計(jì)分析。根據(jù)STR齒圈圖紙要求：目前所有飛輪定位尺寸為φ430 0 -0.063，飛輪齒圈的定位尺寸為φ430+0.097 0，圓度要求為0.25；經(jīng)計(jì)算配合最大間隙為0.16。最小間隙為0，在目前發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)下裝配，根本無法裝配。

（2）齒圈加工工藝分析。1）因齒圈屬于薄臂件，根據(jù)目前國內(nèi)齒圈加工水平，，熱處理后變形很大，內(nèi)孔圓度和平均尺寸也隨材料批次、熱處理加熱時(shí)間和冷卻液溫度的變化而變化，如齒圈淬火后滿足圓度要求0.25，必須進(jìn)行人工校圓，校圓后內(nèi)孔尺寸至少30%超差。2）為滿足飛輪齒圈內(nèi)孔尺寸、圓度和冷裝狀態(tài)下裝配要求，各齒圈加工供方加工工藝：齒頂圓、端面加工到尺，內(nèi)孔為工藝孔→以內(nèi)孔定位滾齒→齒部淬火→夾齒頂精鏜內(nèi)孔。在夾齒頂鏜內(nèi)孔工序：因齒部淬火時(shí)變形加大，部分內(nèi)孔變形達(dá)1毫米以上，再夾持很難將內(nèi)孔圓度校正到0.2以內(nèi)；車床重復(fù)三爪定心，至少有0.1的變化量。

（3）分析結(jié)論。根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，在配合尺寸鏈：缸體、飛輪殼、飛輪的加工滿足圖紙要求情況下，飛輪齒圈與起動(dòng)機(jī)的配合齒側(cè)間隙為0.5～0.8。推測(cè)在目前飛輪齒圈的加工工藝下，因熱處理后精鏜內(nèi)孔造成齒圈節(jié)圓相對(duì)內(nèi)孔跳動(dòng)較大，使跳動(dòng)大的局部位置與起動(dòng)機(jī)配合齒側(cè)間隙較小或幾乎為零，造成齒圈局部打齒，起動(dòng)機(jī)因電流過高而燒毀。

發(fā)動(dòng)機(jī)停車時(shí)曲軸總是?？吭谀硯讉€(gè)固定的位置，使齒圈出現(xiàn)有規(guī)律的三點(diǎn)磨損現(xiàn)象。飛輪齒圈的這一集中磨損情況將使起動(dòng)機(jī)齒輪與其進(jìn)入嚙合的能力惡性下降， 從而直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能， 噪音加大， 甚至使二者失去嚙合能力致使飛輪齒圈報(bào)廢。倒角不好，使起動(dòng)機(jī)齒輪無法進(jìn)入，從而造成端面整周磨損。

3 改進(jìn)方案確定

統(tǒng)一采用量棒千分尺測(cè)量齒圈節(jié)圓跳動(dòng)[1]，消除測(cè)量方法不同帶來的影響。在盡量保證不改變飛輪設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)齒圈設(shè)計(jì)、加工工藝流程及裝配方法進(jìn)行改進(jìn)。解決齒圈節(jié)圓相對(duì)內(nèi)孔跳動(dòng)較大，使起動(dòng)機(jī)齒輪無法進(jìn)入問題。

（1）齒圈與飛輪改為430h8/N9過渡配合，內(nèi)孔圓度改為0.5，熱處理后無需再進(jìn)行內(nèi)孔精鏜。齒圈采用熱裝配，加熱方式為感應(yīng)加熱[2]，冷卻后消除了內(nèi)孔圓度的影響。（2）齒圈加工工藝調(diào)整，齒頂圓、端面及內(nèi)孔加工到尺寸，以內(nèi)孔定位滾齒，齒部淬火后內(nèi)孔不再精鏜。（3）螺紋包括底孔在感應(yīng)淬火后加工，保證螺紋孔位置度；（4）為保證起動(dòng)機(jī)齒輪無障礙進(jìn)入，同時(shí)保證齒根部強(qiáng)度，對(duì)齒圈倒角結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改。改進(jìn)前：倒角相貫線與齒對(duì)稱線平行，倒角太小起動(dòng)機(jī)齒輪不易進(jìn)入，倒角太大齒根強(qiáng)度不夠。改進(jìn)后：倒角相貫線與齒廓平行，齒頂部倒角過中線，最大為齒寬的2/3，保證起動(dòng)機(jī)齒輪無障礙進(jìn)入，同時(shí)保證齒根部強(qiáng)度。為配合熱套工藝，飛輪尺寸調(diào)整如下：① 飛輪熱裝齒圈前摩擦面進(jìn)行斜切變形，變形量由生產(chǎn)工藝決定，保證齒圈熱裝后飛輪摩擦面平面度在0.05 之內(nèi)（沿圓形軌跡測(cè)量）；②飛輪帶齒圈進(jìn)行靜平衡，靜平衡不平衡量≤95gcm。

4 改進(jìn)方案驗(yàn)證

1000件改進(jìn)后飛輪齒圈試裝驗(yàn)證及分析。（1）質(zhì)量部外檢檢驗(yàn)形體尺寸及材料性能合格。（2）裝機(jī)試車過程無異常情況。 （3）跟蹤售后情況無異常反饋。

根據(jù)以上分析及裝機(jī)驗(yàn)證的情況，改進(jìn)效果良好，對(duì)所有飛輪產(chǎn)品進(jìn)行切換。目前為止，沒有發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后熱裝齒圈的售后故障反饋。2012年為公司節(jié)約成本411.6萬元。

5 結(jié)束語

本文通過對(duì)售后故障模式、圖紙、加工工藝及測(cè)量系統(tǒng)分析研究，得出故障的主要原因是：倒角不好；原加工工藝熱處理后精鏜內(nèi)孔造成齒圈節(jié)圓相對(duì)內(nèi)孔跳動(dòng)較大；飛輪齒圈集中磨損。針對(duì)故障原因提出改進(jìn)方法（統(tǒng)一測(cè)量方法、改進(jìn)設(shè)計(jì)、改進(jìn)加工工藝），通過驗(yàn)證改進(jìn)效果良好。目前未發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后熱裝齒圈的售后故障反饋。提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，降低了售后故障索賠，從而提高企業(yè)市場(chǎng)竟?fàn)幜Α?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]曾劍鋒等.齒輪檢測(cè)技術(shù).第七章7.1.3齒圈徑向跳動(dòng)測(cè)量[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012（09）.

[2]黃連平等.內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置[J].飛輪齒圈熱套工藝的改進(jìn)，2001（02）.