Internal Combustion Engine&Parts・51・发动机凸轮轴啸叫异响的消除研究 Research on Eliminating Abnormal Noise of Engine Camshaft
柏晓峰BAI Xiao-feng；夏承睿XIA Cheng-rui；吴勤WU Qin
电机风叶
(广汽乘用车有限公司，广州511434)蓄电池隔板
淀粉牙签(GAC MOTOR Co.,Ltd.,Guangzhou511434,China)
摘要：本文针对发动机凸轮轴啸叫异响课题袁通过调整Adcole测量设备工作参数快速形成凸轮轴振纹图形袁对零件进行对比判断，出了异响的原因，并优化凸轮轴磨削参数，消除表面振纹，彻底解决啸叫异响遥医用洗手刷
Abstract:This paper aims at the problem of engine camshaft squealing and abnormal noise,rapid formation of camshaft vibration pattern by adjusting Adcole equipment parameters,compare and judge the parts,find out the cause of the abnormal noise.The grinding parameters of camshaft are optimized,eliminate surface chatter,eliminate abnormal noise completely.
关键词：发动机；凸轮轴；振纹；啸叫
Key words:engine；camshaft；surface chatter；squealing and abnormal noise
中图分类号:TK407文献标识码:A文章编号:1674-957X(2020)24-0051-02
0引言
近年来，消费者对汽车商品性要求逐步提高，根据J. DPower调查报告表明，各种声音抱怨占到车辆整体抱怨的10%左右，异响声的质量抱怨越来越成为用户关注的重点叫很多汽车生产厂商专门建立NVH(噪声、振动与声振粗糙度的英文缩写)实验室研究降低汽车NVH值NVH特性的研究是出对乘坐舒适性影响最大的因素，通过改善激励源振动状况或控制激励源振动噪声向车室内的传递来提高乘坐舒适性。发动机是车辆噪声的主要激励源，受限于零部件的产品结构特点，以及现有加工工艺水平，消除异响声成为技术人员面临的技术难题叽凸轮轴是发动机重要零部件，它控制发动机的气门开启/关闭，凸轮表面质量状况直接影响发动机异响啸叫。行业内对凸轮轴采用Adcole设备傅里叶测量法判断振纹，但是哪些谐波范围的振幅是棱面，哪些谐波范围的振幅是颤痕，临界值是多少等需要通过大量的实际测试取得经验数据[1]，是无法直接套用同行的经验系数值。本文就凸轮轴啸叫异响，利用现有Adcole设备，优化测量参数，采用对比法，快速确定异响原因，为制定对策提供依据，很好地解决了该课题。
1问题点描述
在发动机点火试验台点火发动机时，发现有类似吹口哨时的清脆"嘘嘘……”啸叫声，经听诊器确认啸叫声源为凸轮轴部位，具体现象：发动机怠速工况下，工作正常，加速后松油门瞬间，啸叫明显。发动机异响标志发动机在该工况时，某一机构的状态发生变化[2]，凸轮轴啸叫异响的出现，正说明凸轮轴状态发生变化。调换凸轮轴，啸叫异响声音与凸轮轴有跟随性，需要重点调查凸轮轴。
啸叫异响的发动机需要拆解气缸盖更换凸轮轴，再上点火试验台确认啸叫异响情况，返修工作量大，严重影响发动机生产效率。
作者简介：柏晓峰(1984-)，男，广东韶关人，本科，主要从事发动机总成及零部件故障分析工作。
2凸轮轴相关调查
对凸轮轴进行调查、测量，如下
2.1单品尺寸调查
对异响凸轮的轴颈直径、圆度、圆柱度、凸轮型线、粗糙度、凸轮轴止推面轴向距离等关键尺寸进行调查确认，尺寸未发现异常。
2.2粗糙度极限件装机验证
测量凸轮轴凸轮粗糙度，规格Ra0.32，选择粗糙度上限件装机，异响出现无规律。异响与凸轮粗糙度无相关性。
出现异响凸轮轴的生产批次，反查磨削是否修砂轮首末件，异响凸轮轴与修砂轮无对应关系。
2.4对比分析法调查
取异响凸轮轴/正常凸轮轴，进行对比调查。调整Adcole设备参数UPR值及图形放大倍率“分别按照50UPR、100UPR、150UPR、200URP参数下“放大10000倍、8000倍,5000倍,3000倍,2000倍,1500倍“对比异响/正常 凸轮轴图形，发现异响的凸轮轴按照150UPR\图形放大3000倍打印图形会有明显连续波纹，最大波峰0.4um，如图1，灯光照射下目视可以确定凸轮轴表面有振纹。
为进一步验证Adcole测量图形有波纹装发动机是否异响，安排测量若干数量凸轮轴，将Adcole在150UPR、放大3000倍条件下，图形出现连续波纹的凸轮轴安排装机验证，异响能再现。凸轮轴表面振纹是异响的原因。
3啸叫异响原理
发动机配气机构主要由凸轮轴、摇臂、液压挺柱、气门、弹簧等零部件组成；在配气机构中，凸轮与摇臂之间的
-52-内燃机与配件
摩擦振动、气门的不规则、摇臂撞击气门尾部以及气门落座时的冲击均会产生噪音％它采用顶置式布置，位于气缸盖上，凸轮轴的凸轮直接驱动气门省去了一大套如挺杆、推杆等往复运动的部件，它结构简单、惯性小，但凸轮轴在气缸盖上拆装较为麻烦，同时对凸轮轴的尺寸及表面质量要求较高，它的结构如图2o
3
5
1凸轮轴;2摇臂;3液压挺柱;4弹簧;5气门.
