Корея Ever-Power · Ръководство за приложно инженерство
Червяк и червячно колело за автомобилно кормилно управление и регулатор на прозорци
Всеки автомобил на пътя съдържа от 4 до 12 двойки червячни зъбни колела – в кормилната колона с електрическо сервоусилване, във всеки от четирите регулатора на прозорците, в регулаторите на седалките, люка на покрива и задвижващите механизми на огледалата. Един производител на оригинално оборудване за автомобили, произвеждащ 1,5 милиона превозни средства годишно, консумира от 6 до 18 милиона двойки червячни зъбни колела годишно. При този обем намаление на разходите с 0,02 щатски долара на двойка спестява от 120 000 до 360 000 щатски долара годишно – а процент на дефекти в качеството от 0,1 процента води до 6000 до 18 000 гаранционни рекламации. Масовото производство превръща спецификацията на двойката червячни зъбни колела от инженерен проблем в предизвикателство за статистически контрол на качеството.
Автомобилните приложения — електрически сервоусилвател на волана (EPS), регулатори на прозорци, регулатори на седалки, задвижвания на люкове и задвижващи механизми на огледала — представляват най-големия пазар на червячни зъбни колела в света: от 100 000 до 5 000 000 бройки годишно на приложение на производител на оригинално оборудване (OEM). Матрицата за контрол на качеството на масовото производство SPC определя целите на Cpk (индекс на технологични възможности) за всеки критичен размер на червячната зъбна колела: Cpk 1,67 или по-висок за критични за безопасността EPS параметри (хлабина, капацитет на въртящ момент), Cpk 1,33 или по-висок за критични за шума и вибрациите параметри (повърхностна обработка, профил на зъбите) и Cpk минимум 1,0 за некритични размери. Този статистически подход замества проверката на отделните части, използвана в индустриалните приложения (статии A01 до A29), със статистическа проверка на ниво процес — потвърждаваща не че всяка част отговаря на спецификацията, а че производственият процес е статистически неспособен да произвежда несъответстващи части. Пластмасовите джанти от POM и PA66-GF са универсални за автомобилни приложения, защото осигуряват NVH производителност, намаляване на теглото и единична цена, които автомобилната икономика изисква.
Където всяка кола използва червячни зъбни колела
Съвременният лек автомобил съдържа от 4 до 12 отделни двойки червячни зъбни колела в множество подсистеми. Всяко приложение споделя три общи изисквания: безшумна работа в купето (ниво на шум и вибрации под човешкото възприятие), лека конструкция (всеки грам влияе върху горивната ефективност или пробега на електрическия автомобил) и надеждност на автомобилен клас (нулеви повреди в продължение на 10 до 15 години и над 200 000 работни цикъла). Но всяко приложение има и уникални изисквания, които различават спецификацията на двойката червячни зъбни колела.
Функция: Въртящият момент на двигателя се предава чрез червячна зъбна двойка към кормилната колона.
Въртящ момент: 20 до 60 N·m асистенция. Обратна реакция: Под 5 дъгови минути (усещане за волан).
Самозаключващо се: От съществено значение — предотвратява обратната връзка от пътя от връщане на двигателя назад.
Качество: IATF 16949, PPAP ниво 3, Cpk ≥ 1,67 за параметри на безопасност.
Обем: 1 на превозно средство. Живот: 15 години / 300 000 км.
Функция: Моторът задвижва стъклото на прозореца нагоре/надолу чрез барабан с кабел и червячна зъбна предавка.
Въртящ момент: 3 до 8 N·m. Шум: Под 42 dB(A) в кабината.
Самозаключващо се: Основно — задържа прозореца в позиция, която не подлежи на вятър при скорост на магистралата.
Качество: IATF 16949, PPAP ниво 3, Cpk ≥ 1,33 за NVH параметри.
Обем: 4 на превозно средство. Живот: 40 000+ цикъла.
Матрица за контрол на качеството на SPC за масово производство — Cpk цели по критичност на параметрите
При производството на червячни зъбни колела в промишлеността (статии A01 до A29), качеството се проверява чрез проверка на всяка част спрямо спецификацията - 100-процентов подход за проверка, който е осъществим при обеми от 50 до 5000 бройки годишно. При автомобилни обеми (100 000 до 5 000 000 бройки годишно), 100-процентовата проверка на всяко измерение е икономически невъзможна. Вместо това, доставчиците на автомобилна промишленост използват SPC (Статистически контрол на процесите), за да наблюдават производствения процес - проверявайки дали капацитетът на процеса (Cpk) надвишава прага, който статистически гарантира съответствие.
