CN114542708B - 一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法 - Google Patents

一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法，该方法先查勘异响故障件的各零部件的完好状态，排除由于零部件磨损、损坏原因造成异响，若有异常，则该异常零件为产生异响的原因，确认各零部件无异常后直接验证内花键齿轮轴向窜动是否为导致换挡异响的原因，针对性强，分析效率高，而且若由内花键齿轮轴向窜动导致换挡异响，则即采用试验法分析出合适的压装力及配合过盈量，对电机减速器的内花键齿轮和外花键轴设计尺寸进行修正，快速的解决异响问题。

Description

一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法
技术领域
本发明涉及减速器异响技术领域，具体涉及一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法。
背景技术
由于电机减速器运转速度比传统的变速箱高很多，为了保证齿轮压装到轴上之后总成的齿轮精度，该减速器采用了先磨削轴外花键大径再压装齿轮，之后进行齿轮磨齿精加工。如附图1所示：内花键齿轮2压装到外花键轴1上，在外花键轴1上有轴肩进行压装终行程定位，压装完毕后在外花键轴1的卡环槽处安装卡环定位。这种采用内外花键大径过盈而两花键齿侧间隙配合的方式，对顶径过盈量要求比较严，当过盈量不够时，减速器换向时作用在斜齿上的力将使两者来回相对滑动而生产异响。
针对新能源车的电机减速器投产后，在整车上前进档和倒挡之间换向起步时会产生“哒“的一声异响，拆检电机减速器所有尺寸均符合之前的产品定义，很难找到产生异响的原因并消除异响。
发明内容
需要说明的是：为方便描述，上下文中将电机减速器前进挡和倒挡之间的换挡发出异响简称为换挡异响；将发生换挡异响问题的电机减速器简称为异响故障件；压装力均指异响故障件的外花键轴与内花键齿轮的压装力。
另外，换挡异响问题通常是与批次有关的批量发生问题，当某个车辆发生异响问题后，需要将异响故障件从整车上拆卸退返至主机厂、对应的零部件供应商或者有分析能力的实验室进行分析处理，这些主体在接收到多个异响故障件后统一进行分析处理，本发明就是建立在此背景下的分析处理方法，本发明处理的异响故障件具有多个，可以同步进行分析，即所有的异响故障件经过拆解检查后再组装，在减速器负载试验台架上模拟运行，进行后续验证、试验；也可以将异响故障件分组后，分别进行进行拆解检查、验证等操作，提高效率。
本发明要解决的技术问题是提供一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法，快速分析出电机减速器换挡异响产生的原因，以便问题的解决。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法，包括如下步骤：
步骤一：检查异响故障件各零部件，若均无异常则进入步骤二；
步骤二：验证所述异响故障件的内花键齿轮轴向窜动是否为出现换挡异响的原因，若是则进入步骤三；
步骤三：将若干组用不同压装力压装的内花键齿轮与外花键轴总成，分别替换安装到所述异响故障件内并进行试验，确定不产生换挡异响的内花键齿轮与外花键轴的最小压装力；
步骤四：根据所述最小压装力确定所述异响故障件的内花键齿轮与外花键轴的修正配合过盈量；
步骤五：根据所述修正配合过盈量确定所述异响故障件的内花键齿轮和外花键轴新的尺寸定义。
