汽油機雙質(zhì)量飛輪在使用中異響及改善

司曉亮，魯趙勝，葉鑒民，張文全

(1.貴州吉利發(fā)動機有限公司，貴州 貴陽 550014；2.寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司，浙江 寧波 315336)

0 引言

在20世紀(jì)80年代中后期，雙質(zhì)量飛輪在傳統(tǒng)的車型上進行使用，由于其優(yōu)異的傳動系解耦減振性能，在歐洲及中國市場，雙質(zhì)量飛輪被各大汽車OEM廠商越來越多地應(yīng)用在增壓發(fā)動機與手動變速器或雙離合變速器配置的車型上[1]。因雙質(zhì)量飛輪的結(jié)構(gòu)和在發(fā)動機變速器合裝過程中控制的不良會產(chǎn)生使用中異響問題，因此需要從零部件的生產(chǎn)過程質(zhì)量控制和外部應(yīng)用環(huán)境發(fā)變合裝的質(zhì)量管控，使得該問題徹底得到解決，本文對這一問題進行專題探討。

1 車輛使用過程中異響描述

使用雙質(zhì)量飛輪類似結(jié)構(gòu)的轎車和SUV行駛在4000～5000公里時，發(fā)現(xiàn)車輛在怠速時機艙有異響，為間歇性的金屬摩擦聲音。用NVH(NVH是三個英文單詞Noise、Vibration和Harshness首字母的縮寫，是汽車噪聲、振動和舒適性等各項指標(biāo)的總稱[2])軟件對異響頻譜分析。

NVH的分析需要具備采集聲音的傳感器，連接傳感器的若干根數(shù)據(jù)線、電源線、以及異響頻譜的軟件。

數(shù)據(jù)采集的最終目的是從采集的數(shù)據(jù)中提取到有用的信息[2]。

傳感器的安裝位置即測量位置，因此，安裝位置的總原則是：能反映出被測結(jié)構(gòu)的振動特性，滿足測試要求[2]。一般來說，振動測量分為以下幾類：幅值測量、固有頻率測量、傳遞率測量、模態(tài)測試和其他類型測量等[2]。

圖1 汽車簡圖

本文中對雙質(zhì)量飛輪異響的分析，使用固有頻率測量方式進行頻譜分析。安裝一個傳感器即滿足測量要求，傳感器的安裝位置在發(fā)動機和變速器結(jié)合處。如圖1所示。

異響頻譜圖(橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示頻率或反之)，頻譜分析顯示異響的特征是金屬之間的摩擦產(chǎn)生的噪音，異響頻率明顯的頻率段為3.5～5 kHz、9.5～11.5 kHz，12～14 kHz。

更換新的雙質(zhì)量飛輪后試車無異響。

2 雙質(zhì)量飛輪異響原因及機理

圖2 雙質(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)圖

飛輪的主要作用是儲存做功行程中的部分能量，并在其他行程中釋放出來，使活塞順利地越過上、下止點，以保持曲軸旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)[3]。

雙質(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)主要由主飛輪、CPA(Centrifugal Pendulum Absorber)(CPA分為擺塊/滾子/法蘭)、彈簧、導(dǎo)軌、支撐環(huán)、花鍵轂等組成。如圖2、圖3所示。

圖3 雙質(zhì)量飛輪CPA子零件結(jié)構(gòu)圖

雙質(zhì)量飛輪異響主要有以下幾種原因引起：CPA與法蘭摩擦；CPA與彈簧刮擦；CPA與導(dǎo)軌刮擦；導(dǎo)軌與彈簧摩擦；金屬異物與子零件的碰撞等。

3 驗證與分析

3.1 故障件拆解檢查

對故障件進行拆解確認(rèn)，彈簧有向內(nèi)彎曲形狀，彈簧的內(nèi)徑有異常磨損痕跡，如圖4所示，CPA外圓有輕微的磨損痕跡，如圖5所示。

圖4 彈簧磨損變形圖

圖5 CPA外圍磨損圖

拆解正常的飛輪進行對比，未發(fā)現(xiàn)子零件磨損彎曲等異常。

3.2 方案驗證

3.2.1 合箱裝偏驗證

圖6 發(fā)動機和變速器合裝圖

方法：在發(fā)動機和變速器合裝過程中，導(dǎo)向銷和銷孔中心不對中，進行蠻力裝配(圖6)。

組裝后的發(fā)動機放置24 h，之后在發(fā)動機性能臺架上進行耐久試驗8 h，整個過程進行布點監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)有異響的聲音。頻譜分析異響頻率段主要在1～2.5 kHz、5～7 kHz區(qū)間。

