摘要：隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)汽車舒適性的要求越來越高，振動(dòng)噪聲問題也越來越受關(guān)注。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車上的關(guān)鍵部件，作為汽車的動(dòng)力來源，同時(shí)也是引起整車振動(dòng)的主要激勵(lì)源之一，發(fā)動(dòng)機(jī)除了需要擁有良好的動(dòng)力性能外，還應(yīng)具有更高的NVH 性能，不能出現(xiàn)振動(dòng)過大、異響等現(xiàn)象。本文采用診斷和抽樣排查的方法，分析和確認(rèn)故障來源。通過優(yōu)化前端輪系布局和裝配尺寸，改善前端輪系共面性，從而解決了發(fā)動(dòng)機(jī)異響問題。

關(guān)鍵詞：起動(dòng)異響；前端輪系；尺寸鏈分析；共面性

中圖分類號(hào)：U472.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

市場反饋某車型發(fā)動(dòng)機(jī)在冷車起動(dòng)時(shí)有“吱吱”的異響，一段時(shí)間后異響消失。本文首先通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在冷起動(dòng)異響來源進(jìn)行分析，采用HEAD 便攜式聲音采集設(shè)備對(duì)異響發(fā)出位置進(jìn)行排查，經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)異響大都是從惰輪到空調(diào)壓縮機(jī)那一段皮帶處傳出[1]。確定前端輪系異響為皮帶切入性異響，即皮帶和帶輪貼合面異響。再通過抽樣檢查確定產(chǎn)生異響的原因?yàn)樽詣?dòng)張緊輪到水泵之間跨距小及壓縮機(jī)和壓縮機(jī)支架裝配偏差導(dǎo)致。對(duì)前端輪系布局分析以及尺寸鏈分析和優(yōu)化后，進(jìn)行實(shí)車小批量裝車驗(yàn)證，冷車起動(dòng)異響消失，驗(yàn)證效果良好。

1 故障診斷

發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系是由一個(gè)多楔帶驅(qū)動(dòng)，包括空調(diào)壓縮機(jī)、動(dòng)力傳動(dòng)泵、冷卻水泵、發(fā)電機(jī)、惰輪及張緊輪等附件組成的附件系統(tǒng)[2]。一般認(rèn)為前端輪系異響主要包括：皮帶切入性異響、皮帶打滑異響、皮帶抖動(dòng)異響以及零部件異響[3]。

故障診斷前，必須對(duì)前端輪系產(chǎn)生聲響的各種模式有所了解。皮帶與帶輪貼合面之間的接觸聲響頻率高，聲音連續(xù)且刺耳，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或停止時(shí)尤為明顯。皮帶進(jìn)入槽輪處會(huì)發(fā)生高頻聲音，此聲音不連續(xù)，尖利且刺耳，在冷機(jī)狀態(tài)或低溫環(huán)境中易發(fā)生。皮帶本身同樣會(huì)發(fā)出低頻聲音；張緊器因軸承或摩擦原因，會(huì)產(chǎn)生連續(xù)高頻且刺耳的聲音；惰輪也是一個(gè)聲源，它產(chǎn)生的聲音頻率高，連續(xù)且刺耳。

首先采用HEAD 便攜式聲音采集設(shè)備對(duì)異響發(fā)出位置進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)異響大都是從惰輪到空調(diào)壓縮機(jī)那一段皮帶處傳出，部分車型張緊輪到水泵帶輪處也發(fā)出異響。通過以上排查，可確認(rèn)異響來源為皮帶和帶輪貼合面異響。抽取一臺(tái)故障車輛拆掉皮帶再起動(dòng)無異響，隨機(jī)抽取10 輛剛下線的車，擰松壓縮機(jī)支架與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的安裝螺栓，發(fā)現(xiàn)兩零件的配合是松配合，壓縮機(jī)支架能左右晃動(dòng)，調(diào)整壓縮機(jī)支架上惰輪的Y 向（整車坐標(biāo)）位移，異響消失。

2 原因分析

若輪系共面性太差，驅(qū)動(dòng)皮帶和帶輪之間會(huì)產(chǎn)生切入性異響。造成皮帶和帶輪貼合面異響的可能原因包括：零部件的制造和裝配質(zhì)量不能滿足設(shè)計(jì)要求；皮帶包角、跨距和長度不合理；張緊器性能不滿足要求；皮帶性能不滿足要求。為了進(jìn)一步確認(rèn)造成異響的原因，需對(duì)以上造成皮帶和帶輪貼合面異響的因素進(jìn)行逐一排查。經(jīng)檢查張緊器及皮帶性能滿足要求。