在上述电机减速器换挡异响问题的分析处理方法中，先查勘异响故障件的各零部件的完好状态，排除由于零部件磨损、损坏原因造成异响(若有异常，则该异常零件为产生异响的原因)，确认各零部件无异常后直接验证内花键齿轮轴向窜动是否为导致换挡异响的原因，针对性强，分析效率高，而且若由内花键齿轮轴向窜动导致换挡异响，则即采用试验法分析出合适的压装力及配合过盈量，对电机减速器的内花键齿轮和外花键轴设计尺寸进行修正，快速的解决异响问题(若内花键齿轮轴向窜动不是导致换挡异响的原因，则结束该方法)。
作为本发明电机减速器换挡异响问题的分析处理方法的改进，在所述步骤一中，检查异响故障件各零部件包括：拆解所述异响故障件，检测所有齿轮零部件的尺寸和观察其他零部件完好状态。
针对异响故障件的检查，由于齿轮是减速器的核心传动部件，其磨损、损坏是减速器故障的主要原因，因此主要检查所有齿轮零部件的尺寸，包括齿厚、齿形齿向方向误差、齿形齿向鼓形量误差等，排除内花键齿轮磨损严重过限或断齿、外花键轴轴承磨损严重或损坏、外花键轴弯曲、齿轮箱紧固螺钉松动等容易发现的异响问题原因，同时对于其他零部件，在装配前都经过多重的检测，且不易故障损坏，因此为了节省工作量，加快检查速度，辅以目测检查。
另外，检查异响故障件各零部件也可以是：拆解后，对各零部件逐一进行全尺寸检测。优选的，拆解后，逐一对各零部件的主要、关键或重要的尺寸进行检测。
作为本发明电机减速器换挡异响问题的分析处理方法的另一种改进，在所述步骤二中，验证所述异响故障件的内花键齿轮轴向窜动是否为出现换挡异响的原因包括：
步骤a1：运行所述异响故障件，并进行前进挡和倒挡之间的换挡操作，检查内花键齿轮相对外花键轴是否发生轴向窜动，若发生则进入步骤a2；
步骤a2：将所述异响故障件的内花键齿轮焊接固定在外花键轴的设计位置，再次运行所述异响故障件，并进行前进挡和倒挡之间的换挡操作，若无换挡异响则所述异响故障件的内花键齿轮轴向窜动是出现换挡异响的原因。
排除零部件本身问题后，首先检查异响故障件的内花键齿轮在换挡前、后是否发生轴向窜动，若确认有轴向窜动，再将内花键齿轮焊死来反向验证，快速将换挡异响的原因定位到内花键齿轮轴向窜动上，整个验证过程简单快速，而且准确高效，若无轴向窜动，则确定换挡异响的原因不是内花键齿轮轴向窜动。
上述运行所述异响故障件，并进行前进挡和倒挡之间的换挡操作为在减速器负载试验台架上模拟进行，利用所述减速器负载试验台架上的加载电机，分别对所述异响故障件的输入轴、输出轴加载扭矩和转速，使能够模拟所述异响故障件实际运行工况。即可以利用试验台架的多个加载电机对传动装置加载扭矩和转速分别模拟电机减速器输入和输出轴负载，建立电机减速器模拟运行工况。加载负载：在所述异响故障件的输出轴加载设计负载；加载输入：可以根据需要对异响故障件加载不同方向、大小的力矩，以及控制加载时间，方便的对异响故障件进行试验。
上述运行所述异响故障件，并进行前进挡和倒挡之间的换挡操作包括如下步骤：
加载前进挡：对所述异响故障件的输入轴输入正向驱动扭矩M1和转速V1，运行设定时间t1后停止；
加载倒挡：对所述异响故障件的输入轴输入反向驱动扭矩M2和转速V2，运行设定时间t2后停止；
其中，所述驱动扭矩M1和所述驱动扭矩M2的取值为不大于所述异响故障件的输入轴最大输入设计力矩的任意值。
在同一次的换挡操作试验中，可以先正向驱动再换挡反向驱动，也可以反过来实现换挡，而且正向驱动和反向驱动的：驱动扭矩、转速和运行时间均可不相同，但每次加载前进挡和加载倒挡均需要运行一定时间，保证内花键齿轮受到力作用，发生轴向窜动。另外，换挡前后的驱动扭矩可以是最大设计力矩，也可以是较小的值，使试验数据更加丰富，证明力更强。
上述在步骤a1中，检查内花键齿轮相对外花键轴是否发生轴向窜动的方法包括：
在所述加载前进挡和所述加载倒挡后，进行内花键齿轮相对外花键轴轴的轴向位移测量，
或
在所述加载前进挡后和所述加载倒挡后，分别进行内花键齿轮相对外花键轴的轴向位移测量。
