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[发动机] 提高发动机平衡箱配垫质量

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发表于 2016-4-12 00:07:47 | 显示全部楼层 |阅读模式

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提高发动机平衡箱配垫质量

提高发动机平衡箱配垫质量

        图1 曲轴与平衡箱的装配关系

        本文主要阐述了在制造东风雪铁龙C5发动机平衡箱时,如何从工艺方法、厂房环境、零件本身、生产和物流过程等相关方面来提高平衡箱配垫质量。
        EW12发动机适配应用在神龙汽车有限公司最新推出的东风雪铁龙系列高档车C5上,为了在运动过程中使发动机曲轴配重块获得更好的平衡效果,首次在发动机上安装了一个平衡箱(见图1)。
        平衡箱主要由两根带不同旋向齿轮的正反转轴及上下两个壳体组成。正反转齿轮为常啮合齿轮,其中反转齿轮与曲轴上压装的齿圈常啮合,发动机运行过程中由曲轴驱动反转轴,反转轴再驱动正转轴,其旋转频次为曲轴的两倍。
        众所周知,齿轮组在啮合时必须有啮合间隙,才能补偿加工误差,防止在重载荷下咬死,使运转平稳。一种确定齿轮间隙的方法:其中齿轮组的一个部件沿第一方向转动,在预定的增量处记录转动位置,另一部件的转动位置也同时记录。把一个部件的转动方向反向,在同样增量处记录转动位置,同时记录另一部件的转动位置,算出另一部件记录的位置差值,该差值表示齿轮组间隙大小。齿轮啮合的平稳性及噪音情况主要取决于配合齿轮齿侧间隙的大小,而在齿轮基本尺寸不变的情况下,齿侧间隙又取决于两齿轮的中心距。
       

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        图2 改善前平衡箱配垫一次通过率统计曲线

        即使是基本尺寸要求完全一样的齿轮,由于加工误差等原因,配合的齿侧间隙也会有所不同。所以,为了使每个平衡箱都获得最合适的齿侧间隙,我们在装配过程中采用通过专用设备选配不同厚度的垫片来调整中心距,从而获得理想的齿轮间隙。(注:垫片厚度范围为1.19~1.57mm,每0.02mm一个等级,左右两侧选用相同级别垫片。)
        该平衡箱的设计在DPCA尚属首例,同行业也不多见,对于平衡箱的选配垫及间隙测量起初我们仅有的一些认识也是来自母公司PSA 。摆在我们面前的问题是:平衡箱配垫一次通过率最低时只有30%(见图2和图3),严重影响整条装配线的一次装配合格率及车间正常产出。
       

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        图3  改善前平衡箱检测不合格分类统计

        平衡箱配垫原理
        先装配一对厚度为1.59mm的标准垫片(比正常垫片最高级别厚一级),拧紧后测量曲轴齿圈和反转齿轮的间隙,由经验公式计算出零件垫片的厚度;再拆开AEB,更换上对应零件垫片(见图4),拧紧后再次测量间隙,如果在要求范围内(见图5曲线及间隙要求)则显示合格,否则可能需要返修。平衡箱配垫流程见图6,曲轴与平衡箱配垫及间隙示意见图7。
       

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        图4  零件垫片

        渐开线圆柱齿轮的啮合传动
        1.渐开线齿轮正确啮合
        渐开线齿轮正确啮合的条件是相互啮合齿轮的模数和压力角应分别相等(见表)。
       

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        2. 安装中心距
        安装中心距为一对齿轮安装后啮合时的实际中心距,其值等于两啮合齿轮节圆半径之和(见图8), a′=r1′+ r2′。
       

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        图5  曲轴/平衡箱间隙曲线示意及间隙要求

        3.渐开线齿轮连续传动的条件
        为了保证传动的连续性,要求前一对齿在 B1点脱离啮合时,后一对齿应进入啮合,为此要求两齿轮的实际啮合线B1B2应大于或等于齿轮的法节pb。通常把B1B2与pb的比值称为齿轮传动的重合度,用εα表示。于是得到齿轮连续传动的条件是:εα=(B1B2/pb)≥1。
       

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        图6  平衡箱配垫流程

        提高一次配垫合格率的措施及效果
        通过对平衡箱总成加工、装配、物流过程及工作原理进行分析,在工艺方法、厂房温度、装配和运输过程的磕碰及清洁度等方面进行改善和优化,使一次通过率的平均值提高到96%左右。
        1.工艺方法
        (1)配垫后间隙极差超差问题。针对出现频次最多的间隙极差超差问题,通过一段时间的跟踪和分析,最大可能是由于曲轴上齿圈的最高点和平衡箱反转齿轮最高点刚好啮合所产生。通过对平衡箱装配后反转齿轮高点的位置以及齿圈的加工、装配和检查工艺过程进行分析,得出一个意想不到的结论:可通过对曲轴齿圈高点进行标识,在齿圈压装时该高点相对曲轴有一个固定位置,而该位置正好能避开反转齿轮高点。
       