无菌车间
图2凸轮轴/气门机构示意图
凸轮轴凸轮与摇臂接触，摇臂左侧压紧气门，右侧压紧液压挺柱，工作时，凸轮轴旋转，当凸轮桃尖压紧摇臂，摇臂下压气门，此时气门完全打开，凸轮轴继续旋转，当凸轮基圆压紧摇臂，气门在弹簧力作用下回弹，此时，气门完全关闭。液压挺柱时刻与气门、弹簧形成相互杠杆作用。
根据上述结构图，可以将它简化成如图3的原理示意图。
1皮带轮;2重物M；3弹簧1；4弹簧2.
图3简化模型
从模型可知，凸轮轴凸轮部位表面有振纹，相当于皮带上有规律性的“小凸台”，皮带轮转动时“小凸台”与重物M的接触会发生规律性的振动，激励源振动就这样产生，激励振动在特定的频率下即为啸叫
异响。发动机加速时噪音增大难以发现啸叫异响，当松油门时发动机噪音瞬间降低，此时激励振动的啸叫异响被清晰听到o
4解决措施
解决啸叫异响的有效办法就是要消除特定频率的产生，比如采用抛光凸轮、优化砂轮磨削参数等方法。根据相关资料可知,Adcole设置参数UPR150属于颤痕叫凸轮轴表面产生振纹原因是多种的，可以从砂轮选型、砂轮平衡性、砂轮修整频率、机床丝杆传动稳定性、凸轮轴轮廓数据等进行分析目，凸轮轴在磨削时的振动会在零件表面形成振纹，所以要提高产品质量，就必须控制磨削过程中振动带来的振纹，振动可能的原因是砂轮磨削过程中钝化，导致磨削力增加，磨粒从粘结剂中脱落引起砂轮磨损，脱落的磨粒挤进砂轮砂粒空隙中而使砂轮不均匀的磨损，引起磨力变化，出现振纹，通常需要调整设备参数或砂轮型号％鉴于生产设备除了生产该型凸轮轴还生产其他产品，但其他产品没有振纹，排除硬件问题，重点进行优化磨削参数:①分别对砂轮的修整量进行调整，原修整量0.004mm/次，调整后0.005mm/次，使得砂轮修整量增多，砂轮表面更加锋利，有利于改善砂轮切削受力；②砂轮为CBN材质，直径350mm，砂轮说明书显示砂轮线速度最大可达120m/s，同类产品磨床砂轮线速度一般设置90m/s，为了保证加工节拍，原磨床的加工参数设置砂轮恒线速度110m/s，将线速度调为90m/s；同时为了弥补节拍损失，优化磨削砂轮快进点距离，根据磨削之前工序凸轮轴跳动最大1.8mm，原快进点距离设置为3mm，优化为2.6mm，抵消砂轮线速度降低的节拍损失。
通过调整砂轮线速度、砂轮修整量，验证20件，发现凸轮表面振纹有明显改善，但未消除,Adcole的振纹图形还有波纹状，如图4o
图4磨削参数调整后凸轮部位振纹图形
为消除凸轮部位振纹对抛光设备的参数进行优化，原抛光带60um粒度、抛光15s，为了消除振纹，分别验证60um/40um粒度抛光带，按照抛光时间20s、25s、30s、35s 进行，同时，结合磨床修砂轮第1件、第5件、第10件…末件，各条件下的零件分别抛光10件，送Adcole测量凸轮振纹图形，结合图形形状及生产节拍的经济可行性，最终锁定抛光设备参数是采用40um粒度抛光带、抛光25so 综上所述，通过对凸轮加工磨床的砂轮修整量、砂轮线速度及对抛光设备的抛光带粒度、延长抛光抛光时间，消除振纹，取得明显效果。
5结论
对凸轮轴表面振纹，过往快速甄别方法为目视，但此方法属于人工主观判断，容易出现误判、错判；若采用Adcole 傅里叶测量法又需投入大量人力物力测量凸轮轴进行基础数据采集、分析，准确确定振纹判断参数，时间周期长，不利于快速对应车间生产。而采用本文所述的Adcole简易图形对比判断法，能以极低的成本，快速、准确判断振纹情况，防止振纹导致发动机啸叫异响，为凸轮轴相关工作人员提供经验借鉴。
参考文献：
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[3]周康康，曹毅，徐刚强.通机凸轮轴凸轮表面磨削振纹分析[J].工艺与技术,2019(26).
[4]曾庆华，靳晓雄.轿车用发动机异响声分析及测试识别方法[J].汽车工程师,2009(11).
[5]郭允，董绍峰.凸轮轴磨削加工振动的分析与处理[J].现代车用动力,2003(3)
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