基于CETOL 6σ的空調(diào)器齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)異響整改分析

侯偉奇 陳章勇 劉 波

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

齒輪傳動(dòng)被廣泛應(yīng)用空調(diào)導(dǎo)風(fēng)機(jī)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)涉及多個(gè)零件，其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常即可造成運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異響等問(wèn)題，影響產(chǎn)品舒適性[3]。根據(jù)齒輪傳動(dòng)要求，兩個(gè)齒輪間必須要有一定的頂隙和側(cè)隙，如果沒(méi)有頂隙，兩個(gè)齒輪就會(huì)產(chǎn)生干涉，發(fā)生碰撞，產(chǎn)生異響、抖動(dòng)甚至撞斷齒。為了防止由于齒輪工作溫度升高引起熱膨脹變形致使輪齒卡住，輪齒在嚙合時(shí)必須有適當(dāng)?shù)凝X側(cè)間隙[2]。

本文基于CETOL 6σ的仿真軟件，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，模擬實(shí)際零件公差分布，以實(shí)際產(chǎn)品裝配約束關(guān)系模擬仿真，分析零件設(shè)計(jì)及公差選型合理性，對(duì)齒輪異響提出整改要求，確保導(dǎo)風(fēng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)，提高客戶滿意度。

1 齒輪嚙合理論分析

1.1 正常嚙合條件

從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，正確嚙合條件：嚙合兩齒的壓力角α及模數(shù)m相等，從該齒輪部件中各齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)可知，齒輪1、齒輪2、齒輪3及齒輪4的相互嚙合的壓力角及模數(shù)相等，滿足嚙合條件如圖1、表1所示。

圖1 各齒輪配合組件圖

表1 齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2 齒頂間隙分析

根據(jù)中心距計(jì)算公式a=1/2*（mz1﹢ mz2）可知：

1）齒輪1和齒輪2的標(biāo)準(zhǔn)中心距a為14.4，而齒輪1為變位齒輪，按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)計(jì)算出變位齒輪的中心距b為14.52 mm＜圖紙要求的尺寸15.13±0.05 mm，存在最小頂隙0.56 mm。

計(jì)算公式：

式中：

b—無(wú)側(cè)隙變位齒輪的中心距；

a—標(biāo)準(zhǔn)齒輪的中心距；

α—壓力角；

β—嚙合角；

x1、x2—變位系數(shù)；

Z1、Z2—齒數(shù)。

2）齒輪1和齒輪3b的標(biāo)準(zhǔn)中心距為13.95 mm，而齒輪1為變位齒輪，按照1.1.1中的公式計(jì)算此變位齒輪的中心距為14.03＜圖紙要求的尺寸14.63±0.05 mm，導(dǎo)致存在最小頂隙0.55 mm。

3）齒輪3a和齒輪4的中心距為17.6 mm＜圖紙要求的18.02±0.05 mm，導(dǎo)致存在最小頂隙0.37 mm；

通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得知，為方便潤(rùn)滑油的有效潤(rùn)滑，要求漸開(kāi)線圓柱齒輪的標(biāo)準(zhǔn)頂隙c=c*×m=0.25×0.9=0.215 mm，即一個(gè)齒輪的齒頂圓到另一個(gè)齒輪的齒根圓的徑向距離，如圖2、表2所示。

表2 漸開(kāi)線圓柱齒輪的頂隙系數(shù)

圖2 齒輪蓋中齒輪軸位置尺寸

結(jié)論：經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)要求的中心距大于理論計(jì)算的中心距，導(dǎo)致嚙合頂隙大于標(biāo)準(zhǔn)頂隙（0.215 mm）而產(chǎn)生齒間沖擊，影響齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性，存在碰撞噪音的隱患。

1.3 齒側(cè)間隙分析

1.3.1 分析環(huán)境定義

規(guī)則類型：公差驅(qū)動(dòng)分布 ；

分布類型：零件加工采用均勻分布，裝配約束采用正態(tài)分布[1]；

CP值：1.00；

公差定義：依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙。

1.3.2 仿真分析目標(biāo)，如圖3所示

圖3 齒輪1和齒輪2側(cè)隙分析圖

齒輪1與齒輪2側(cè)隙X＞0.00 mm（不干涉）。

1.3.3 仿真分析情況

設(shè)計(jì)理論側(cè)隙分析合格,但當(dāng)齒輪定位柱間距偏小，按實(shí)測(cè)14.80～15.07 mm數(shù)據(jù)分析（要求15.13±0.05 mm）時(shí)，統(tǒng)計(jì)分布合格率僅68.24 %，極值范圍-0.202～0.296 mm，將導(dǎo)致側(cè)隙過(guò)小甚至干涉，需修調(diào)整尺寸公差帶。齒輪蓋齒輪軸間距15.13為關(guān)鍵尺寸，需重點(diǎn)控制，見(jiàn)表3。

