標(biāo)桿管理在驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)改進(jìn)中的應(yīng)用

楊萍 陳華明 戴關(guān)林

摘 要：標(biāo)桿管理就是通過(guò)辨識(shí)標(biāo)桿，分析與標(biāo)桿的差距及原因，借鑒、學(xué)習(xí)其最佳實(shí)踐，制定并采取改進(jìn)與創(chuàng)新措施，以實(shí)現(xiàn)追趕、超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和標(biāo)桿的持續(xù)改進(jìn)與創(chuàng)新過(guò)程。本文通過(guò)進(jìn)行立標(biāo)、對(duì)標(biāo)、達(dá)標(biāo)、創(chuàng)標(biāo)的全過(guò)程對(duì)標(biāo)管理，對(duì)驅(qū)動(dòng)軸細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，并總結(jié)制定出了新的驅(qū)動(dòng)軸產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)范。

關(guān)鍵詞：標(biāo)桿管理 驅(qū)動(dòng)軸 設(shè)計(jì)改進(jìn)

Abstract：Benchmarking is to identify benchmarks， analyze the gaps and reasons with benchmarks， learn from their best practices， formulate and take improvement and innovation measures， so as to achieve continuous improvement and innovation process of catching up and surpassing competitors and benchmarks. This paper improves the detailed design of the drive shaft by carrying out the whole process of standard management， benchmarking， standard attainment and standard creation， and summarizes and formulates a new drive shaft product design specification.

Key words：benchmarking， drive shaft， design improvement

1 前言

2021年4月中國(guó)質(zhì)量協(xié)會(huì)發(fā)布了T/CAQ 10205-2021《對(duì)標(biāo)管理指南》[1]團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，給出了開(kāi)展對(duì)標(biāo)管理活動(dòng)的基本理念和指南，為各類對(duì)標(biāo)活動(dòng)的組織開(kāi)展指引意義非凡。對(duì)標(biāo)管理又稱為標(biāo)桿管理，其本質(zhì)是不斷尋找最佳實(shí)踐，以此為基準(zhǔn)不斷地測(cè)量分析與持續(xù)改進(jìn)，最終成為行業(yè)標(biāo)桿。標(biāo)桿管理是一個(gè)系統(tǒng)的、持續(xù)的過(guò)程，是獲得創(chuàng)新和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的最佳工具，它由立標(biāo)、對(duì)標(biāo)、達(dá)標(biāo)、創(chuàng)標(biāo)四個(gè)基本要素組成一個(gè)不斷循環(huán)標(biāo)桿環(huán)運(yùn)行，因其在追趕對(duì)手和標(biāo)桿、追求競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)方面，具有明顯的實(shí)效性和廣泛的適用性[2]，被廣泛應(yīng)用于政府及企事業(yè)單位的管理工作中。

標(biāo)桿管理應(yīng)用在日常的質(zhì)量分析和產(chǎn)品改進(jìn)中，更會(huì)使許多疑難雜癥迎刃而解，快速找到合理的解決方法。驅(qū)動(dòng)軸的一些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)問(wèn)題，不但影響驅(qū)動(dòng)軸自身的性能，還對(duì)周邊與之關(guān)聯(lián)的部件產(chǎn)生不良影響，本文就應(yīng)用標(biāo)桿管理的原理，針對(duì)某款車型驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)改進(jìn)問(wèn)題進(jìn)行論述。

2 分析故障模式，立標(biāo)和對(duì)標(biāo)

