降低电机测功机试验故障率,找出电机轴振动大的原因及解决措施

 展融     

摘要:随着新能源汽车的发展,对于电驱系统产品质量要求越来越高。电机测功机作为电驱系统测试的重要设备,其运行的稳定性对于测试验证工作至关重要。由于不同型号的电机的结构和参数不同,每次更换测试电机时,都需要更换电机轴,而更换新的电机轴后往往会出现电机轴剧烈震动的现象。为了找出根本原因并解决此问题,本文选取了某款电机测功机为测试对象,对测试现场和测试过程进行了细致地跟踪、记录和分析,并根据分析结果针对性地提出了优化措施。


1、前言


随着新能源汽车的发展,市场对于电驱系统产品质量的要求越来越高[1-3],电机测功机作为电驱系统测试的重要设备[4-6],其运行的稳定性对于测试验证工作至关重要。目前,市售的电机测功机都需要为被测电机额外配备工装——电机轴,由第三方加工的电机轴的稳定性往往还达不到用户的预期。在更换新的电机轴后,往往会出现振动大的现象。


为了弄清电机轴振动大的原因并找出解决措施,本文从电机测功机的测试环境和测试过程等实处着手进行了细致地分析研究,期望能够以此针对性地提出一些对策,降低由电机轴振动大引起的电机测功机试验故障率。


2、现状调查并确定目标


针对电机测功机设备故障的状况,进行了长时间的现场跟踪调查,并进行汇总分析,具体数据如图1所示。

降低电机测功机试验故障率,找出电机轴振动大的原因及解决措施

由图1可知,轴振动大在所有故障中所占比例最大。试验发现正常测功机轴振动传感器数值稳定保持在0.1-0.3mm/s之间,当测功机试验振动值超过0.3并继续增长达到一定的振动值时就会报轴振动大故障。轴振动大故障不仅会影响真实试验的数据,还会耽误试验的进度,对设备造成损耗。


深度观察发现电机测功机轴振动大故障发生的原因比较集中,主要包括以下5点:1)电机轴花键齿形磨损严重;2)电机轴花键齿形加工不良;3)电机轴未做动平衡;4)轴承长时间未加润滑脂;5)测功机连接内花键质量不良。


3、电机轴振动大的原因分析及确认


3.1电机轴花键齿形磨损严重


电机与电机轴的主要连接部位为电机轴花键,其中电机一侧为内花键,且由于电机为被测件,其内花键质量可受到严格把控;电机测功机一侧也是内花键,同样,为满足长期大量的测试需求,其质量在出厂时同样受到严格把控。而作为连接电机(被测件)与电机测功机(测试设备)的工装——电机轴,两头则为外花键,其尺寸、材质及精度,往往需要根据不同电机(被测件)进行选择及加工。不同供应商加工的电机轴,其质量会有较大差异。

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在高转速或大扭矩的测试过程中,由于选材或者加工不当,电机轴花键极容易磨损。电机轴花键齿形磨损(图2)导致电机轴与电机以及测功机内花键啮合不良,在高速运转时产生激振力,从而导致振动偏大;更严重的情况下会造成花键轴断裂,损坏被测电机或者测试设备,防护不到位的情况下,甚至危及操作人员的人身安全。


3.2电机轴花键齿形加工不良


作为连接电机(被测件)与电机测功机(测试设备)的工装,电机轴的质量极为关键,由其是与电机和测功机连接的部位——花键,其质量要求更高。但目前国内加工此工装的供应商水平参差不齐,部分供应商加工出来的工装尺寸、精度达不到要求,或者选用的原材料不符合要求,或者没有经过热处理的工艺。有些供应商根本没有热处理的意识,有些供应商甚至没有热处理的能力。

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种种原因导致电机轴加工不良(图3右),同时在运输过程中由于防护不当,有可能产生摩擦、碰撞,导致花键上有凹坑、划痕或者花键齿形不良等情况。这些都会引起其与电机或测功机内花键配合不良,在高速运转过程中会产生激振力,导致振动偏大;同样有可能造成花键轴断裂,损坏被测电机或者测试设备,甚至危及操作人员的人身安全。


3.3电机轴未做动平衡


电机轴在这里是典型的回转体,在理想的情况下回转体旋转与不旋转时,对轴承产生的压力是一样的,这样的回转体是平衡的回转体。由于不同供应商加工出来的花键轴,有可能存在材质不均匀、毛坯缺陷、加工误差等情况,使得花键轴在旋转时,其上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消,离心惯性力作用到被测电机及测试设备上,引起振动,产生了噪音,加速花键轴的磨损,缩短了机械寿命,严重时可能造成破坏性事故。因此,必须对电机轴进行平衡,使其达到允许的平衡精度等级,或使因此产生的机械振动幅度控制在允许的范围内。

降低电机测功机试验故障率,找出电机轴振动大的原因及解决措施

在电机轴表面增加钻孔做去重动平衡,可以减轻电机轴在高速运转时的振动(图4左)。如果没有做动平衡,电机轴在转动的时候由于存在质量偏心产生激振力,在做试验过程中高速转动会导致振动大,致使电机测功机台架振动传感器报故障(图4右),甚至造成更严重后果。


4、电机轴振动大的解决措施对策


经过上述观察和原因分析,针对性地提出了如下表1的对应措施。措施实施之后再次进行试验,发现设备故障比例明显下降,由原来的82%降到33.33%,证明措施有效。


5、结束语


本文针对电机测功机电机轴振动大的问题,开展了细致地调查和现场试验活动,成功找出了电机测功机电机轴振动大故障的主要原因,并制定了有效地措施,降低了电机测功机的设备故障率。


基金项目:广西创新驱动发展专项资助项目(桂科AA18242039);柳州市科学研究与技术开发计划资助项目(2018AG10501)


参考文献:


[1]王贺.广汽新能源:雙电机集成电驱威力如何?[N].新能源汽车报,2020-10-19(005).


[2]许磊,罗荣锋.我国智能电驱系统的发展现状及展望[J].机电工程技术,2020,49(06):90-91+176.


[3]张隆.新能源电动汽车的电驱测试平台设计[D].天津职业技术师范大学,2020.


[4]王欢.基于AVL测功机的车用电机台架试验研究[J].机电工程技术,2018,47(02):11-14.


[5]王记磊,杨坤,王杰,张学义,郭栋,白国军.新能源汽车动力电机测试平台设计[J].汽车工程学报,2017,7(06):407-414.


[6]陈积先,张华树,孟辉,覃北阶.电动汽车用电机及控制器测试系统研制[J].电机与控制应用,2015,42(09):68-71.


来源:时代汽车 杨秋霞胡慧婧张菲黄祖朋

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