Матрицата показва, че качеството на автомобилните червячни зъбни колела се управлява на три нива: параметри, критични за безопасността (Cpk 1,67, по-малко от 1 дефект на милион), които биха довели до повреда в безопасността на превозното средство, ако са извън спецификацията, параметри, критични за NVH (Cpk 1,33, по-малко от 63 дефекта на милион), които биха произвели осезаем шум или грубост от клиента, и значими параметри (Cpk 1,0, по-малко от 2700 на милион), които влияят на сглобяването, но не и на функцията или възприятието на клиента. Доставчикът на червячни зъбни колела на автомобилен производител на оригинално оборудване (OEM) трябва да демонстрира тези стойности на Cpk по време на PPAP (Процес на одобрение на производствени части) преди началото на производството — и да ги поддържа през целия производствен живот с текущ SPC мониторинг.
Изисквания за шум, вибрации и вибрации — безшумна работа в купето
Пътническият салон на автомобила е най-тихата работна среда за червячни зъбни колела в тази поредица от 30 статии – и парадоксално, той има най-строгите спецификации за шум. Болнично легло в интензивно отделение (статия A11) работи под 45 dB(A) в стая с фонов шум от 35 dB(A). Регулаторът на прозореца на автомобила трябва да работи под 42 dB(A) в кабина, където фоновият шум при скорост на магистрала може да бъде само 62 до 68 dB(A) – но регулаторът работи по време на спирания и ниска скорост, когато в кабината е 35 до 45 dB(A), което прави регулатор от 42 dB(A) ясно чуваем. Прагът на възприятие за шум от червячни зъбни колела в тиха кабина е приблизително 38 dB(A) – което е целта за луксозните автомобили.
Пластмасови джанти като решение за шумозаглушаване и вибрации. POM (ацетал) и PA66-GF (найлон, подсилен със стъклени влакна) са универсалните материали за колела за автомобилни червячни зъбни колела, тъй като те произвеждат с 10 до 15 dB(A) по-малко шум от бронза при леки въртящи моменти, типични за автомобилните приложения (от 3 до 60 N·m). POM е предпочитан за регулатори на прозорци и задвижващи механизми на огледала (най-нисък шум, адекватна якост при 3 до 8 N·m). PA66-GF е предпочитан за кормилни колони от EPS (по-висока якост при 20 до 60 N·m, стъклените влакна добавят 40 процента към якостта на опън в сравнение с неподсиления PA66). И двата материала струват с 60 до 80 процента по-малко на колело от бронза - което е от решаващо значение за целите на разходите за автомобили.
Корейски доставчик от първо ниво за автомобилната индустрия, произвеждащ червячни зъбни колела за регулатори на прозорци за основен производител на оригинално оборудване (OEM) с 2,4 милиона бройки годишно, е отбелязал пик на гаранционните претенции през третата производствена година: 380 оплаквания от шум PPM (клиенти, съобщаващи за чуваемо щракане по време на отваряне на прозореца). Разследването е проследило шума до вариация в профила на зъба на POM колелото — процесът на шприцване се е отклонил поради износване на кухината на формата, което е довело до отклонение от 0,03 мм в страничната част на зъба, което е било в рамките на допустимия отклонение на размерите (Cpk е останал над 1,0 за размера), но е надвишил прага на NVH. Диаграмата на SPC за размерите не е показала аларма, но диаграмата на SPC за шума (100-процентово тестване на шум в края на производствената линия, въведено след инцидента) е показала, че шумът е имал възходяща тенденция в продължение на 6 седмици преди да бъдат предявени гаранционните претенции. Коригиращи действия: добавяне на тестване за шум в края на линията към плана за контрол на SPC (100% тестване на цена от 0,8 щатски долара на единица - добавяне на 1 920 000 щатски долара годишно към производствените разходи), обновяване на кухините на матриците с цикъл от 500 000 изстрела (преди това 800 000 изстрела) и затягане на целевата стойност Cpk на профила на зъба от 1,0 до 1,33 за критичния за NVH размер на страничната част. Претенциите за гаранция спаднаха до 12 PPM в рамките на 3 месеца. Поука: съответствието на размерите не гарантира съответствие с NVH - червячна зъбна двойка може да бъде размерно в рамките на допустимото отклонение, но акустично извън спецификацията, защото чувствителността към шум зависи от геометрични взаимодействия (профил, ход, биене), които SPC за отделни размери не улавя. Функционалното тестване в края на линията (шум, въртящ момент, луфт) е задължително за червячни зъбни двойки от автомобилен клас.