標(biāo)桿管理首先是立標(biāo)與對(duì)標(biāo)。立標(biāo)就是選擇業(yè)內(nèi)、外的最佳實(shí)踐方法，以此為基礎(chǔ)作為基準(zhǔn)、作為學(xué)習(xí)的對(duì)象。對(duì)標(biāo)就是對(duì)照標(biāo)桿測(cè)量分析，發(fā)現(xiàn)自身的短板、尋找差距，并分析與嘗試自身的改進(jìn)方法，探索達(dá)到或超越標(biāo)桿水平的方法與途徑[3]。標(biāo)桿的選擇強(qiáng)調(diào)的是通過(guò)實(shí)踐得到檢驗(yàn)的能解決問(wèn)題的最佳方法，可以是內(nèi)部的，也可以是外部的。本文在驅(qū)動(dòng)軸的幾項(xiàng)改進(jìn)設(shè)計(jì)中，分別選擇了同款車型的類似零部件、本公司其它車型的同類零部件，以及國(guó)內(nèi)、外同類車型的成功實(shí)例作為標(biāo)桿，進(jìn)行了對(duì)標(biāo)。

2.1 左驅(qū)動(dòng)軸與差速器行星齒輪軸干涉

售后市場(chǎng)反饋?zhàn)篁?qū)動(dòng)軸與差速器行星齒輪軸干涉產(chǎn)生異響，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致行星齒輪軸彎曲，甚至使變速器殼體碎裂，圖1為拆解后發(fā)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)軸在行星齒輪軸上留下的磨痕。雖然此問(wèn)題故障率很小，但由于故障造成的損失都比較嚴(yán)重，所以分析改進(jìn)就顯得尤為必要。

由于此故障只出現(xiàn)在某款車型左驅(qū)動(dòng)軸上，而右驅(qū)動(dòng)軸上沒(méi)有類似故障發(fā)生，所以可以把右驅(qū)動(dòng)軸作為標(biāo)桿進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析。

從零件裝配關(guān)系可以看到，左、右驅(qū)動(dòng)軸差異主要有兩點(diǎn)：

1.裝配完成后驅(qū)動(dòng)軸與行星齒輪軸的理論間隙不同：右驅(qū)動(dòng)軸與行星齒輪軸的理論間隙是0.418mm～1.036mm；左驅(qū)動(dòng)軸與行星齒輪軸的理論間隙是0.118mm～0.816mm；

2.左、右驅(qū)動(dòng)軸定位面不同：右驅(qū)動(dòng)軸是以差速器殼體端面作為定位面；而左驅(qū)動(dòng)軸由于軸承端面超出了差速器殼端面，所以左驅(qū)動(dòng)軸實(shí)際是以軸承端面作為安裝定位面。由于驅(qū)動(dòng)軸與變速器油封配合段軸徑及端部倒角、軸承內(nèi)圈倒角尺寸問(wèn)題，左驅(qū)動(dòng)軸與軸承二者在倒角處線貼合；并且因?yàn)榈菇堑年P(guān)系，左驅(qū)動(dòng)軸與行星齒輪軸的實(shí)際間隙更小，只有0.058mm～0.756mm。由于倒角加工的不精確性，實(shí)際裝配后左驅(qū)動(dòng)軸與行星齒輪軸間的間隙可能會(huì)更小。

2.2 驅(qū)動(dòng)軸與制動(dòng)器的連接花鍵異響

驅(qū)動(dòng)軸與制動(dòng)器通過(guò)花鍵相連，進(jìn)行動(dòng)力的傳輸?；ㄦI齒側(cè)間隙的大小，對(duì)裝配情況及整車品質(zhì)的影響較大，間隙小了造成裝配困難，驅(qū)動(dòng)軸端部螺紋不能露出或露出太少，不能順利帶上螺母；間隙大了則會(huì)引起車輛起步及倒車時(shí)，出現(xiàn)“咯噔”的異響聲。并且隨著刀具的磨損及更新，不時(shí)會(huì)出現(xiàn)裝配困難或異響的問(wèn)題。本公司另外一款車型就沒(méi)有此類問(wèn)題產(chǎn)生，因此可以作為標(biāo)桿，進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析。

