汽車雙質量飛輪信號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

(吉林大華機械制造有限公司，吉林 長春 130000)

雙質量飛輪是20世紀80年代在汽車上出現的新配置，與單質量飛輪相比不僅可以有效衰減汽車發(fā)動機傳遞到變速器中的扭振，而且可以降低整車傳動系統(tǒng)的固有頻率，使共振轉速限制在怠速轉速以下，進一步改善整車的NVH性能[1-8]。在此基礎上，集成信號輪結構的雙質量飛輪還可以向轉速傳感器傳遞信號，使發(fā)動機控制單元(ECU)控制發(fā)動機燃油噴射和點火時刻，還具有檢測發(fā)動機轉速的作用。

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

本文對信號輪焊接定位夾具的定位模式與結構進行了研究，明確了此問題的改善方向。

1 集成信號輪結構的雙質量飛輪

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

圖1 雙質量飛輪三維結構圖

2 信號輪焊接定位夾具的研究與分析

為進一步確定信號輪焊接定位夾具合理的定位模式與結構，本文利用生產現場的信號輪裝配焊接試驗平臺，驗證夾具在不同的定位模式與結構下對信號輪焊接后徑向變形與跳動的影響趨勢。夾具對于信號輪相位角的定位，只需利用曲軸側定位銷與信號輪(去二齒處)定位塊即可完成，本文不重點研究。信號輪定位模式主要有六瓣內撐式漲緊與三瓣環(huán)抱式夾緊2種，在六瓣內撐式漲緊模式下分為可伸縮漲瓣結構與剛性漲瓣結構，在三瓣環(huán)抱式夾緊模式下可設置夾瓣不同的抱夾弧度。

基于試驗對照要求，試驗前測量出同批次信號輪凸齒外徑的極差與徑向跳動數據(見表1)。

表1 單件信號輪的相關參數

2.1 六瓣內撐式漲緊模式夾具的研究分析

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

圖2 六瓣內撐式漲緊信號輪工藝圖

2.1.1 可伸縮漲瓣定位結構夾具的效果評價

在可伸縮漲瓣定位結構(見圖3)中，其定位銷具有錐形導向結構，當定位銷受到垂直方向的壓力時，6處漲瓣可同時通過內部的連桿機構實現徑向方向的伸長(失去壓力時，漲瓣收縮)，漲緊信號輪內徑，實現信號輪的空間定位。

圖3 可伸縮漲瓣定位夾具

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

表2 信號輪焊接數據

2.1.2 剛性漲瓣定位結構夾具的效果評價

在剛性漲瓣定位結構(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輪內徑，實現信號輪的空間定位。

圖4 剛性漲瓣定位夾具

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

表3 信號輪焊接數據

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工藝圖。由于信號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°抱緊信號輪，因為夾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輪焊接后的徑向變形與跳動影響，同時與內撐式漲緊模式夾具形成鮮明對比，現保持焊點的焊接參數及溫度不變，分別試驗小角度(58°)夾瓣與大角度(103°)夾瓣結構，其中3處夾瓣通過氣缸操作實現夾緊與放松。

圖5 三瓣環(huán)抱式夾緊信號輪工藝圖

2.2.1 小角度夾瓣結構夾具的效果評價

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

圖6 小角度夾瓣結構夾具

表4 信號輪焊接數據

2.2.2 大角度夾瓣結構夾具的效果評價

利用該夾具(見圖7)測出信號輪焊接后凸齒外徑的極差與徑向跳動數據(見表5)。其凸齒外徑極差與表1相比基本無明顯變化，說明該結構夾具可以阻止信號輪受焊接熱量影響產生的變形趨勢，其徑向跳動數據最大為0.39 mm，遠小于0.5 mm，故滿足產品的使用要求，也適用于產品的批量生產過程。

圖7 大角度夾瓣結構夾具

表5 信號輪焊接數據

3 結語

本文針對集成信號輪結構的雙質量飛輪基于信號輪裝配焊接試驗平臺進行了試驗論證，分析了不同定位模式與結構下的信號輪焊接定位夾具對信號輪焊接后的凸齒外徑變形量與徑向跳動的影響。根據上述分析結果確定了信號輪焊接定位夾具的工作模式與結構設計方向，具體結論如下。

1)在此類產品上，信號輪焊接后凸齒的徑向變形和跳動與定位夾具的工作模式及結構有關，其六瓣內撐式漲緊模式夾具不僅無法阻止信號輪受焊接熱量影響產生的變形趨勢，而且受變形影響其徑向跳動也進行了疊加放大，使其產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品的焊接定位需求，但三處夾瓣應根據空間擴大抱夾弧度，可以有效阻止信號輪受焊接熱量影響而發(fā)生的徑向變形趨勢，達到信號輪焊接后凸齒徑向跳動的使用要求。

通過本文的研究，明確了一種集成信號輪結構的雙質量飛輪裝配夾具的設計方向，為解決該類問題提供了一定的參考。