Три случая на спецификация на автомобилни червячни зъбни колела
Случай 1 — Корейски доставчик от първи ред: EPS колонна асистенция, критична за безопасността, 800 000 броя/годишно
Корейски доставчик на автомобилни продукти, отговарящ на стандартите Tier 1, е специфицирал червячни зъбни колела за колонна електрическа сервоусилвателна система на волана, доставяна на корейски производител на оригинално оборудване (OEM) за 3 автомобилни платформи с 800 000 броя годишно. Въртящ момент на EPS: максимум 45 N·m. Двигател: 12 V безчетков DC, 500 W. Червячна зъбна колела: едноходова, модул 1,25, предавателно число 16:1. Червяк: студено кована въглеродна стомана с антикорозионно покритие Geomet (заменящо цинковото покритие за предотвратяване на водородно крехкост), шлифована Ra 0,3 µm. Колело: PA66-GF30 (30% подсилен със стъклени влакна найлон - най-високоякостната пластмаса, налична за автомобилни червячни колела). Луфт: под 5 дъгови минути (чувствителност на волана). NVH: под 40 dB(A) на 1 m (измерено по време на PPAP тест в края на линията). Изисквания за Cpk: хлабина Cpk 1.67 (критично за безопасността), капацитет на въртящ момент Cpk 1.67, профил на зъба Cpk 1.33, шум Cpk 1.33. PPAP ниво 3 с пълен отчет за размерите, сертифициране на материалите, диаграма на технологичния процес, план за управление и първоначално проучване на възможностите за процес. Цена на чифт: 4.20 USD при годишен обем от 800 000 единици. Годишен приход от това единично приложение: 3.36 милиона USD.
Случай 2 — Японски доставчик от ниво 2: регулатор на прозорци, критичен за шум, вибрации и вибрации, 3,2 милиона броя годишно
Японски производител на червячни зъбни колела достави зъбни колела за регулатори на прозорци на японски доставчик на модули за прозорци Tier 1 за дистрибуция в 5 автомобилни платформи с 3,2 милиона бройки годишно (4 прозореца на превозно средство × 800 000 превозни средства). Изходен въртящ момент: 5 N·m. Двигател: 12 V DC с четково захранване, 80 W. Червячна зъбна колела: едноходова, модул 0,8, предавателно число 55:1. Червяк: студено нарязана въглеродна стомана, фосфатирано покритие, валцована резба (нешлифована — оптимизирана от гледна точка на разходите за размер на модула 0,8, където шлифоването е непропорционално скъпо). Колело: POM (ацетал — избран пред PA66 за по-нисък шум при леко натоварване от 5 N·m и не е необходимо стъклено влакно при това ниво на въртящ момент). Хлабина: под 15 дъгови минути (по-малко критично от EPS — позицията на прозореца не изисква прецизност на нивото на волана). NVH: под 42 dB(A) на 0,3 m (разстоянието от панела на вратата до ухото на пътника). 100% тест за шум в края на производствената линия при 3 работни скорости (бавна, средна, бърза). Цена за чифт: 1,85 USD при обем от 3,2 милиона броя. Разгледайте автомобилен червячен редуктор опции за EPS, регулатор на прозорци и приложения за задвижване на каросерията.