經(jīng)對(duì)比，對(duì)標(biāo)車型驅(qū)動(dòng)軸花鍵為圓柱斜齒漸開(kāi)線花鍵，增加了螺旋角設(shè)計(jì)。雖然兩款車型發(fā)動(dòng)機(jī)不同，花鍵軸的直徑有差異，但驅(qū)動(dòng)軸花鍵為圓柱斜齒漸開(kāi)線花鍵后，可以使內(nèi)、外花鍵之間實(shí)現(xiàn)零齒側(cè)間隙配合，或者實(shí)現(xiàn)緊密的擠壓式過(guò)盈配合，無(wú)疑可以徹底避免車輛起步及倒車時(shí)出現(xiàn)“咯噔”的異響聲[4]。

2.3 驅(qū)動(dòng)軸與固定螺母連接螺紋損傷

為防止驅(qū)動(dòng)軸與車輪固定螺母連接松動(dòng)，必須采取可靠的防松措施。本車型在驅(qū)動(dòng)軸螺紋段設(shè)計(jì)有銑削而成的凹槽，固定螺母裝配后末端敲變形至凹槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)防松，見(jiàn)圖3所示。

市場(chǎng)上時(shí)有出現(xiàn)由于操作失誤，或多次操作引起驅(qū)動(dòng)軸螺紋失效的故障模式。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)、外車型驅(qū)動(dòng)軸結(jié)構(gòu)調(diào)查，部分車型在驅(qū)動(dòng)軸的端部有一段不加工螺紋，而設(shè)計(jì)成一段圓柱形的光滑軸徑，固定螺母防松槽位于此光滑軸徑上，詳見(jiàn)圖4。此結(jié)構(gòu)不但在裝配固定螺母時(shí)起到導(dǎo)向作用，還避免了裝拆制動(dòng)器時(shí)，敲擊驅(qū)動(dòng)軸端部造成螺紋損傷，對(duì)驅(qū)動(dòng)軸端部螺紋起到一定的保護(hù)作用。

3 制訂并實(shí)施改進(jìn)措施

標(biāo)桿管理的目的是達(dá)標(biāo)與創(chuàng)標(biāo)，所謂達(dá)標(biāo)就是改進(jìn)落實(shí)，在實(shí)踐中達(dá)到標(biāo)桿水平或?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)成效；所謂創(chuàng)標(biāo)，就是運(yùn)用標(biāo)桿四法創(chuàng)新，并經(jīng)過(guò)知識(shí)沉淀，形成超越最初選定的標(biāo)桿對(duì)象，形成新的、更先進(jìn)的實(shí)踐方法，進(jìn)入標(biāo)桿環(huán)，直至成為行業(yè)標(biāo)桿[3]。

3.1 左驅(qū)動(dòng)軸與行星齒輪軸干涉改進(jìn)

通過(guò)對(duì)標(biāo)可知，以差速器殼體端面作為驅(qū)動(dòng)軸安裝定位面，安裝定位可靠；而以軸承端部倒角位置定位，驅(qū)動(dòng)軸與行星齒輪軸間的間隙不可控，實(shí)際間隙會(huì)小于理論值，其次還會(huì)對(duì)軸承的使用壽命造成影響。

左驅(qū)動(dòng)軸定位接觸位置應(yīng)避免在倒角上，間隙也要適當(dāng)提高。通過(guò)尺寸鏈核算確定，將差速器殼端面到差速器中心的距離由65.20+0.1mm加大至66.20+0.1mm，使得定位接觸面由軸承端面倒角位置轉(zhuǎn)移至差速器殼體上，而左驅(qū)動(dòng)軸軸向長(zhǎng)度無(wú)需調(diào)整，此更改不會(huì)影響彈簧擋圈彈開(kāi)的情況下，可以保證左驅(qū)動(dòng)軸端面與行星齒輪軸間間隙也達(dá)到0.418mm～1.036mm；并且通過(guò)核算，此更改方案對(duì)變速器油封的密封不會(huì)造成影響。通過(guò)多輪試驗(yàn)驗(yàn)證，目前沒(méi)有再發(fā)生驅(qū)動(dòng)軸與行星齒輪軸干涉現(xiàn)象。

3.2 驅(qū)動(dòng)軸與制動(dòng)器的連接花鍵改進(jìn)