3.2.2 彈簧彎曲驗證。

圖7 彎曲彈簧樣件

方法：制造一個彎曲的彈簧，使之和CPA可以接觸到。如圖7所示。

將變形彈簧裝配成飛輪，之后進行整機裝配，完成后進行發(fā)動機性能臺架耐久試驗10 h驗證。整個過程進行布點監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)有異響的聲音。頻譜分析異響頻率段主要在0.5～3 kHz。

3.2.3 CPA異響驗證。

方法：在CPA外圍上焊接同材質(zhì)的異物，使之和彈簧可以接觸到。如圖8所示。

圖8 CPA焊接異物樣件

將CPA裝配成飛輪，之后進行整機裝配，裝配完成后進行發(fā)動機性能臺架耐久試驗10 h驗證，整個過程進行布點監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)有異響的聲音。頻譜分析異響頻率段主要在1～5 kHz。

3.2.4 導(dǎo)軌間隙驗證

圖9 導(dǎo)軌樣件圖

方法：制作內(nèi)彎的導(dǎo)軌，使之與彈簧可以貼合，如圖9所示。

裝配成飛輪，之后進行整機裝配，完成后進行發(fā)動機臺架耐久試驗10 h驗證。整個過程進行布點監(jiān)控，未發(fā)現(xiàn)有明顯異響的聲音。

4 改善方案實施

4.1 改進方案1(導(dǎo)向銷尺寸規(guī)范)

針對發(fā)動機和變速器合裝中心不對中問題，進行規(guī)范要求。優(yōu)化前發(fā)變合裝的導(dǎo)向銷沒有對尺寸進行技術(shù)要求，導(dǎo)向銷能安裝進銷孔則視為合格。根據(jù)銷孔的尺寸公差并結(jié)合安裝的便捷性對導(dǎo)向銷進行了優(yōu)化。主要對導(dǎo)向銷的外徑尺寸進行了技術(shù)要求。

改進方案：主要對發(fā)動機和變速器在合裝過程中的導(dǎo)向銷尺寸公差進行規(guī)范。銷尺寸要求：D1≥Φ10.5 mm，D2≥Φ10.9 mm，如圖10所示。

圖10 導(dǎo)向銷實物圖

裝配完成后，對發(fā)動機進行性能臺架耐久10 h驗證，NVH音頻分析，異響不存在。

4.2 改進方案2(CPA尺寸控制)

針對彈簧與CPA接觸產(chǎn)生的摩擦，對CPA尺寸進行管控。

改進方案：通過對生產(chǎn)過程以及工藝的優(yōu)化，使CPA整體的圓周尺寸縮減0.062 mm，避免了CPA在運轉(zhuǎn)過程中和彈簧間的摩擦。如圖11所示。

圖11 CPA尺寸減小方案

裝配完成后，對發(fā)動機進行性能臺架耐久10 h驗證，NVH音頻分析，異響不存在。

4.3 改進方案3(彈簧彎曲控制)

針對彈簧與CPA接觸產(chǎn)生的摩擦，對彈簧的彎曲度進行管控。

改進方案：針對彈簧向內(nèi)彎曲變形，特別制作控制輪廓形狀的檢具。俯視彈簧最大輪廓與刻度尺進行比對，小于30 mm產(chǎn)品OK，大于30 mm產(chǎn)品NOK。如圖12所示。

圖12 彈簧檢具圖

裝配完成后，對發(fā)動機進行性能臺架耐久10 h驗證，NVH音頻分析，異響不存在。

4.4 改進方案4(增加塑料墊片)

圖13 CPA增加塑料墊片方案圖

針對CPA和法蘭接觸產(chǎn)生的摩擦，在CPA和法蘭之間增加塑料墊片，如圖13所示，避免金屬件接觸產(chǎn)生的異響。

裝配完成后，對發(fā)動機進行臺架耐久10 h驗證，NVH音頻分析，異響不存在。

圖14 NVH音頻頻譜圖

5 結(jié)語

通過飛輪異響的分析可得出一些共性的結(jié)論：

1)發(fā)動機變速器在合裝過程中需要避免蠻力操作，導(dǎo)向銷的尺寸公差需技術(shù)規(guī)范，在工藝文件，作業(yè)文件中進行明確說明。

2)CPA的圓周尺寸需重點質(zhì)量管控，避免公差過大帶來的摩擦異響。

3)彈簧的彎曲輪廓度需重質(zhì)量管控，避免干涉帶來的摩擦異響，在生產(chǎn)過程和出廠檢驗文件中給予明確。

4)增加塑料墊片結(jié)構(gòu)避免了金屬件之間接觸產(chǎn)生的摩擦異響，類似結(jié)構(gòu)零件均可借鑒使用。

5)雙質(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化對類似產(chǎn)品可提供借鑒意義。