隨機(jī)抽取10 輛剛下線的車，擰松壓縮機(jī)支架與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的安裝螺栓，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)零件的配合是松配合，壓縮機(jī)支架能左右晃動(dòng)，調(diào)整壓縮機(jī)支架上惰輪的Y 向（整車坐標(biāo)）位移，異響消失。通過以上抽樣檢查可初步判斷異響原因?yàn)榍岸溯喯挡季趾脱b配偏差導(dǎo)致，因此以下重點(diǎn)從輪系布局和裝配尺寸進(jìn)行分析。

2.1 輪系布局分析

前端輪系包角及跨距均是產(chǎn)生前端異響的重要因素：包角小，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中易產(chǎn)生打滑異響；跨距大，輪系共面性差，因此需要對(duì)前端輪系的包角及跨距進(jìn)行檢查。該發(fā)動(dòng)機(jī)輪系布局如圖1 所示。表1 列出了各部件皮帶包角及相鄰兩帶輪中間的皮帶跨距。逐一對(duì)各部件包角進(jìn)行檢查，包角滿足設(shè)計(jì)要求[4]。經(jīng)過檢查自動(dòng)張緊輪到水泵以及惰輪到空調(diào)壓縮機(jī)這兩段皮帶的跨度較小，最小段為自動(dòng)張緊輪至水泵段為65.00 mm，小于設(shè)計(jì)要求（≥ 75.00 mm）， 這種情況還會(huì)增加帶輪之間的對(duì)齊偏差問題，使得皮帶進(jìn)入帶槽的壓縮機(jī)帶輪時(shí)發(fā)生切入噪聲。

2.2 皮帶跨距及共面性檢查

根據(jù)文獻(xiàn)介紹，整個(gè)多楔帶輪系各帶輪中心平面偏差不得超出1°，即每300.00 mm 中心距的兩帶輪中心平面前后誤差不得超出1.50 mm[5]。當(dāng)超過1.5°時(shí)，磨損非常明顯，皮帶的壽命將降低18% ～ 38%。而且還產(chǎn)生切入性噪聲（圖2）。表2對(duì)各段跨距皮帶允許對(duì)齊性誤差進(jìn)行了計(jì)算，可以看出有兩段風(fēng)險(xiǎn)較大的點(diǎn)，跨距最小處為自動(dòng)張緊輪到水泵段，允許誤差為0.68 mm。第二處為惰輪到空調(diào)壓縮機(jī)段，對(duì)齊允許誤差僅為0.82 mm。此處包括了一個(gè)壓縮機(jī)支架，惰輪集成在壓縮機(jī)支架上，誤差累積較多風(fēng)險(xiǎn)最大，與排查結(jié)果一致。以下重點(diǎn)對(duì)惰輪到空調(diào)壓縮機(jī)段公差配合進(jìn)行校核。

2.3 空調(diào)壓縮機(jī)裝配尺寸鏈校核

檢查壓縮機(jī)以及壓縮機(jī)支架圖紙關(guān)鍵尺寸， 發(fā)現(xiàn)以下問題。

（1）壓縮機(jī)支架與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體關(guān)鍵裝配孔位置尺寸缺少公差要求，長孔位置和方向設(shè)置不恰當(dāng)。

（2）壓縮機(jī)螺栓安裝孔直徑與螺栓直徑配合誤差過大， 壓縮機(jī)安裝螺栓規(guī)格為M8×1.25 mm，與其配合的壓縮機(jī)安裝孔直徑為（φ9.00±0.20）mm，裝配偏差過大。安裝基準(zhǔn)到帶輪中心尺寸公差為（48.00±0.50）mm， 公差過于寬松。

以上尺寸公差問題，導(dǎo)致惰輪安裝后皮帶邊緣距離惰輪帶輪邊緣距離差異性大。

2.4 壓縮機(jī)及支架尺寸偏差確認(rèn)

選取10 輛出現(xiàn)皮帶異響的車對(duì)惰輪邊緣到皮帶邊緣距離進(jìn)行測試（圖3），結(jié)果如表3 所示，二者距離最大只有3.50 mm。這會(huì)導(dǎo)致帶輪之間對(duì)齊偏差， 是出現(xiàn)異響的關(guān)鍵原因。把這10 輛車的壓縮機(jī)及支架螺栓松開，調(diào)整惰輪邊緣到皮帶邊緣距離，盡量使之變大，然后再起動(dòng)，異響全部消失。由此可知，如能確保隨意裝配時(shí)惰輪邊緣到皮帶邊緣距離大于4.00 mm，則能消除起動(dòng)異響。

3 設(shè)計(jì)改進(jìn)及驗(yàn)證

通過以上分析，可確定造成皮帶和帶輪貼合面異響的原因主要有以下2 點(diǎn)。

（1） 自動(dòng)張緊輪到水泵這段輪距的跨度小， 跨度為65.00 mm，小于設(shè)計(jì)要求（≥ 75.00 mm）。

（2）壓縮機(jī)以及壓縮機(jī)支架裝配尺寸公差要求不合理，導(dǎo)致惰輪邊緣到皮帶邊緣距離小于3.50 mm，距離偏小（要求距離大于4.00 mm）。

