飛輪齒圈故障分析及改進

摘 要：通過對售后故障模式、圖紙、加工工藝分析研究，結合測量系統分析結果，提出改進方案并驗證，售后故障率明顯降低。提高發動機的可靠性，降低售后故障索賠，從而提高企業市場竟爭力。

關鍵詞：測量系統分析；齒圈熱裝；倒角改進

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

0 引言

飛輪齒圈引起的發動機故障占整車總故障的比率較高，自08年起進行過多次改善，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45700ppm，嚴重影響發動機質量。

1 售后故障模式

隨機抽取300件售后故障齒圈進行檢查，其故障特點主要有三類：三點磨損、整周磨損、局部斷齒。

2 故障分析

2.1 齒圈入庫檢測數據分析

按現行工藝流程，齒圈節圓跳動A供方不合格率為87%，B供方為23%，超差嚴重。超差比較嚴重分析有兩方面原因：一方面是供方與我公司檢測方法不同；另一方面是設計、加工工藝問題。以下從這兩個方面進行分析。

2.2 測量系統分析

供方與我公司檢測方法不同，為確定一種更為合理的檢查方法，消除檢測方法不同帶來的影響，進行以下測量系統分析。

2.2.1 測量方法說明

每個齒圈測量6個位置，1#、4#位置正對螺紋孔處，其余錯開螺紋孔均勻分布；每個供方測量30件，共60件；每個位置L1、L2、L3三個值（L1為量棒千分尺測量值；L2為卡尺測量值、L3為三坐標測量值）。

2.2.2 量棒千分尺、卡尺測量測量方法與三坐標測量方法比較

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

（2）三坐標測量結果>>卡尺/量棒測量結果。

2.2.3 測量分析結論

根據以上測量系統分析來看，若以齒圈壓圓狀態下0.20徑向跳動控制，以量棒千分尺法（圖8）測量較可信；三坐標測量，齒圈內圓圓度偏差，以及供方加工方式齒輪基圓與齒圈內圓不同心的影響，測量誤差較大。確定統一采用量棒千分尺法測量。

2.3 從設計、加工工藝角度進行分析

（1）設計分析。根據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；經計算配合最大間隙為0.16。最小間隙為0，在目前發動機冷態下裝配，根本無法裝配。

（2）齒圈加工工藝分析。1）因齒圈屬于薄臂件，根據目前國內齒圈加工水平，，熱處理后變形很大，內孔圓度和平均尺寸也隨材料批次、熱處理加熱時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，必須進行人工校圓，校圓后內孔尺寸至少30%超差。2）為滿足飛輪齒圈內孔尺寸、圓度和冷裝狀態下裝配要求，各齒圈加工供方加工工藝：齒頂圓、端面加工到尺，內孔為工藝孔→以內孔定位滾齒→齒部淬火→夾齒頂精鏜內孔。在夾齒頂鏜內孔工序：因齒部淬火時變形加大，部分內孔變形達1毫米以上，再夾持很難將內孔圓度校正到0.2以內；車床重復三爪定心，至少有0.1的變化量。

（3）分析結論。根據圖紙設計要求，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，飛輪齒圈與起動機的配合齒側間隙為0.5～0.8。推測在目前飛輪齒圈的加工工藝下，因熱處理后精鏜內孔造成齒圈節圓相對內孔跳動較大，使跳動大的局部位置與起動機配合齒側間隙較小或幾乎為零，造成齒圈局部打齒，起動機因電流過高而燒毀。

發動機停車時曲軸總是停靠在某幾個固定的位置，使齒圈出現有規律的三點磨損現象。飛輪齒圈的這一集中磨損情況將使起動機齒輪與其進入嚙合的能力惡性下降， 從而直接影響發動機的起動性能， 噪音加大， 甚至使二者失去嚙合能力致使飛輪齒圈報廢。倒角不好，使起動機齒輪無法進入，從而造成端面整周磨損。

3 改進方案確定

統一采用量棒千分尺測量齒圈節圓跳動[1]，消除測量方法不同帶來的影響。在盡量保證不改變飛輪設計的基礎上對齒圈設計、加工工藝流程及裝配方法進行改進。解決齒圈節圓相對內孔跳動較大，使起動機齒輪無法進入問題。

（1）齒圈與飛輪改為430h8/N9過渡配合，內孔圓度改為0.5，熱處理后無需再進行內孔精鏜。齒圈采用熱裝配，加熱方式為感應加熱[2]，冷卻后消除了內孔圓度的影響。（2）齒圈加工工藝調整，齒頂圓、端面及內孔加工到尺寸，以內孔定位滾齒，齒部淬火后內孔不再精鏜。（3）螺紋包括底孔在感應淬火后加工，保證螺紋孔位置度；（4）為保證起動機齒輪無障礙進入，同時保證齒根部強度，對齒圈倒角結構進行更改。改進前：倒角相貫線與齒對稱線平行，倒角太小起動機齒輪不易進入，倒角太大齒根強度不夠。改進后：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，保證起動機齒輪無障礙進入，同時保證齒根部強度。為配合熱套工藝，飛輪尺寸調整如下：① 飛輪熱裝齒圈前摩擦面進行斜切變形，變形量由生產工藝決定，保證齒圈熱裝后飛輪摩擦面平面度在0.05 之內（沿圓形軌跡測量）；②飛輪帶齒圈進行靜平衡，靜平衡不平衡量≤95gcm。

4 改進方案驗證

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

根據以上分析及裝機驗證的情況，改進效果良好，對所有飛輪產品進行切換。目前為止，沒有發現改進后熱裝齒圈的售后故障反饋。2012年為公司節約成本411.6萬元。

5 結束語

本文通過對售后故障模式、圖紙、加工工藝及測量系統分析研究，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孔造成齒圈節圓相對內孔跳動較大；飛輪齒圈集中磨損。針對故障原因提出改進方法（統一測量方法、改進設計、改進加工工藝），通過驗證改進效果良好。目前未發現改進后熱裝齒圈的售后故障反饋。提高了發動機的可靠性，降低了售后故障索賠，從而提高企業市場竟爭力。

參考文獻：

[1]曾劍鋒等.齒輪檢測技術.第七章7.1.3齒圈徑向跳動測量[M].北京：機械工業出版社，2012（09）.

[2]黃連平等.內燃機與動力裝置[J].飛輪齒圈熱套工藝的改進，2001（02）.