（江蘇省林海動力機(jī)械集團(tuán)有限公司 江蘇 泰州 225300）

引言

江蘇林海動力機(jī)械集團(tuán)有限公司是國內(nèi)具有研制和生產(chǎn)小型動力及配套機(jī)械的重點(diǎn)企業(yè)。公司擁有國家級企業(yè)技術(shù)中心和國家級博士后科研工作站，擁有一支經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)水平較高的專業(yè)技術(shù)人才隊(duì)伍，有四十多條專業(yè)生產(chǎn)線和柔性生產(chǎn)線組成的國內(nèi)一流的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，具備較強(qiáng)的產(chǎn)品研發(fā)制造能力。林海集團(tuán)研發(fā)的全地形車可任意行駛在沙灘，雪地，林場等惡劣路況，深受廣大歐美國家的喜愛。

1 林?；↓X錐齒輪后橋結(jié)構(gòu)

本文所改進(jìn)的弧齒錐齒輪后橋即為林海集團(tuán)所研發(fā)的T-BOSS550 全地形車（如圖1 所示）所配套的后橋（如圖2 所示）。

圖1 T-BOSS550 全地形車

T-BOSS550 具有良好的動力性與操縱性，每年銷量均在5 000 輛以上，廣受國內(nèi)外好評，但隨著時代的發(fā)展，客戶對噪聲的要求越來越高，已經(jīng)上升為影響銷量的主要原因。T-BOSS550 經(jīng)林海集團(tuán)技術(shù)部門多輪測試，發(fā)現(xiàn)在減速狀態(tài)下，后橋發(fā)出巨大的噪聲，為主要噪聲源。因此針對后橋的降噪改進(jìn)提上日程。

圖2 后橋外形圖

后橋是指車輛動力傳遞的后驅(qū)動總成部分。它由兩個半橋組成，可實(shí)施半橋差速運(yùn)動。同時，它也是用來支撐車輪和連接后車輪的裝置。對于全地形車來說，主流的布置方案采用的是發(fā)動機(jī)后置，因此后橋作為直接動力接受源，處于比較關(guān)鍵的位置。特別是全地形車行駛的路況惡劣，顛簸震動較多，對后橋的強(qiáng)度要求很高。綜合上述考慮，林海采用弧齒錐齒輪結(jié)構(gòu)，軸承支承采用背對背圓錐滾子軸承。這套方案比起普通直齒錐齒輪與深溝球軸承，能承受更大的載荷與更惡劣的路況。林?；↓X錐齒輪后橋具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 林海差速后橋結(jié)構(gòu)圖

2 噪聲原因的查找與分析

采用弧齒錐齒輪后橋雖然能增加承載能力，提高使用壽命，但是某種程度上結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，需要控制的變量就越多，越容易產(chǎn)生噪聲[1-3]。下面我們詳細(xì)敘述后橋噪聲的查找與分析。

a）首先我們將所有產(chǎn)生噪聲的原因進(jìn)行匯總，初步確認(rèn)噪聲來自于后橋嘯叫與異響，從“人、料、機(jī)、法、環(huán)、測量”6 個方面著手，我們制作成故障魚骨圖（如圖4 所示）。

圖4 故障魚骨圖

b）對于這么多影響齒輪嘯叫的原因，顯然會存在幾個主要誘因，其他因素對后橋嘯叫異響的作用并不起主導(dǎo)作用，甚至?xí)蓴_主要原因的尋找。因此我們將圖4 魚骨圖中所有的原因列成了因果矩陣表（表1），通過科學(xué)的權(quán)重計算，查驗(yàn)出影響嘯叫的主要因素。

表1 中特性值分為0，1，3，9 幾種分值，配合相關(guān)系數(shù)中的權(quán)重系數(shù)，即可科學(xué)地得出因果的總分值。

表1 因果矩陣表

接著我們將表1 的評分按從高到低重新排序，我們就可以找到影響后橋噪聲的7 大主因（表中★）如下：

2）錐齒輪安裝距調(diào)整不到位（齒隙調(diào)整）；

3）配對齒輪混淆使用；

7）差速器殼體關(guān)鍵尺寸一致性差；

10）齒形加工差（不均勻）；

12）后橋軸承座/箱體尺寸公差大；

14）圓錐滾子軸承游隙過大；

11）齒面精度差。

c）對于找出的主因，我們一一進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)是否符合實(shí)際情況，得出的結(jié)論如表2 所示。

表2 其他主因驗(yàn)證表

3 對產(chǎn)生噪聲的主因進(jìn)行改進(jìn)

根據(jù)表2 我們將所有的因素進(jìn)行歸納分類，分為“質(zhì)量控制、裝配、設(shè)計”3 大類別，針對這3 大類別，下面我們分別作出改進(jìn)。

a）設(shè)計方面的對策與改進(jìn)確認(rèn)

通過查找文獻(xiàn)與科技論文，我們了解到在傳動系統(tǒng)中，軸承可視為彈簧阻尼單元連接著軸和箱體，它一方面支承軸系，對齒輪嚙合狀態(tài)產(chǎn)生重要影響；另一方面通過軸承力激勵箱體振動，其剛度直接影響整體動力學(xué)性能。

