汽車雙質(zhì)量飛輪信號(hào)輪焊接定位夾具的研究

石 磊，張貴輝，高樹民，陳 闖，李 健，馬俊明，張曉梅

(吉林大華機(jī)械制造有限公司，吉林 長春 130000)

雙質(zhì)量飛輪是20世紀(jì)80年代在汽車上出現(xiàn)的新配置，與單質(zhì)量飛輪相比不僅可以有效衰減汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到變速器中的扭振，而且可以降低整車傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，使共振轉(zhuǎn)速限制在怠速轉(zhuǎn)速以下，進(jìn)一步改善整車的NVH性能[1-8]。在此基礎(chǔ)上，集成信號(hào)輪結(jié)構(gòu)的雙質(zhì)量飛輪還可以向轉(zhuǎn)速傳感器傳遞信號(hào)，使發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射和點(diǎn)火時(shí)刻，還具有檢測發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的作用。

某車輛匹配四缸發(fā)動(dòng)機(jī)與CVT變速器，搭載集成信號(hào)輪結(jié)構(gòu)的雙質(zhì)量飛輪曾出現(xiàn)在高轉(zhuǎn)速條件下的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩波動(dòng)問題。通過排查發(fā)現(xiàn)，信號(hào)輪凸齒齒頂與轉(zhuǎn)速傳感器徑向間隙波動(dòng)(即間隙存在>1.5 mm情況)是其中一個(gè)主要原因，反映在雙質(zhì)量飛輪中的信號(hào)輪凸齒齒頂徑向跳動(dòng)過大(產(chǎn)品使用要求為不超過0.5 mm，而在故障件中信號(hào)輪焊接后凸齒外徑極差為0.53 mm，徑向跳動(dòng)達(dá)到了0.69 mm)。在產(chǎn)品再次加工過程中，信號(hào)輪凸齒外徑均發(fā)生了不同程度的徑向變形[9-10]，徑向跳動(dòng)超差比例更是達(dá)到了80%。

本文對信號(hào)輪焊接定位夾具的定位模式與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，明確了此問題的改善方向。

1 集成信號(hào)輪結(jié)構(gòu)的雙質(zhì)量飛輪

本文研究的雙質(zhì)量飛輪特點(diǎn)主要是信號(hào)輪需布置在初級(jí)飛輪后殼體朝向變速器一側(cè)的平面上并加以焊點(diǎn)固定(見圖1)，保證其凸齒相位角與徑向跳動(dòng)的使用要求。但由于信號(hào)輪與后殼體無相關(guān)定位結(jié)構(gòu)，故信號(hào)輪的相位與徑向位置需依靠裝配焊接定位夾具保證。當(dāng)裝配夾具不適用時(shí)，在雙質(zhì)量飛輪中焊接的信號(hào)輪位置將無法滿足圖樣要求，影響產(chǎn)品的加工與制造。

圖1 雙質(zhì)量飛輪三維結(jié)構(gòu)圖

2 信號(hào)輪焊接定位夾具的研究與分析

為進(jìn)一步確定信號(hào)輪焊接定位夾具合理的定位模式與結(jié)構(gòu)，本文利用生產(chǎn)現(xiàn)場的信號(hào)輪裝配焊接試驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證夾具在不同的定位模式與結(jié)構(gòu)下對信號(hào)輪焊接后徑向變形與跳動(dòng)的影響趨勢。夾具對于信號(hào)輪相位角的定位，只需利用曲軸側(cè)定位銷與信號(hào)輪(去二齒處)定位塊即可完成，本文不重點(diǎn)研究。信號(hào)輪定位模式主要有六瓣內(nèi)撐式漲緊與三瓣環(huán)抱式夾緊2種，在六瓣內(nèi)撐式漲緊模式下分為可伸縮漲瓣結(jié)構(gòu)與剛性漲瓣結(jié)構(gòu)，在三瓣環(huán)抱式夾緊模式下可設(shè)置夾瓣不同的抱夾弧度。

