司曉亮，魯趙勝，葉鑒民，張文全

(1.貴州吉利發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，貴州 貴陽 550014；2.寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行使用，由于其優(yōu)異的傳動(dòng)系解耦減振性能，在歐洲及中國市場(chǎng)，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(dòng)機(jī)與手動(dòng)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(dòng)機(jī)變速器合裝過程中控制的不良會(huì)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(duì)這一問題進(jìn)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(shí)，發(fā)現(xiàn)車輛在怠速時(shí)機(jī)艙有異響，為間歇性的金屬摩擦聲音。用NVH(NVH是三個(gè)英文單詞Noise、Vibration和Harshness首字母的縮寫，是汽車噪聲、振動(dòng)和舒適性等各項(xiàng)指標(biāo)的總稱[2])軟件對(duì)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(cè)量位置，因此，安裝位置的總原則是：能反映出被測(cè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，滿足測(cè)試要求[2]。一般來說，振動(dòng)測(cè)量分為以下幾類：幅值測(cè)量、固有頻率測(cè)量、傳遞率測(cè)量、模態(tài)測(cè)試和其他類型測(cè)量等[2]。

圖1 汽車簡圖

本文中對(duì)雙質(zhì)量飛輪異響的分析，使用固有頻率測(cè)量方式進(jìn)行頻譜分析。安裝一個(gè)傳感器即滿足測(cè)量要求，傳感器的安裝位置在發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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(jī)理

圖2 雙質(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)圖

飛輪的主要作用是儲(chǔ)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(diǎn)，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(yàn)證與分析

3.1 故障件拆解檢查

對(duì)故障件進(jìn)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(jìn)行對(duì)比，未發(fā)現(xiàn)子零件磨損彎曲等異常。

3.2 方案驗(yàn)證

3.2.1 合箱裝偏驗(yàn)證

圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器合裝圖

方法：在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器合裝過程中，導(dǎo)向銷和銷孔中心不對(duì)中，進(jìn)行蠻力裝配(圖6)。

組裝后的發(fā)動(dòng)機(jī)放置24 h，之后在發(fā)動(dòng)機(jī)性能臺(tái)架上進(jìn)行耐久試驗(yàn)8 h，整個(gè)過程進(jìn)行布點(diǎn)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(yàn)證。

圖7 彎曲彈簧樣件

方法：制造一個(gè)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(jìn)行整機(jī)裝配，完成后進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)性能臺(tái)架耐久試驗(yàn)10 h驗(yàn)證。整個(gè)過程進(jìn)行布點(diǎn)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(yàn)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(jìn)行整機(jī)裝配，裝配完成后進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)性能臺(tái)架耐久試驗(yàn)10 h驗(yàn)證，整個(gè)過程進(jìn)行布點(diǎn)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(yàn)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(jìn)行整機(jī)裝配，完成后進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架耐久試驗(yàn)10 h驗(yàn)證。整個(gè)過程進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)控，未發(fā)現(xiàn)有明顯異響的聲音。

4 改善方案實(shí)施

4.1 改進(jìn)方案1(導(dǎo)向銷尺寸規(guī)范)

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器合裝中心不對(duì)中問題，進(jìn)行規(guī)范要求。優(yōu)化前發(fā)變合裝的導(dǎo)向銷沒有對(duì)尺寸進(jìn)行技術(shù)要求，導(dǎo)向銷能安裝進(jìn)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(duì)導(dǎo)向銷進(jìn)行了優(yōu)化。主要對(duì)導(dǎo)向銷的外徑尺寸進(jìn)行了技術(shù)要求。

改進(jìn)方案：主要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器在合裝過程中的導(dǎo)向銷尺寸公差進(jìn)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(shí)物圖

裝配完成后，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能臺(tái)架耐久10 h驗(yàn)證，NVH音頻分析，異響不存在。

4.2 改進(jìn)方案2(CPA尺寸控制)

針對(duì)彈簧與CPA接觸產(chǎn)生的摩擦，對(duì)CPA尺寸進(jìn)行管控。

改進(jìn)方案：通過對(duì)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(yùn)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能臺(tái)架耐久10 h驗(yàn)證，NVH音頻分析，異響不存在。

4.3 改進(jìn)方案3(彈簧彎曲控制)

針對(duì)彈簧與CPA接觸產(chǎn)生的摩擦，對(duì)彈簧的彎曲度進(jìn)行管控。

改進(jìn)方案：針對(duì)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(jìn)行比對(duì)，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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能臺(tái)架耐久10 h驗(yàn)證，NVH音頻分析，異響不存在。

4.4 改進(jìn)方案4(增加塑料墊片)

圖13 CPA增加塑料墊片方案圖

針對(duì)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行臺(tái)架耐久10 h驗(yàn)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(dòng)機(jī)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(jìn)行明確說明。

2)CPA的圓周尺寸需重點(diǎn)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(yàn)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(duì)類似產(chǎn)品可提供借鑒意義。