检查内花键齿轮相对外花键轴是否发生轴向窜动，即进行内花键齿轮相对外花键轴的轴向位移测量的时机有两个，可以在换挡完成后进行一次测量，简单快速；也可以在在加载前进挡后和加载倒挡后分别进行一次测量，测量数据丰富，便于分析。
优选的，内花键齿轮相对外花键轴的轴向位移测量的方法为测量内花键齿轮的两端间隙尺寸，直接明了的量化内花键齿轮的轴向窜动量，使分析更加准确。
上述在所述步骤二中，验证所述异响故障件的内花键齿轮轴向窜动是否为出现换挡异响的原因还包括：
步骤a3：将所述异响故障件的卡环更换为厚度更薄件，并再次执行步骤a1。将所述异响故障件的卡环更换为厚度较薄件，观察到的内花键齿轮位移更大，减少轴向窜动测量误差的影响。
作为本发明电机减速器换挡异响问题的分析处理方法的再一种改进，在步骤三中，所述最小压装力为试验测得的压装力最小值乘以修正系数。通过修正系数(大于1)弥补实际试验中误差，进一步保证在最小压装力下不会产生换挡异响。
可选的，压装力最大值根据理论计算和生产加工经验确定，防止出现压坏产品。
作为本发明电机减速器换挡异响问题的分析处理方法的又一种改进，在所述步骤四中，根据所述最小压装力确定所述异响故障件的内花键齿轮与外花键轴的修正配合过盈量包括如下步骤：
测量获取若干不同花键外径的所述异响故障件的外花键轴，及对应若干不同内花键大径的所述异响故障件的内花键齿轮；
配对压装并记录每组实际配合过盈量和对应的实际压装力；
根据所述实际配合过盈量和对应的实际压装力，获取所述异响故障件的外花键轴与内花键齿轮的配合过盈量和压装力关系；
根据所述配合过盈量和压装力关系，以及所述最小压装力确定内花键齿轮与外花键轴的修正配合过盈量。
可选的，所述修正配合过盈量的最大值根据理论计算和生产加工工艺确定。
由于花键压装没有相关的计算方法及标准，因此通过试验法获取电机减速器的外花键轴与内花键齿轮的配合过盈量和压装力关系，更为准确，再对照最小压装力即可得到修正配合过盈量(修正配合过盈量是相对于设计配合过盈量而言，本发明要解决的问题就是按照设计配合过盈量生产的电机减速器产生换挡异响)。
作为本发明电机减速器换挡异响问题的分析处理方法的还一种改进，在所述步骤五中，根据所述修正配合过盈量确定所述异响故障件的内花键齿轮和外花键轴新的尺寸定义包括：
保持所述异响故障件的内花键齿轮设计尺寸、公差不变，调整外花键轴的设计尺寸、公差。
由于外花键轴的花键外径属于磨削加工，精度好控制且尺寸易于调整，因而保持外花键轴的外径公差较小且作为调整对象；而内花键齿轮的内花键大径因拉刀拉削而成，考虑拉刀制造精度，因而在进行修正时保持内花键齿轮的内花键大径较大的公差范围不动。优选的，根据每一把拉刀制成的内花键齿轮的尺寸，匹配不同的外花键轴的尺寸，因为拉刀一旦成型难以调整，但同一把拉刀生产出来的齿轮花键大径散差很小，所以生产外花键轴时有针对性的调整尺寸，可以更好保证二者的配合过盈量。
作为本发明电机减速器换挡异响问题的分析处理方法的还一种改进，在所述步骤一之前，将所述异响故障件在减速器负载试验台架上进行检测，再现换挡异响问题。在进行分析处理前先再现确认换挡异响问题的发生，避免出现偶然性问题。
综上所述，采用上述电机减速器换挡异响问题的分析处理方法，能够快速定位内花键齿轮轴向窜动是否为产生换挡异响的原因，并且分析出合适的压装力及过盈配合量，即快速分析出电机减速器换挡异响产生的原因，并解决换挡异响问题。
附图说明
在附图中：
图1为内花键齿轮和外花键轴配合安装结构图。
图2为将内花键齿轮与外花键轴焊接结构图。
图3为内花键齿轮与外花键轴过盈配合量与压装力关系图。
图4为再现换挡异响问题时的异响图谱。
图5为原卡环正向加载到最大设计扭矩过程的异响图谱。
图6为原卡环反向加载到最大设计扭矩过程的异响图谱。
图7为薄卡环正向加载到最大设计扭矩过程的异响图谱。