Случай 3 — Виетнамски производител на резервни части: универсален мотор за прозорци, ориентиран към разходите, 200 000 годишно
Виетнамски производител на автомобилни резервни части произвеждаше универсални мотори за електрически прозорци за пазара на резервни части в Югоизточна Азия с 200 000 бройки годишно. Спецификацията на резервния пазар беше по-малко взискателна от тази на оригиналното оборудване (OEM): без PPAP, без официално изискване за Cpk, без изпитване за шум в края на линията. Цел за NVH: под 50 dB(A) (клиентите на резервния пазар толерират с 6 до 8 dB(A) повече шум от купувачите на оригинално оборудване). Червячна зъбна предавка: едноходова, модул 1, предавателно число 50:1. Червяк: студено нарязана въглеродна стомана, поцинкована, с резба Ra 1.2 µm (без шлайфане - приоритет на разходите). Колело: POM (същият материал като на оригиналното оборудване, но толерансът на шприцване е намален от плюс или минус 0.02 мм до плюс или минус 0.05 мм - по-евтина форма и по-дълъг живот на формата). Хлабина: от 20 до 30 дъгови минути (адекватно за функцията на прозореца, не е необходима прецизност на нивото на кормилното управление). Контрол на качеството: проверка на размерите на проби (5 на смяна) плюс 10% проверка на шума на място. Цена за чифт: 0,65 щатски долара при обем от 200 000 бройки. Чифтът резервни части от 0,65 щатски долара осигуряваше адекватна функция за повдигане на прозорците, но не можеше да отговори на спецификациите на производителя на оригинално оборудване (OEM) за шум, вибрации и вибрации (NVH) или надеждност — той беше проектиран за 5-годишен/20 000 цикъла резервен живот, в сравнение с изискването на производителя на оригинално оборудване от 15 години/40 000 цикъла.
Често задавани въпроси
В: Защо автомобилните червячни зъбни колела използват пластмасови колела вместо бронзови?
Три причини: шум (POM и PA66 произвеждат с 10 до 15 dB(A) по-малко шум от бронза - критично за шума, вибрациите и вибрациите в пътническия отсек), тегло (пластмасовите джанти тежат с 60 до 70 процента по-малко от бронза - което допринася за целите за олекотяване на превозното средство) и цена (пластмасови джанти на цена от 0,15 до 0,40 щатски долара спрямо бронзови на цена от 1,50 до 4,00 щатски долара на джанта - разлика в цената от 5 до 10 пъти, която е решаваща при милиони бройки). Компромисът е издръжливостта: пластмасовите джанти имат по-кратък живот на умора от бронзовите при еквивалентен въртящ момент и са чувствителни към температура (PA66 губи 30 процента от якостта си при 120 градуса по Целзий - което може да се случи близо до задвижващи механизми, монтирани в двигателния отсек). За леки натоварвания и умерени температури на регулатори на прозорци и регулатори на седалките, пластмасата е универсално подходяща.
В: Какво е PPAP и защо е важно за доставчиците на червячни зъбни колела?
PPAP (Процес на одобрение на производствени части) е методът в автомобилната индустрия за проверка дали даден доставчик може постоянно да произвежда части, които отговарят на спецификациите. Подаването на PPAP за червячна зъбна предавка включва 18 елемента: проектни записи, документи за инженерни промени, резултати от размерите (пълно оформление на 5 пробни части), резултати от изпитвания на материали, диаграма на потока на процеса, PFMEA (Анализ на режима и ефектите от повредите в процеса), план за контрол, анализ на системата за измерване, първоначално проучване на възможностите на процеса (данни от Cpk) и заповед за подаване на части, подписана от мениджъра по качеството на доставчика. Одобрението на PPAP трябва да бъде получено преди първата производствена доставка и трябва да бъде подадено отново, ако производственият процес, материалите, инструментите или мястото на производство се променят. Доставчик, който не може да завърши PPAP, не може да продава на производители на оригинално оборудване в автомобилната индустрия.
В: По какво се различава червячната зъбна предавка в електрическото сервоуправление от индустриалните приложения?
Червячните зъбни двойки EPS са двупосочни (водачът може да отмени асистенцията на двигателя, като завърти волана, което задвижва червяка обратно през колелото) - за разлика от индустриалните самоблокиращи се двойки, при които обратното движение е предотвратено. Червякът EPS има малко по-висок ъгъл на водещо движение (по-близо до границата на ъгъла на триене), за да позволи обратно движение с умерено усилие, като същевременно осигурява достатъчно самоблокиране, за да предотврати достигането на обратната връзка от пътя до водача. Този балансиран дизайн на ъгъла на водещо движение е уникален за EPS - никое друго приложение на червячна зъбна двойка не работи умишлено близо до границата на самоблокиране. Границата е тясна: твърде много самоблокиране и воланът се усеща тежък; твърде малко и вибрациите от пътя се предават на колелото.