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        图7  曲轴/平衡箱配垫及间隙

        后续通过几次工艺试验,确定出齿圈高点相对曲轴装配后在竖直方向右侧120°位置时(见图9)避开平衡箱反转齿轮高点的效果最理想(见图10)。
        经过一段时间验证,已将齿圈高点点漆标记和压装位置要求通过工艺文件正式化。
       

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        图8  渐开线齿轮啮合

        (2)配垫后最小间隙偏小问题。类故障件测量结果的分析,发现大多数最小间隙小时,其他几个间隙,尤其是最大间隙离最大值要求还差的比较多,由此推断出可通过补偿目前选垫公式中最终垫片厚度来进行改善。
        通过对设备测量原理、参数说明等进行分析,打破该设备供应商配垫参数不能自行调整的禁锢,增加选垫补偿值:由最开始的0补偿到0.01mm,补偿前后最小间隙平均值提高了0.008mm,极差基本不变(即不影响极差),选垫厚度平均值由1.46mm增大为1.48mm,增大了0.02mm(一级垫片),详细情况见图11。
       

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        图9 平衡箱反转齿轮与曲轴齿圈的位置关系

        2. 厂房温度
        因平衡箱上下壳体为铝合金材料,受温度变化影响热胀冷缩现象比较明显,同时在平衡箱内正反转轴主轴瓦上在装配过程中预涂的润滑油黏度比较高,在冬天温度低时黏度明显变大,造成配垫测量过程中旋转阻力增大,影响测量结果的准确性。
        根据PSA的经验,平衡箱合适的测量温度范围在15℃~35℃之间。所以,通过和车间、维修公用动力等相关部门的沟通,当厂房温度超过上述范围时,通过中央送风系统来进行调节。
       

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        图10  试验前后间隙极差比较

        3. 零件符合性
        (1)平衡箱本身:打开标准垫片最小间隙为零的平衡箱,发现平衡箱两大头轴瓦和轴颈都有拉伤的情况。分析是因为此处较其他几个轴颈宽,原有的润滑油量偏小。变速器平衡箱装配线OP130轴瓦润滑工序增加一个喷油嘴,改善轴瓦润滑。
        (2)垫片厚度:在装配过程中发现垫片厚度有不合格的情况,怀疑为垫片供应商在分级时打码错误。垫片供应商已增加专用打码机,与垫片自动分选机衔接,分选后立即打码,避免刻码错误。
       

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        图11  选垫补偿值增加前后间隙曲线对比

        4. 装配和运输过程的磕碰
        磕碰伤问题是齿轮啮合和传动一个比较常见且很难彻底根除的问题。为了避免在装配和物流运输过程中产生磕碰,我们首先对可能产生磕碰的环节进行梳理:
        (1)装配过程:对相关工位(如曲轴上线、平衡箱上线等)操作工进行防磕碰意识和注意事项的培训,尤其是注意轻拿轻放;同时在操作或移动(如扳手等装配工具)的过程中,不要磕碰到齿面。
        (2)物流过程:从机加下线到装配上线前的过程是我们比较容易忽略的环节,因为这不仅涉及零件下线操作工,同时还涉及物流工人,尤其是在转运零件时,尽量避免零件之间的相互碰撞及整筐零件与其他物体(包括地面)的碰撞。
       

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        图12  改进后平衡箱通过率稳定在97.5%以上

        5. 清洁度
        此处清洁度不仅包括零件本身,同时对操作工的手套、物流容器的清洁度等都提出了严格的要求:曲轴和平衡箱总成除正常容器外,在零件外部都有塑料防尘罩;操作工不能戴线手套,只能戴不掉线的特制尼龙手套;在润滑曲轴轴颈时避免将油滴到曲轴齿圈上;平衡箱放置容器要求定期清洗干净,曲轴容器也要求保持干净。
        6. 改进后的通过率(见图12)
        结语
        在提高东风雪铁龙C5发动机平衡箱配垫一次装配通过率的过程中,在面对“平衡箱”这个新事物时,我们从一开始的不知所措、不敢动手,到后来的跳出框框,敢于设想,并通过不断尝试进行验证,最终取得了突破性的进展。这种方法不仅对同行业处理类似问题是个很好的参考和借鉴,同时在我们以后再遇到没有接触的新事物时,只要在理论分析的基础上敢想敢做,也一定会有好的收获。
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