基于試驗(yàn)對照要求，試驗(yàn)前測量出同批次信號(hào)輪凸齒外徑的極差與徑向跳動(dòng)數(shù)據(jù)(見表1)。

表1 單件信號(hào)輪的相關(guān)參數(shù)

2.1 六瓣內(nèi)撐式漲緊模式夾具的研究分析

圖2所示為六瓣內(nèi)撐式漲緊模式夾具漲緊信號(hào)輪工藝圖，由于信號(hào)輪內(nèi)徑6處焊點(diǎn)(高5.5 mm，長30 mm)的存在，信號(hào)輪定位漲瓣弧度(共6個(gè)，每個(gè)約20°，中間空隙作為焊槍的可工作行程)較小。為了分析六瓣內(nèi)撐式漲緊模式夾具對信號(hào)輪焊接后徑向變形與跳動(dòng)的影響，現(xiàn)保持焊點(diǎn)的焊接參數(shù)及溫度不變，分別試驗(yàn)夾具的可伸縮漲瓣定位結(jié)構(gòu)與剛性漲瓣定位結(jié)構(gòu)。

圖2 六瓣內(nèi)撐式漲緊信號(hào)輪工藝圖

2.1.1 可伸縮漲瓣定位結(jié)構(gòu)夾具的效果評價(jià)

在可伸縮漲瓣定位結(jié)構(gòu)(見圖3)中，其定位銷具有錐形導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，當(dāng)定位銷受到垂直方向的壓力時(shí)，6處漲瓣可同時(shí)通過內(nèi)部的連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)徑向方向的伸長(失去壓力時(shí)，漲瓣收縮)，漲緊信號(hào)輪內(nèi)徑，實(shí)現(xiàn)信號(hào)輪的空間定位。

圖3 可伸縮漲瓣定位夾具

利用該夾具測出信號(hào)輪焊接后凸齒外徑的極差與徑向跳動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。其凸齒外徑極差超出表1數(shù)據(jù)0.11～0.26 mm，可以得出信號(hào)輪受焊接熱量影響發(fā)生了較大的徑向變形，說明該結(jié)構(gòu)夾具無法阻止信號(hào)輪受焊接熱量影響產(chǎn)生的變形趨勢。另外，受變形影響其徑向跳動(dòng)也無法滿足產(chǎn)品的使用要求。

表2 信號(hào)輪焊接數(shù)據(jù)

2.1.2 剛性漲瓣定位結(jié)構(gòu)夾具的效果評價(jià)

在剛性漲瓣定位結(jié)構(gòu)(見圖4)中，漲瓣圓周具有錐形面，可在垂直壓力的作用下剛性漲緊信號(hào)輪內(nèi)徑，實(shí)現(xiàn)信號(hào)輪的空間定位。

圖4 剛性漲瓣定位夾具

利用該夾具測出信號(hào)輪焊接后凸齒外徑的極差與徑向跳動(dòng)數(shù)據(jù)(見表3)。其凸齒外徑極差超出表1數(shù)據(jù)0.13～0.29 mm，可以得出信號(hào)輪受焊接熱量影響同樣發(fā)生了較大的徑向變形，說明該結(jié)構(gòu)夾具也無法阻止信號(hào)輪受焊接熱量影響產(chǎn)生的變形趨勢。另外，受變形影響其徑向跳動(dòng)也無法滿足產(chǎn)品的使用要求。

表3 信號(hào)輪焊接數(shù)據(jù)

2.2 三瓣環(huán)抱式夾緊模式夾具的研究分析

圖5所示為三瓣環(huán)抱式夾緊模式夾具夾緊信號(hào)工藝圖。由于信號(hào)輪凸齒外徑處定位塊(凸齒相位定位)的存在，3處(均布)夾瓣無法360°抱緊信號(hào)輪，因?yàn)閵A瓣間需留出空隙容納定位塊部件。為了分析三瓣環(huán)抱式夾緊模式夾具對信號(hào)輪焊接后的徑向變形與跳動(dòng)影響，同時(shí)與內(nèi)撐式漲緊模式夾具形成鮮明對比，現(xiàn)保持焊點(diǎn)的焊接參數(shù)及溫度不變，分別試驗(yàn)小角度(58°)夾瓣與大角度(103°)夾瓣結(jié)構(gòu)，其中3處夾瓣通過氣缸操作實(shí)現(xiàn)夾緊與放松。