3.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

（1）為了消除帶輪之間的對(duì)齊偏差問題，避免皮帶進(jìn)入帶槽的壓縮機(jī)帶輪時(shí)發(fā)生切入噪聲。需要增加自動(dòng)張緊輪到水泵之間跨距，跨距由65.00 mm 增加至120.00 mm。優(yōu)化后輪系布局如圖4 所示。

（2）壓縮機(jī)支架標(biāo)注優(yōu)化。重新定位壓縮機(jī)支架定位基準(zhǔn)，調(diào)整輔定位孔長孔位置，同時(shí)調(diào)整了輔定位孔長孔方向，限定壓縮機(jī)支架Y 向裝配位移。壓縮機(jī)支架與缸體安裝點(diǎn)孔徑公差及形位公差要求加嚴(yán)，定位孔公差由Φ8.10+0.25-0.05mm 調(diào)整為（Φ8.10±0.10）mm，增加位置度公差Φ0.20 mm。壓縮機(jī)與壓縮機(jī)支架安裝螺紋孔增加位置度公差Φ0.30 mm。優(yōu)化后壓縮機(jī)支架尺寸標(biāo)注見圖5。

（3） 壓 縮 機(jī) 尺 寸 優(yōu) 化。 壓 縮 機(jī) 定 位 孔 直 徑 由（φ9.00±0.20）mm 縮小到（φ8.30±0.10）mm ； 安裝基準(zhǔn)到帶輪中心尺寸公差由（48.00±0.50）mm 縮小到（48.00±0.40）mm。優(yōu)化后壓縮機(jī)尺寸公差如圖6 所示。

通過增加自動(dòng)張緊輪到水泵之間跨距，減小帶輪之間的對(duì)齊偏差問題風(fēng)險(xiǎn)。通過優(yōu)化壓縮機(jī)支架及壓縮機(jī)裝配尺寸，減小惰輪與空調(diào)壓縮機(jī)段的裝配誤差。以上優(yōu)化方案，可有效降低帶輪之間的對(duì)齊偏差問題，消除皮帶進(jìn)入帶槽的壓縮機(jī)帶輪時(shí)發(fā)生切入噪聲問題。

3.2 優(yōu)化方案驗(yàn)證

3.2.1 臺(tái)架驗(yàn)證

為了驗(yàn)證更改效果，把更改后的壓縮機(jī)及壓縮機(jī)支架拿到發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行試裝，按照隨意裝、往外壓惰輪安裝以及往內(nèi)壓惰輪安裝3 種方式裝配，測試惰輪邊緣到皮帶邊緣的距離，發(fā)現(xiàn)任意一種方式都能保證兩者距離大于4.00 mm。具體尺寸見表4所示。

3.2.2 整車驗(yàn)證

采用優(yōu)化后輪系布局及新狀態(tài)壓縮機(jī)及壓縮機(jī)支架試裝50 輛車，整車下線后進(jìn)行確認(rèn)，未出現(xiàn)異響情況。同時(shí)抽檢30 輛車惰輪邊緣到皮帶邊緣的距離，發(fā)現(xiàn)任意裝配都能使二者距離大于4.00 mm（表5）。改進(jìn)方案效果明顯，可以立即實(shí)施。

4 結(jié)束語

針對(duì)某車型冷車起動(dòng)異響問題，采用NVH 設(shè)備鎖定了異響發(fā)生位置，通過對(duì)輪系布局分析、皮帶跨距及共面性檢查、尺寸鏈校核等步驟，最終確定了異響的主要原因是前端輪系的皮帶切入性異響，發(fā)生在皮帶跨距最短的部位。通過優(yōu)化空調(diào)壓縮機(jī)及其安裝支架尺寸標(biāo)注，并經(jīng)過試裝驗(yàn)證，成功地解決了冷車起動(dòng)異響問題。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 潘秀燕， 梁德鑫， 凌以靜. 淺談某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)異響問題的分析與解決[J].汽車制造業(yè)，2023（03）：62-64.

[2] 江旭光， 周功祥. 發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件傳動(dòng)系統(tǒng)異響故障分析[J]. 輕型汽車技術(shù)2016（05）：35-40．

[3] 李賀柱， 李波. 某柴油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)異響優(yōu)化分析[J]. 交通工程技術(shù)，2015（09）：45-48．

[4] 王瑞平， 余鍇， 盧振東， 等. 發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系異響分析及設(shè)計(jì)改進(jìn)[J]. 汽車制造業(yè)，2014（19）：46-47.

[5] 呂兆平. 多楔帶輪系設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展，2008（18）：84-86.

作者簡介：

覃麗霜，本科，工程師，研究方向?yàn)槠嘚VH。