图8为薄卡环反向加载到最大设计扭矩过程的异响图谱。
图中，1、外花键轴；2、内花键齿轮；3、卡环。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
实施例1
本发明一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法。
下面结合对某款异响故障件的实际分析处理过程进行描述，在收到退返异响故障件后，将其分为三组分别进行分析处理：
步骤S00：再现换挡异响问题。将第一组异响故障件依次放在减速器负载试验台架上，模拟出整车的运行工况，并能再现换挡异响问题。
对第一组异响故障件输入轴进行前进挡和倒挡之间的换挡操作：
加载前进挡：对所述异响故障件的输入轴输入正向驱动扭矩260N·m和转速3000r/min，运行设定时间2min后停止；
加载倒挡：对所述异响故障件的输入轴输入反所述向驱动扭矩260N·m和转速3000r/min，运行设定时间2min后停止。即多次的切换加载前进挡和加载倒挡，260N·m是该款电机减速器的输入轴最大输入设计力矩，换挡时出现异响，异响图谱见图4，由此可以确认退返的异响故障件存在换挡异响问题。
为方便描述，将上述的前进挡和倒挡之间的换挡操作简化记作：260N·m→0→-260N·m，后续均采用该简化记法。比如：进行前进挡和倒挡之间的换挡操作：A3N·m→0→-A3N·m表示如下，
先加载前进挡：对所述异响故障件的输入轴输入正向驱动扭矩A3N·m和转速3000r/min，运行设定时间2min后停止；
再加载倒挡：对所述异响故障件的输入轴输入反所述向驱动扭矩A3N·m和转速3000r/min，运行设定时间2min后停止。
步骤S10：检查各零部件的尺寸精度及状态。拆解第一组异响故障件，查勘零部件的完好状态，进行排查由零部件磨损、损坏等问题导致的异响，并查验各齿轮零部件的尺寸完好，排除了齿轮磨损严重过限或断齿、轴承磨损严重或损坏、齿轮轴弯曲、齿轮箱紧固螺钉松动等原因造成的换挡异响。
步骤S20：验证内花键齿轮轴向窜动是否为异响故障件出现异响的原因。
1、将第二组异响故障件在减速器负载试验台架上检测。
如下表1中，对第二组异响故障件分别进行三次前进挡和倒挡之间的换挡操作，每次输入轴的驱动扭矩不同，分别测量轴向窜动量的大小，确认内花键齿轮有轴向窜动发生。
换挡操作 异响 轴向窜动
70N·m→0→﹣70N·m 有 0.07mm
80N·m→0→﹣80N·m 有 0.10mm
100N·m→0→﹣100N·m 有 0.12mm
表1第二组异响故障件不同驱动扭矩下的轴向窜动情况
可选的，为了减少轴向窜动量测量误差的影响，把原来的标准卡环更换为更薄的卡环，观察到的内花键齿轮轴向窜动量更大，并依次按照下表2对异响故障件的输入轴加载四次，每次转速3000r/min，运行设定时间2min后停止。
Figure BDA0003510277390000081
表2第二组异响故障件的轴向窜动及异响情况
由表2知，除第一次对异响故障件的输入轴加载260N·m，由于加载前内花键齿轮就窜动到与轴肩贴合的位置，因此未发生异响，其他均发生异响，并且通过四次加载前进挡或加载倒挡后的内花键齿轮与两端间隙对比，进一步的确定有轴向窜动及异响的发生。
2、确认内花键齿轮轴向窜动是不是换挡异响的原因。
采用反向验证法：按照图2所示，把第二组异响故障件的内花键齿轮和外花键轴焊死，继续进行前进挡和倒挡之间的换挡操作：260N·m→0→﹣260N·m，强制性的消除了内花键齿轮在轴向窜动，试验结果无换挡异响则说明内花键齿轮轴向窜动是换挡异响的原因。
也可以采用逐步更换新的更大压装力的内花键齿轮与外花键轴的压装总成的电机减速器进行验证，随着压装力的增大，试验结果异响消失，即能够克服使内花键齿轮轴向窜动的力，则可以说明内花键齿轮轴向窜动是换挡异响的原因。
