淺析LJ4A15Q發動機惰輪支架螺栓斷問題分析與解決

黃小雙，張婉秋

（1.柳州五菱汽車工業有限公司，廣西 柳州 545007；2.柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005）

0 引言

發動機惰輪支架螺栓斷裂，將影響輪系傳動，并導致車輛無法啟動。本文將從LJ4A15Q6發動機惰輪螺栓斷裂問題描述、原因分析、故障重現、要因驗證、臨時措施以及長期措施等維度進行分析。

1 問題故障描述及分析

2017年9月-10月，2臺整車搭載我司LJ4A15Q發動機，在行駛過程中出現惰輪支架螺栓斷裂故障，導致車輛無法啟動，故障圖片如圖1、2、3所示。

圖1 惰輪支架螺栓斷裂

圖2 惰輪支架螺栓斷裂

圖3 惰輪支架螺栓斷裂

2 原因分析調查及驗證

2.1 原因分析調查及驗證

2.1.1 原因分析調查

根據上述分析，制定了問題原因分析樹圖，見圖4，從多個層面進行分析可能原因。

圖4 惰輪支架螺栓斷裂原因分析樹圖

2.1.2 要因調查驗證

對已列出的可能原因進行一一驗證[1]，見表2。分析并判定各項因素對該質量問題的影響程度，確認要因為惰輪支架與曲軸箱安裝面不貼合，存在干涉導致螺栓假緊。

表2 惰輪支架螺栓斷裂可能原因驗證表

（1）螺栓力矩設計不合數據說明[2]

參照現有經驗M8螺栓上緊力矩為20～25 N·m，符合標準。

（2）未按要求上緊數據說明

檢查確認工藝要求20～25 N·m，實際使用18 N·m風槍預緊，再使用23 N·m定扭扳手復緊，實測力矩為23.2～33 N·m，符合要求。

（3）螺栓假緊：支架安裝面不平驗證數據說明[2]

檢查庫房發動機惰輪支架安裝情況，發現部分發動機存在安裝面不貼合的現象，最大間隙為0.5 mm，雖然檢測螺栓力矩為28 N·m，但判定為假緊，發動機運轉過程中，將會出現螺栓擰緊力矩衰減，螺栓受負荷后疲勞斷裂情況。拆下惰輪支架發現其邊緣與曲軸箱干涉，并存在上緊后造成的磨痕現象，如圖5所示。

圖5 惰輪支架與曲軸箱干涉及上緊后磨痕

檢測惰輪支架與曲軸箱尺寸，根據曲軸箱圖紙要求：惰輪支架安裝面尺寸12±0.2，如圖6所示，實際測量為9.5±0.2，不符合圖紙要求；惰輪支架圖紙要求：安裝臺外徑 18 max，光孔直徑 8.5（+0.22/0），如圖7所示，實際測量分別為17.8，8.6符合要求。

圖6 曲軸箱圖紙要求支架安裝面尺寸

圖7 惰輪支架圖紙要求安裝臺尺寸

（4）惰輪支架螺栓強度不足數據說明

檢測分析螺栓斷裂故障件材料、金相，新件螺栓進行抽檢尺寸、材料以及螺栓設計強度分析，螺栓材料、硬度符合8.8級，且8.8級螺栓強度滿足使用要求。

2.2 故障重現驗證

（1）故障重現驗證：抽取2臺惰輪支架與曲軸箱安裝面間隙為0.5 mm的發動機進行臺架試驗；故障重現，分別在16 h、18 h出現斷裂。

（2）返工驗證：抽取1臺惰輪支架與曲軸箱安裝面存在間隙的發動機返工后，進行臺架試驗，故障未重現，未發生斷裂。

（3）返工方案：打磨惰輪支架邊緣，打磨的角度大致與圖中紅線平行，使之與曲軸箱安裝面無間隙；打磨后支架的斷面壁厚控制在3.5~4 mm。返工方案及效果如圖8~9所示。

圖8 惰輪支架打磨返工方案

圖9 返工效果：惰輪支架與曲軸箱貼合

（4）試驗大綱：先按照工況1（如表2所列），磨合2個循環；再按工況2（如表3所列）磨合1個循環。

表2 試驗大綱工況1

表3 試驗大綱工況2

2.3 原因分析-要因確認

通過問題原因分析、調查及驗證，鎖定引起LJ4A15Q發動機惰輪支架螺栓斷裂的根本原因為：曲軸箱圖紙上要求惰輪支架安裝面尺寸12±0.2不符合，使惰輪支架與曲軸箱安裝面干涉的情況出現，造成貼合為線接觸（非面接觸），形成假緊，導致螺栓受力不均勻，易松動，在螺栓徑向受剪切力，并在車輛行駛過程中，長時間受皮帶張力后產生疲勞斷裂[1]。

3 問題解決措施

3.1 臨時措施

（1）排查庫存所有LJ4A15Q型號發動機，檢查惰輪支架與曲軸箱安裝面是否有間隙，要求0.01 mm的塞尺不能通過惰輪支架與曲軸箱結合面；對存在間隙的發動機進行返工惰輪支架，返工后惰輪支架與曲軸箱安裝面完全貼合，如圖10~12所示。

圖10 間隙檢查圖

圖11 惰輪支架打磨返工方案圖

圖12 返工效果：惰輪支架與曲軸箱貼合

（2）在制LJ4A15Q型號發動機，裝配前對惰輪支架進行返工，打磨其邊緣，返工后惰輪支架與曲軸箱安裝面完全貼合。

（3）在安裝惰輪支架螺栓時，增加涂適量螺紋緊固膠（艾布納2428W）進行緊固，涂膠部位如圖13~14所示。

圖13 M8×35螺栓涂膠要求

圖14 M8×65螺栓涂膠要求

3.2 長期措施

（1）曲軸箱安裝面尺寸按圖紙要求12±0.2進行加工，并列入檢驗計劃內；

（2）惰輪支架螺栓強度等級，由現在8.8級改為10.9級，提高安全裕度；

（3）惰輪支架由兩點固定改為三點固定模式，提高緊固效果。

4 結束語

通過對LJ4A15Q發動機惰輪支架螺栓斷裂問題的原因分析、要因驗證、故障重現驗證，以及整改措施等幾個方面的研究分析，惰輪支架裝配在曲軸箱凸臺后與凸臺側發生干涉，造成貼合為線接觸（非面接觸），形成假緊，導致螺栓受力不均勻，易松動，在螺栓徑向受剪切力，并在車輛行駛過程中，長時間受皮帶張力后產生疲勞斷裂。

該質量問題整改已經完全解決，自該款發動機量產以來，共計生產5萬余臺LJ4A15Q系列發動機，沒有重復發生；并且問題整改取得良好的效果，降低售后故障、售后維修成本，提高產品使用壽命，以及提升公司產品質量形象。