圖5 三瓣環(huán)抱式夾緊信號(hào)輪工藝圖

2.2.1 小角度夾瓣結(jié)構(gòu)夾具的效果評價(jià)

利用該夾具(見圖6)測出信號(hào)輪焊接后凸齒外徑的極差與徑向跳動(dòng)數(shù)據(jù)(見表4)。其凸齒外徑極差超出表1數(shù)據(jù)0.13～0.27 mm，可以得出信號(hào)輪受焊接熱量影響同樣發(fā)生了較大的徑向變形，說明該結(jié)構(gòu)夾具也無法阻止信號(hào)輪受焊接熱量影響產(chǎn)生的變形趨勢。另外，其徑向跳動(dòng)雖然滿足了產(chǎn)品的使用要求，但由于過于接近0.5 mm跳動(dòng)，故不適用于產(chǎn)品的批量生產(chǎn)過程。

圖6 小角度夾瓣結(jié)構(gòu)夾具

表4 信號(hào)輪焊接數(shù)據(jù)

2.2.2 大角度夾瓣結(jié)構(gòu)夾具的效果評價(jià)

利用該夾具(見圖7)測出信號(hào)輪焊接后凸齒外徑的極差與徑向跳動(dòng)數(shù)據(jù)(見表5)。其凸齒外徑極差與表1相比基本無明顯變化，說明該結(jié)構(gòu)夾具可以阻止信號(hào)輪受焊接熱量影響產(chǎn)生的變形趨勢，其徑向跳動(dòng)數(shù)據(jù)最大為0.39 mm，遠(yuǎn)小于0.5 mm，故滿足產(chǎn)品的使用要求，也適用于產(chǎn)品的批量生產(chǎn)過程。

圖7 大角度夾瓣結(jié)構(gòu)夾具

表5 信號(hào)輪焊接數(shù)據(jù)

3 結(jié)語

本文針對集成信號(hào)輪結(jié)構(gòu)的雙質(zhì)量飛輪基于信號(hào)輪裝配焊接試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了試驗(yàn)論證，分析了不同定位模式與結(jié)構(gòu)下的信號(hào)輪焊接定位夾具對信號(hào)輪焊接后的凸齒外徑變形量與徑向跳動(dòng)的影響。根據(jù)上述分析結(jié)果確定了信號(hào)輪焊接定位夾具的工作模式與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向，具體結(jié)論如下。

1)在此類產(chǎn)品上，信號(hào)輪焊接后凸齒的徑向變形和跳動(dòng)與定位夾具的工作模式及結(jié)構(gòu)有關(guān)，其六瓣內(nèi)撐式漲緊模式夾具不僅無法阻止信號(hào)輪受焊接熱量影響產(chǎn)生的變形趨勢，而且受變形影響其徑向跳動(dòng)也進(jìn)行了疊加放大，使其產(chǎn)品的制造與加工無法滿足車輛的使用要求。

2)三瓣環(huán)抱式夾緊模式夾具滿足此類產(chǎn)品的焊接定位需求，但三處夾瓣應(yīng)根據(jù)空間擴(kuò)大抱夾弧度，可以有效阻止信號(hào)輪受焊接熱量影響而發(fā)生的徑向變形趨勢，達(dá)到信號(hào)輪焊接后凸齒徑向跳動(dòng)的使用要求。

通過本文的研究，明確了一種集成信號(hào)輪結(jié)構(gòu)的雙質(zhì)量飛輪裝配夾具的設(shè)計(jì)方向，為解決該類問題提供了一定的參考。