步骤S30：确定不产生换挡异响的内花键齿轮与外花键轴的最小压装力。
采用试验法重新寻找合适的内花键齿轮与外花键轴的压装力。选择若干组现生产的不同压装力压装的内花键齿轮与外花键轴的压装总成，分别替换安装到异响故障件内，观察其在减速器负载试验台架上的异响情况，试验结果见表3。
Figure BDA0003510277390000091
/>
表3：不同压装力的电机减速器试验情况
可知压装力为22KN的异响故障件在满载荷±260N·m换向时，没有异响现象发生。
为确保压装力充足，结合修正系数1.36，确定最小压装力为：22×1.36≈30KN，另结合实际的压装力情况以及生产经验，压装力过大表示被压装的零件损坏，可以将压装力控制在区间：30～75KN内。
可选的，在拉力试验机直接测量第三组异响故障件的内花键齿轮拉脱力与位移的关系，固定外花键轴，对内花键齿轮施加轴向拉力，拉脱力增大控制：40N/s，每加载1KN停留进行测量内花键齿轮的轴向位移量。
试验结果：在拉力为9KN时内花键齿轮开始滑动，当拉力增加到11KN时，内花键齿轮快速移动至轴肩或卡环处而终止滑动，见表4。直接观察到在9KN时很快就发生轴齿相对滑动，内花键齿轮运行过程中，当受到轴向力超过9KN时，即会发生轴向窜动。
由表4知，拉脱力最大值不在最小压装力为30～75KN内，证明上述的最小压装力合适。
Figure BDA0003510277390000101
表4第三组异响故障件在拉力试验机上的轴向窜动测量情况
步骤S31：分析内花键齿轮与外花键轴之间配合过盈量与压装力之间的关系。
测量现生产的不同外花键轴的花键外径与内花键齿轮的内花键槽大径之间配合过盈量，之后进行配对压装，得出二者配合过盈量与压装力之间的关系如图3所示，供后续选择使用。
步骤S40：确定内花键齿轮与外花键轴的修正配合过盈量。根据图3，结合步骤30内花键齿轮与外花键轴的最小压装力30KN，确定修正配合过盈量的最小值为0.05mm，再根据理论计算和实际生产加工工艺要求，确定修正配合过盈量的最大值为0.141mm，最终修正配合过盈量为0.05～0.141mm。
步骤S50：确定外花键轴新的尺寸定义。
外花键轴的花键外径属于磨削加工，精度好控制且尺寸易于调整，因而保持外花键轴的外径公差较小，作为调整对象；而内花键齿轮的内花键大径因拉刀拉削而成，考虑拉刀制造精度，一旦成型难以调整，但同一把拉刀生产出来的齿轮花键大径散差很小，因而在进行修正时保持内花键齿轮的内花键大径较大的公差范围不动，最终重新定义配合尺寸见表5。
Figure BDA0003510277390000111
表5重新调整外花键轴新的尺寸定义
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：检查异响故障件各零部件，若均无异常则进入步骤二；
步骤二：验证所述异响故障件的内花键齿轮轴向窜动是否为出现换挡异响的原因，若是则进入步骤三；
步骤三：将若干组用不同压装力压装的内花键齿轮与外花键轴总成，分别替换安装到所述异响故障件内并进行试验，确定不产生换挡异响的内花键齿轮与外花键轴的最小压装力；
步骤四：根据所述最小压装力确定所述异响故障件的内花键齿轮与外花键轴的修正配合过盈量；
步骤五：根据所述修正配合过盈量确定所述异响故障件的内花键齿轮和外花键轴新的尺寸定义。
2.根据权利要求1所述的一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法，其特征在于，在所述步骤一中，检查异响故障件各零部件包括：拆解所述异响故障件，检测所有齿轮零部件的尺寸和观察其他零部件完好状态。