實(shí)際應(yīng)用中，我們的后橋采用的是背對背安裝方式的圓錐滾子軸承，這種情況下軸承游隙的存在不可避免。過大的軸承游隙使嚙合產(chǎn)生的軸向力，軸承支承剛度不足會引起軸竄動產(chǎn)生噪聲；而過小的軸承游隙會造成軸承異常磨損，降低使用壽命。因此我們需要對表2 問題中的“后橋軸承座/箱體尺寸公差大”，“圓錐滾子軸承游隙過大”進(jìn)行合理控制。

圖5 即為影響這2 個問題所牽涉零部件的組件圖。由組件圖可知，圓錐滾子軸承游隙受軸承座尺寸A（圖6）與隔套尺寸B（圖7）控制，它們相互之前形成了一串尺寸鏈。

圖5 后橋軸承座組件結(jié)構(gòu)圖

圖6 軸承座尺寸A

圖7 軸承隔套尺寸B

首先我們通過提高A 尺寸的加工精度，減小此處的公差帶來解決“后橋軸承座/箱體尺寸公差大”的問題，然后我們通過適當(dāng)改變B 的尺寸，來與A 尺寸配合，解決“圓錐滾子軸承游隙過大”這個問題。

b）零部件質(zhì)量控制的對策和改進(jìn)確認(rèn)

對照表2 質(zhì)量控制方面共有3 個比較大的問題，分別是：

差速器殼體關(guān)鍵尺寸一致性差；

齒形加工差（不均勻）；

齒面精度差。

對于差速器殼體，我們?nèi)珯z所有重要尺寸并記錄，如圖8，圖9 所示。

圖8 差速器殼體重要尺寸

圖9 各尺寸合格率柱狀圖

根據(jù)測量結(jié)果，向配套廠家反饋，要求配套廠將零件的合格率提高，從而解決這個問題。

“齒形加工差（不均勻）”，“齒面精度差”這2 個問題都涉及錐齒輪的加工成型工藝，正確的錐齒輪嚙合痕跡如圖10 所示。

圖10 弧齒輪正確嚙合圖

我們把林海噪聲比較大的后橋拆開，用紅色的油泥進(jìn)行錐齒輪嚙合檢查，得到了下面的圖片。如圖11 所示嚙合區(qū)整體偏小，導(dǎo)致的后果就是錐齒輪嚙合時振動過大，極易產(chǎn)生噪聲。圖12 為我們改進(jìn)錐齒輪加工工藝后的嚙合區(qū)，從圖片上看已經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)嚙合區(qū)基本一致。

圖11 改進(jìn)前弧齒輪嚙合圖

圖12 改進(jìn)后弧齒輪嚙合圖

c）后橋裝配的對策和改進(jìn)確認(rèn)

由后橋裝配造成噪聲的主因有2 個，即“配對齒輪混淆使用”與“錐齒輪安裝距調(diào)整不到位（齒隙調(diào)整）”。

后橋裝配中，主動錐齒輪與從動錐齒輪是配對加工，同樣也是配對裝配的。車間裝配時，由于操作工人粗心大意，會造成配對齒輪混淆使用的情況，加強(qiáng)員工培訓(xùn)與車間管理，這個問題很快就可以得到解決。

“錐齒輪安裝距調(diào)整不到位”就是我們通常說的錐齒輪齒隙調(diào)整，由于零部件加工累計公差的存在，錐齒輪安裝必然出現(xiàn)偏離標(biāo)準(zhǔn)安裝距的現(xiàn)象。齒隙過大則會發(fā)生減速嘯叫；齒隙過小則會發(fā)生加速嘯叫；甚至某些極端情況會發(fā)生齒輪卡死的狀況，根據(jù)林海錐齒輪后橋的實(shí)際情況，我們在下面3 處地方增加了墊片A、B、C 調(diào)整，如圖13，圖14，圖15所示。

圖13 調(diào)整墊片A 示意圖

圖14 調(diào)整墊片B 示意圖

圖15 調(diào)整墊片C 示意圖

為了提高設(shè)計質(zhì)量，縮短試驗(yàn)周期，我們運(yùn)用排列組合法進(jìn)行試驗(yàn)方案設(shè)計，尋求最佳配置。

根據(jù)技術(shù)人員分析和研究，決定在本試驗(yàn)中采用的因子水平見表3。

表3 因果水平分配 mm

共計輸出9 種試驗(yàn)組合，見表4。

表4 墊片組合

對9 種試驗(yàn)方案，分別進(jìn)行試驗(yàn)，綜合田口試驗(yàn)結(jié)果分析，技術(shù)確定最佳組合是A1B2C2，如圖16 所示。

圖16 后橋首次下線噪聲合格率

4 結(jié)論

經(jīng)過歷時兩個月左右的跟蹤與研究，我們從設(shè)計、質(zhì)量控制、裝配3 大方面系統(tǒng)地改進(jìn)了后橋噪聲問題。改善措施和優(yōu)化設(shè)計實(shí)施后，對6 月份至8/月份生產(chǎn)的機(jī)器進(jìn)行統(tǒng)計，首次下線合格率都在98%以上，基本上解決了后橋噪聲問題。

本文從實(shí)際產(chǎn)品出發(fā)，為廣大工程技術(shù)人員提供了一種解決噪聲問題的思路，目前我們改進(jìn)的產(chǎn)品已暢銷海內(nèi)外市場，獲得消費(fèi)者的廣泛好評。