通過(guò)對(duì)標(biāo)，確定將驅(qū)動(dòng)軸外球籠花鍵更改為圓柱斜齒漸開(kāi)線外花鍵。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前驅(qū)動(dòng)軸斜齒花鍵螺旋角設(shè)計(jì)大小為10′～30′。因此，在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)軸外球籠圓柱斜齒漸開(kāi)線外花鍵參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，首先根據(jù)對(duì)標(biāo)車型設(shè)計(jì)參數(shù)，預(yù)設(shè)一個(gè)螺旋角大小，再通過(guò)核算端面齒側(cè)間隙、輪轂裝配后驅(qū)動(dòng)軸端部外露螺紋長(zhǎng)度能否預(yù)緊車輪固定螺母、零齒側(cè)間隙時(shí)的花鍵配合長(zhǎng)度等參數(shù)，反復(fù)進(jìn)行驗(yàn)算、調(diào)整和改進(jìn)，最終得出滿足配合要求的驅(qū)動(dòng)軸螺旋角為18′（RH），跨棒距為29.21mm～29.27mm（量棒直徑2.03mm），模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、大小徑等參數(shù)保持不變。

經(jīng)過(guò)實(shí)車試裝驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，制動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)軸配合后，安裝螺紋露出長(zhǎng)度正好可以輕松手動(dòng)預(yù)緊螺母，下道工序可以用氣槍打緊，裝配便利；通過(guò)實(shí)車試乘，異響問(wèn)題不復(fù)存在，改善效果明顯。

3.3 驅(qū)動(dòng)軸與固定螺母連接螺紋損傷

對(duì)于市場(chǎng)上時(shí)常出現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)軸與固定螺母連接螺紋損傷問(wèn)題，結(jié)合標(biāo)桿產(chǎn)品，對(duì)車輪固定螺母的防松定位槽重新進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，確定的具體方案如圖5所示：

改進(jìn)后裝配與拆卸驅(qū)動(dòng)軸時(shí)，即使敲擊驅(qū)動(dòng)軸端部，也不會(huì)對(duì)連接螺紋造成損傷；其次，在緊固固定螺母時(shí)，圓柱光滑端還可以起到導(dǎo)向作用，提高了裝配的效率。以上改進(jìn)，通過(guò)實(shí)車的試裝試驗(yàn)評(píng)審，達(dá)到了預(yù)期的改進(jìn)效果。

4 制定新的設(shè)計(jì)規(guī)范

對(duì)標(biāo)的目的不僅在于改進(jìn)目前存在的故障模式，更在于形成新的設(shè)計(jì)規(guī)范，指導(dǎo)以后的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。針對(duì)前述驅(qū)動(dòng)軸故障對(duì)標(biāo)結(jié)果，此基礎(chǔ)上總結(jié)形成了新的設(shè)計(jì)規(guī)范：

4.1 驅(qū)動(dòng)軸與差速器行星齒輪軸表面最小設(shè)計(jì)間隙應(yīng)大于0.4mm；驅(qū)動(dòng)軸安裝定位基準(zhǔn)，應(yīng)選擇可靠的接觸平面，比如差速器殼體端面，避免以軸承端面作為定位面，對(duì)軸承的使用壽命造成影響。由于差速器尺寸設(shè)計(jì)問(wèn)題，找不到可靠定位面的情況下，可以采用驅(qū)動(dòng)軸安裝支架進(jìn)行定位。不論采用何種定位方式，在滿足驅(qū)動(dòng)軸與差速器行星齒輪軸表面間隙的前提下，還應(yīng)保證差速器端驅(qū)動(dòng)軸彈簧擋圈能夠彈開(kāi)，防止車輛行駛過(guò)程中驅(qū)動(dòng)軸脫出，動(dòng)力傳輸中斷。