3.根据权利要求1所述的一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法，其特征在于，在所述步骤二中，验证所述异响故障件的内花键齿轮轴向窜动是否为出现换挡异响的原因包括：
步骤a1：运行所述异响故障件，并进行前进挡和倒挡之间的换挡操作，检查内花键齿轮相对外花键轴是否发生轴向窜动，若发生则进入步骤a2；
步骤a2：将所述异响故障件的内花键齿轮焊接固定在外花键轴的设计位置，再次运行所述异响故障件，并进行前进挡和倒挡之间的换挡操作，若无换挡异响则所述异响故障件的内花键齿轮轴向窜动是出现换挡异响的原因。
4.根据权利要求3所述的一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法，其特征在于，所述运行所述异响故障件，并进行前进挡和倒挡之间的换挡操作为在减速器负载试验台架上模拟进行。
5.根据权利要求3所述的一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法，其特征在于，所述运行所述异响故障件，并进行前进挡和倒挡之间的换挡操作包括如下步骤：
加载前进挡：对所述异响故障件的输入轴输入正向驱动扭矩M1和转速V1，运行设定时间t1后停止；
加载倒挡：对所述异响故障件的输入轴输入反向驱动扭矩M2和转速V2，运行设定时间t2后停止；
其中，所述驱动扭矩M1和所述驱动扭矩M2的取值均为不大于所述异响故障件的输入轴最大输入设计力矩的任意值。
6.根据权利要求5所述的一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法，其特征在于，在步骤a1中，检查内花键齿轮相对外花键轴是否发生轴向窜动的方法包括：
在所述加载前进挡和所述加载倒挡后，进行内花键齿轮相对外花键轴轴的轴向位移测量，
或
在所述加载前进挡后和所述加载倒挡后，分别进行内花键齿轮相对外花键轴的轴向位移测量。
7.根据权利要求3所述的一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法，其特征在于，在所述步骤二中，验证所述异响故障件的内花键齿轮轴向窜动是否为出现换挡异响的原因还包括：
步骤a3：将所述异响故障件的卡环更换为厚度更薄件，并再次执行步骤a1。
8.根据权利要求1所述的一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法，其特征在于，在步骤三中，所述最小压装力为试验测得的压装力最小值乘以修正系数。
9.根据权利要求1所述的一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法，其特征在于，在所述步骤四中，根据所述最小压装力确定所述异响故障件的内花键齿轮与外花键轴的修正配合过盈量包括如下步骤：
测量获取若干不同花键外径的所述异响故障件的外花键轴，及对应若干不同内花键大径的所述异响故障件的内花键齿轮；
配对压装并记录每组实际配合过盈量和对应的实际压装力；
根据所述实际配合过盈量和对应的实际压装力，获取所述异响故障件的外花键轴与内花键齿轮的配合过盈量和压装力关系；
根据所述配合过盈量和压装力关系，以及所述最小压装力确定内花键齿轮与外花键轴的修正配合过盈量的最小值；
根据理论计算和生产加工工艺确定修正配合过盈量的最大值。
10.根据权利要求1所述的一种电机减速器换挡异响问题的分析处理方法，其特征在于，在所述步骤五中，根据所述修正配合过盈量确定所述异响故障件的内花键齿轮和外花键轴新的尺寸定义包括：
保持所述异响故障件的内花键齿轮设计尺寸不变，调整外花键轴的设计尺寸。
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