表3 齒輪1和齒輪2側(cè)隙仿真分析

2 實(shí)際配合分析

齒輪1和齒輪2軸中心距，要求為15.13±0.05 mm。用三維坐標(biāo)測(cè)量，B1模尺寸為14.96 mm，比圖紙下限偏小0.12 mm，仍存在0.56 mm的頂隙；B2模尺寸為14.99，比圖紙下限偏小0.09 mm，存在0.59 mm的頂隙，均超出標(biāo)準(zhǔn)頂隙要求。

分別對(duì)齒輪蓋不同模腔測(cè)試100組數(shù)據(jù)，從測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)看，齒輪1和齒輪2軸中心距尺寸均＜極限尺寸（下），且90 %以上呈現(xiàn)上小下大，如圖4所示。

圖4 齒輪蓋40#尺寸測(cè)試數(shù)據(jù)圖

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 不同齒輪軸心距齒輪蓋驗(yàn)證

選取齒輪軸心距尺寸在公差范圍內(nèi)和超差尺寸零件，進(jìn)行驗(yàn)證，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，齒輪軸中心距尺寸是否合格直接影響測(cè)試結(jié)果，具體見(jiàn)表4。

表4 不同齒輪軸心距噪音測(cè)試情況

3.2 不同裝配方法及關(guān)聯(lián)驗(yàn)證

3.2.1 齒輪盒裝配過(guò)程中受壓

理論分析：因裝配時(shí)導(dǎo)風(fēng)板軸可能對(duì)齒輪盒產(chǎn)生擠壓，導(dǎo)致齒輪盒受力過(guò)大而失效產(chǎn)生異響，故調(diào)整裝配順序[4]，進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)方案：更改裝配順序，先裝配蓋板、導(dǎo)風(fēng)板后再裝配齒輪盒和固定電機(jī)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：驗(yàn)證10臺(tái)，異響5臺(tái)，運(yùn)轉(zhuǎn)2 min后異響消除。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：異響的問(wèn)題依然存在，裝配順序非要因。

3.2.2 導(dǎo)風(fēng)板裝配后與各接觸部件間有摩擦力

理論分析：因?yàn)楦鱾€(gè)部件都是新部件，且因異響機(jī)子在運(yùn)轉(zhuǎn)兩分鐘后異響消除，分析可能是部件間在磨合過(guò)程中接觸摩擦力過(guò)大，導(dǎo)致了異響產(chǎn)生[5]。

實(shí)驗(yàn)方案：裝配導(dǎo)風(fēng)板后手動(dòng)上下?lián)u動(dòng)擋風(fēng)板20次。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：驗(yàn)證30臺(tái)，2臺(tái)異響，運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘后異響消除。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：導(dǎo)風(fēng)板裝配后與各接觸部件間摩擦力為非要因。

3.3.3 電機(jī)軸與齒輪盒的配合間隙大

理論分析：電機(jī)鋼軸與齒輪盒配合處，可能因?yàn)殚g隙過(guò)大，導(dǎo)致有打滑現(xiàn)象，從而產(chǎn)生異響，所以增加絨布來(lái)減小裝配間隙。

實(shí)驗(yàn)方案：在電機(jī)處增加絨布，減少間隙。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：驗(yàn)證20臺(tái)有9臺(tái)異響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電機(jī)與齒輪盒裝配處的間隙為導(dǎo)致異響的非要因。

3.3.4 齒輪盒內(nèi)齒輪在裝配后需要磨合

理論分析：有異響機(jī)子在運(yùn)轉(zhuǎn)兩分鐘后異響消除，可能齒輪盒裝配后，各個(gè)齒輪間在運(yùn)動(dòng)磨合過(guò)程中因摩擦力過(guò)大而產(chǎn)生異響。

實(shí)驗(yàn)方案：對(duì)齒輪組件整機(jī)裝配前提前手工轉(zhuǎn)動(dòng)磨合。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：驗(yàn)證50臺(tái)有異響15臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：手動(dòng)磨合裝配齒輪組件未能解決異響問(wèn)題，為非要因。

結(jié)論：齒輪軸中心距尺寸是否合格直接影響運(yùn)行測(cè)試測(cè)試結(jié)果，為齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)行異響主要原因。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上原理分析，仿真以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定了齒輪蓋軸心距尺寸偏小及齒輪間距公差不合理，是導(dǎo)致零件干涉是造成導(dǎo)風(fēng)機(jī)構(gòu)異響的根本原因，后續(xù)在設(shè)計(jì)齒輪導(dǎo)風(fēng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)輔助運(yùn)用CETOL 6σ仿真等軟件，確保齒頂和齒側(cè)間隙極限尺寸符合設(shè)計(jì)規(guī)范。同時(shí)明確關(guān)鍵尺寸，以指導(dǎo)生產(chǎn)及檢驗(yàn)單位重點(diǎn)控制，減少對(duì)生產(chǎn)影響，提高產(chǎn)品舒適性。