4.2 為避免驅(qū)動(dòng)軸與制動(dòng)器連接花鍵異響產(chǎn)生，建議優(yōu)選驅(qū)動(dòng)軸采用圓柱斜齒漸開(kāi)線花鍵。斜齒齒花鍵參數(shù)設(shè)計(jì)，必須保證驅(qū)動(dòng)軸與輪轂裝配后，達(dá)到零端面齒側(cè)間隙時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸端部外露螺紋長(zhǎng)度能夠帶上固定螺母5～6扣。

4.3 驅(qū)動(dòng)軸采用圓柱斜齒漸開(kāi)線花鍵，花鍵齒面擠壓應(yīng)力變大，因此花鍵齒的熱處理要求需重新調(diào)整。結(jié)合分析及試驗(yàn)驗(yàn)證情況，制定出的熱處理要求為中頻感應(yīng)淬火后齒面硬度58HRC～64HRC。

4.4 對(duì)于仍采用直齒漸開(kāi)線花鍵的驅(qū)動(dòng)軸，花鍵參數(shù)匹配時(shí)應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)軸與制動(dòng)器花鍵配合齒側(cè)間隙在0.03mm～0.15mm的范圍內(nèi)。

4.5 為避免出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)軸與固定螺母連接螺紋損傷問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)軸端部可以設(shè)計(jì)5mm～10mm的光滑段，在緊固固定螺母時(shí)起到導(dǎo)向作用；其次拆裝制動(dòng)器時(shí)，還可以對(duì)驅(qū)動(dòng)軸上的螺紋起到保護(hù)作用。導(dǎo)向端軸徑的大小應(yīng)小于螺紋小徑值；軸徑的長(zhǎng)度應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)軸與制動(dòng)器配合后，驅(qū)動(dòng)軸外露螺紋長(zhǎng)度符合要求，且不會(huì)影響輪轂裝飾罩的裝配。導(dǎo)向段結(jié)構(gòu)形式可以多樣，不局限于圓柱形，也可以采用截錐形等其它結(jié)構(gòu)形式。

4.6 驅(qū)動(dòng)軸端部軸徑上應(yīng)設(shè)置固定螺母防松鎖止結(jié)構(gòu)。防松鎖止結(jié)構(gòu)的具體位置和尺寸應(yīng)結(jié)合零齒側(cè)間隙時(shí)的花鍵配合長(zhǎng)度確定。防松鎖止結(jié)構(gòu)可以采用不同的形式，例如在驅(qū)動(dòng)軸端部軸徑上增加防松鎖止槽。

5 結(jié)語(yǔ)

標(biāo)桿管理的靈魂在于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善與創(chuàng)新[3]。本文在驅(qū)動(dòng)軸產(chǎn)品的幾項(xiàng)改進(jìn)設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)、外同類產(chǎn)品的分析研究，進(jìn)行立標(biāo)、對(duì)標(biāo)、達(dá)標(biāo)、創(chuàng)標(biāo)的全過(guò)程對(duì)標(biāo)管理，不但有效地解決了本車型存在的問(wèn)題，也為其它產(chǎn)品以及今后的設(shè)計(jì)工作提供了新的設(shè)計(jì)規(guī)范。從對(duì)標(biāo)全過(guò)程可以看到，標(biāo)桿管理不是知識(shí)產(chǎn)權(quán)的侵犯，不是簡(jiǎn)單的模仿抄襲，而是站在巨人肩膀上的創(chuàng)新。

標(biāo)桿管理是一個(gè)體系化、系統(tǒng)化、全員化、常態(tài)化的工作。隨著公司產(chǎn)品不斷走向世界，使用環(huán)境在變化，法規(guī)要求在提升，市場(chǎng)需求滾動(dòng)變化，因此需要建立一套完備的對(duì)標(biāo)體系流程，將標(biāo)桿管理融入到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的全流程中[5]，不斷選擇新的標(biāo)桿進(jìn)行對(duì)標(biāo)，不定期地對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行完善更新，校準(zhǔn)產(chǎn)品與市場(chǎng)需求的匹配關(guān)系，以提升產(chǎn)品的價(jià)值和企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

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