楊彥靈 潘 強(qiáng) 吳嵩松 顧 勇

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心）

1 問題提出

某汽車公司裝配使用的某款發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系偶爾出現(xiàn)較大噪聲，即使新裝的皮帶也存在此問題，嚴(yán)重影響了整車質(zhì)量。此款發(fā)動(dòng)機(jī)有2個(gè)前端輪系驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中1個(gè)是多楔帶驅(qū)動(dòng)，包括曲軸皮帶輪、空調(diào)壓縮機(jī)、惰輪和轉(zhuǎn)向泵。通常皮帶進(jìn)入多楔帶輪角越大，輪系產(chǎn)生噪聲的幾率也越大。通過對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)前端輪系存在對(duì)齊度較差的問題。為分析零部件公差對(duì)前端輪系對(duì)齊度的影響，基于三維公差仿真分析軟件3DCS[1～3]對(duì)零部件公差及靈敏度進(jìn)行仿真分析，并依據(jù)分析結(jié)果對(duì)零部件公差進(jìn)行修正，以改善發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系對(duì)齊度，解決發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲較大的問題。

2 3DCS公差仿真分析

2.1 基于CATIA仿真模型的創(chuàng)建

3DCS仿真誤差概率模型的創(chuàng)建過程如圖1所示。3DCS三維公差仿真分析軟件是作為一個(gè)應(yīng)用模塊集成于CATIA，所以可直接利用CATIA軟件所創(chuàng)建的數(shù)模來進(jìn)行三維公差仿真分析[4～6]，可將數(shù)模整理成所需Part格式文件后進(jìn)行裝配，然后導(dǎo)入3DCS模塊。為仿真分析發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系對(duì)齊度差的問題，對(duì)曲軸帶輪、轉(zhuǎn)向泵輪、空調(diào)壓縮機(jī)之間相互切線與理想平面的夾角進(jìn)行測(cè)量，創(chuàng)建的3個(gè)測(cè)量位置如圖2所示，其中測(cè)量1為曲軸帶輪與轉(zhuǎn)向泵輪相互切線與理想平面的夾角，測(cè)量2為轉(zhuǎn)向泵輪與空調(diào)壓縮機(jī)帶輪相互切線與理想平面的夾角，測(cè)量3為曲軸帶輪與空調(diào)壓縮機(jī)帶輪相互切線與理想平面的夾角。

2.2 仿真模型公差輸入

依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)圖紙確定各零部件的尺寸及形位公差，如表1所列，涉及標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸及公差均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)輸入[7，8]。

2.3 仿真結(jié)果及分析

仿真分析采用2000個(gè)樣本，并假設(shè):所有零件作為剛性件考慮，不考慮裝配力、熱膨脹、重力、焊接變形和回彈的影響，所有零件的公差只考慮6σ范圍，幾何特征的公差為對(duì)稱正態(tài)分布[9～11]。驗(yàn)證目標(biāo)為曲軸帶輪、轉(zhuǎn)向泵輪、空調(diào)壓縮機(jī)帶輪相互切線與理想平面夾角公差滿足±0.33°，仿真分析結(jié)果的超差率（即樣本偏差超出驗(yàn)證目標(biāo)的不合格率）不大于5%即認(rèn)為滿足裝配要求。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)各零部件尺寸及形位公差 mm

2.3.1 曲軸帶輪和轉(zhuǎn)向泵輪相互切線與理想平面夾角

曲軸帶輪和轉(zhuǎn)向泵輪相互切線與理想平面夾角公差仿真分析結(jié)果見圖3及表2中測(cè)量1。由圖3和表2可知，樣本總超差率為12.65%，大于5%，不能滿足裝配要求，即曲軸帶輪和轉(zhuǎn)向泵輪裝配后皮帶進(jìn)入角超差的可能性較大。

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系與理想平面夾角公差仿真分析結(jié)果

靈敏度仿真分析結(jié)果見表3。由表3可知，對(duì)曲軸帶輪和轉(zhuǎn)向泵輪相互切線與理想平面夾角偏差仿真計(jì)算結(jié)果影響最大的是轉(zhuǎn)向泵支架與發(fā)動(dòng)機(jī)體主定位的孔軸浮動(dòng)量，貢獻(xiàn)率為47.52%。

表3 曲軸帶輪和轉(zhuǎn)向泵輪切線與理想平面夾角靈敏度仿真分析結(jié)果

2.3.2 轉(zhuǎn)向泵輪和空調(diào)壓縮機(jī)帶輪相互切線與理想平面夾角

轉(zhuǎn)向泵輪和空調(diào)壓縮機(jī)帶輪相互切線與理想平面夾角公差仿真分析結(jié)果如圖4所示。計(jì)算結(jié)果見表2中測(cè)量2。由表2和圖4可知，樣本總超差率為9.4%，不滿足超差率不大于5%的要求，轉(zhuǎn)向泵輪和空調(diào)壓縮機(jī)帶輪裝配后皮帶進(jìn)入角超差的可能性較大。