В: Какъв обем на производство оправдава използването на инструменти за автомобилно производство за червячни зъбни колела?
Обемът на безубыточност за автомобилно производство (специализирани шприцформи за пластмасови джанти, матрици за студено коване за стоманени червяци, автоматизирани линии за сглобяване и тестване) обикновено е от 50 000 до 100 000 бройки годишно. Под този обем, разходите за амортизация на инструменталната екипировка на бройка надвишават спестяванията от методите за масово производство, а машинното производство с индустриален клас е по-рентабилно. Над 100 000 бройки, разходите за единица намаляват бързо с обема: едно POM колело струва приблизително 0,35 щатски долара при обем от 100 000, 0,20 щатски долара при 500 000 и 0,12 щатски долара при 3 милиона. Цената на червяка следва подобна крива, но с по-нисък наклон (штампите за студено коване на стомана са по-скъпи, но издържат по-дълго от пластмасовите форми).
В: Какъв е типичният процент на гаранционни рекламации за автомобилни червячни зъбни колела?
Доставчиците на OEM клас, насочени към корейски, японски и европейски производители на оригинално оборудване (OEM), се стремят към общ процент на гаранционни претенции под 50 PPM (всички видове повреди комбинирани) за гаранционния период на автомобила (обикновено 5 години / 100 000 км). Премиум производителите на OEM (немски луксозни марки) се стремят към под 10 PPM. Най-често срещаният вид гаранционна повреда за червячни зъбни колела е шумът - двойката функционира механично, но произвежда звук, който клиентът усеща, и който предизвиква рекламация. Претенциите за шум обикновено представляват от 60 до 80 процента от общия обем на гаранции за червячни зъбни колела. Механичните повреди (счупване на зъби, прекомерен хлабинен ход) представляват от 10 до 20 процента. Останалите претенции са свързани с околната среда (проникване на вода през уплътненията на вратите, повреждане на регулатора на прозореца, корозия в крайбрежен климат).
Автомобилните червячни зъбни колела представляват сегмента с най-голям обем, най-високо качество и най-конкурентни разходи от световния пазар на червячни зъбни колела — от 6 до 18 милиона чифта годишно за един голям производител на оригинално оборудване (OEM), управлявани чрез SPC процес (Cpk от 1,33 до 1,67), а не чрез индивидуална проверка, и на цени от 0,65 до 4,20 щатски долара за чифт в сравнение с 50 до 15 000 щатски долара за индустриалните приложения, обхванати в членове A01 до A29. Матрицата за контрол на качеството на SPC превежда класификацията на критичността на автомобилната индустрия (критична за безопасността, NVH-критична, значителна) в Cpk целите и методите за тестване, които управляват всяко измерение, всяка повърхност и всяка акустична сигнатура на всяка произведена двойка. Пластмасовите колела (POM, PA66-GF) са универсалният избор на материал, защото осигуряват NVH тишината, намаляването на теглото и разходите за единица, които автомобилната икономика изисква — компромис, който никое индустриално приложение от тази серия не споделя.
За доставчици на автомобилна продукция от Tier 1 и Tier 2, нашият инженерен отдел предоставя червячни зъбни колела, готови за PPAP, с документация за SPC, доклади за технологични възможности и протоколи за крайни тестове. Стандартен каталог автомобилни червячни зъбни колела обхваща приложения за EPS, регулатор на прозорци, регулатор на седалки и задвижващи механизми на каросерията от модул 0.6 до 2.0 с опции за джанти от POM и PA66-GF. Изпратете спецификация на автомобилното задвижване с тип приложение, годишен обем, цел за NVH и изискване за ниво на PPAP.
Специфициране на червячни зъбни колела за автомобилно OEM или резервни части?
Изпратете типа на приложението (EPS, прозорец, седалка, люк на покрива, огледало), годишния обем, целта за NVH, класификацията на критичността, нивото на PPAP и изискването на IATF 16949. Ще предоставим спецификацията, проверена от SPC, с документация за технологични възможности.
Редактор: Cxm