靈敏度仿真分析結(jié)果見表4。由表4可知，對(duì)仿真分析結(jié)果影響最大的是轉(zhuǎn)向泵支架與發(fā)動(dòng)機(jī)體主定位孔的孔軸浮動(dòng)量，貢獻(xiàn)率為20.01%。

表4 轉(zhuǎn)向泵輪和空調(diào)壓縮機(jī)帶輪相互切線與理想平面夾角靈敏度仿真分析結(jié)果

2.3.3 曲軸帶輪和空調(diào)壓縮機(jī)帶輪相互切線與理想平面夾角

曲軸帶輪和空調(diào)壓縮機(jī)帶輪相互切線與理想平面夾角公差仿真分析結(jié)果如圖5所示，計(jì)算結(jié)果見表2中測(cè)量3。由圖5和表2可知，樣本總超差率為7.45%，不滿足超差率不大于5%的要求，曲軸帶輪和空調(diào)壓縮機(jī)帶輪裝配后皮帶進(jìn)入角超差的可能性較大。

靈敏度仿真分析結(jié)果見表5。由表5可知，對(duì)仿真分析結(jié)果影響最大的前2位分別為:空調(diào)壓縮機(jī)支架與發(fā)動(dòng)機(jī)輔助定位孔的孔軸浮動(dòng)量，貢獻(xiàn)率為26.91%；空調(diào)壓縮機(jī)帶輪面輪廓度，貢獻(xiàn)率為22.58%。

表5 曲軸帶輪和空調(diào)壓縮機(jī)帶輪切線與理想平面夾角靈敏度仿真分析結(jié)果

3 公差修正設(shè)計(jì)與分析

由以上仿真分析結(jié)果可知，曲軸帶輪、轉(zhuǎn)向泵輪、空調(diào)壓縮機(jī)帶輪相互切線與理想平面夾角公差均不能滿足±0.33°的要求，超差率較大，因此對(duì)貢獻(xiàn)較大的組成環(huán)公差進(jìn)行修正設(shè)計(jì)與分析。

對(duì)仿真分析結(jié)果影響較大的公差有轉(zhuǎn)向泵支架與發(fā)動(dòng)機(jī)體主定位孔的孔軸浮動(dòng)量、空調(diào)壓縮機(jī)支架與發(fā)動(dòng)機(jī)輔助定位孔的孔軸浮動(dòng)量、空調(diào)壓縮機(jī)帶輪面輪廓度。通過與產(chǎn)品工程師溝通，將轉(zhuǎn)向泵

表6 修正后各帶輪相互切線與理想平面夾角公差仿真分析結(jié)果

由表6和圖6可看出，公差修正后各帶輪相互切線與理想平面夾角公差總超差率明顯減小，分別為1.15%、2.40%和0.85%，能夠滿足超差率不大于5%的要求。

4 對(duì)齊度測(cè)量

為驗(yàn)證公差修正后發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系對(duì)齊度改善情況，采用FARO便攜式CMM對(duì)生產(chǎn)線上的一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體進(jìn)行測(cè)量，共測(cè)量5臺(tái)套附件系統(tǒng)，測(cè)量結(jié)果如表7所列。修正前發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系對(duì)齊度測(cè)量結(jié)果如表8所列。

對(duì)比表7和表8可知，公差修正后各附件皮帶輪的偏移量及進(jìn)入角均有不同程度的改善，其中改善最大的是空調(diào)壓縮機(jī)的偏移量及進(jìn)入角，偏移量由平均0.69mm降為0.33mm，進(jìn)入角由平均0.89°降為0.34°。公差修正后測(cè)量的5臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶進(jìn)入角最大為0.57°（表7中序號(hào)3的AC），其余皮帶進(jìn)入角均小于0.33°，能夠滿足各附件皮帶輪進(jìn)入角的公差要求。

表7 公差修正后發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系對(duì)齊度測(cè)量結(jié)果

表8 公差修正前發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系對(duì)齊度測(cè)量結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

3DCS公差分析軟件能夠快速分析三維尺寸鏈各組成環(huán)對(duì)封閉環(huán)影響度的大小，為實(shí)際生產(chǎn)中尺寸偏差問題提供有效的解決方案。本文采用3DCS軟件對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系公差及靈敏度進(jìn)行了仿真分析，依據(jù)靈敏度分析結(jié)果對(duì)仿真結(jié)果貢獻(xiàn)率大的零部件尺寸及公差進(jìn)行修正，然后再次進(jìn)行公差仿真分析，結(jié)果顯示公差修正后均能滿足±0.33°的設(shè)定目標(biāo)。為驗(yàn)證仿真分析結(jié)果，采用FARO便攜式CMM對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系對(duì)齊度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果表明公差修正后發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系對(duì)齊度明顯改善，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系皮帶進(jìn)入角超差問題。

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