GL-7DCT變速器機(jī)械零件故障量化和評價方法研究

符金滔　馬勇　程立勇

摘 要：變速器是汽車的重要組成部分，為簡化變速器機(jī)械零件失效分析過程，我們提出故障量化和加權(quán)評價的分析方法。故障量化的目的就是把宏觀的故障形態(tài)以可計(jì)算的數(shù)據(jù)來體現(xiàn)。在實(shí)際工作中，對于失效的評判很模糊。文字性的描述容易讓人產(chǎn)生誤解和分歧，所以急需對一些故障進(jìn)行量化定義。故障量化后，需要進(jìn)行質(zhì)量評價。因此我們創(chuàng)造性的提出了加權(quán)評價的方法，為變速器試驗(yàn)研發(fā)提供參考。關(guān)鍵詞：變速器;故障量化;故障評價中圖分類號：U463.212? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）01-152-04

Abstract： Transmission is an important part of automobile. In order to simplify the failure analysis process of transmission mechanical parts， we put forward the method of fault quantification and weight evaluation. The purpose of fault quantification is to show the macroscopic fault form in calculable data. In practice， the judgment of failure is vague. Textual description is easy to lead to misunderstanding and disagreement， so it is urgent to quantify some faults. After fault quantification， quality evaluation is required. Therefore， we creatively put forward the weighted evaluation method to provide reference for transmission test and development.Keywords： Transmission; Quantify for failure; Failure evaluationCLC NO.： U463.212? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）01-152-04

引言

變速器主要機(jī)械零件是齒輪、軸、軸承、同步器、密封件和殼體等。在臺架耐久試驗(yàn)后，它們的機(jī)械故障類型大部分是磨損、永久變形和斷裂等[1][2]。而這些故障類型均會在零件表面有直觀的故障特征。在研發(fā)試制過程中，GL-7DCT變速器需要進(jìn)行多種類多次數(shù)的臺架試驗(yàn)，而且在試驗(yàn)結(jié)束后需要對零部件的損傷或者失效程度進(jìn)行評價。由此我們采用面積尺、高精度（0.02mm以上）游標(biāo)卡尺、刻度尺和深度尺為測量工具，對故障點(diǎn)進(jìn)行測量，并計(jì)算出故障點(diǎn)特征數(shù)據(jù)，如面積、深度、磨損量等?；诹炕玫降臄?shù)據(jù)，我們可以制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行故障評價，從而保證研發(fā)的變速器產(chǎn)品質(zhì)量得到管控，同時形成一定標(biāo)準(zhǔn)，對后續(xù)的變速器試驗(yàn)開發(fā)及相關(guān)零部件試驗(yàn)開發(fā)進(jìn)行指導(dǎo)。

1 量化工具的介紹和使用方法

測量是一個極需要細(xì)心和耐心的工作。為了排除外部干擾，減少測量數(shù)據(jù)的誤差，我們要在一個干凈、安靜、有照明裝置的工作臺（見圖1）上進(jìn)行。

在測量前我們要對測量零件進(jìn)行觀察，確定測量順序等。以齒輪為例，我們要確定故障點(diǎn)的具體定位，確定起始齒，并給故障輪齒編號（見圖2）。

1.1 刻度尺的使用方法

刻度尺是量化的基礎(chǔ)工具。我們可以用它測量失效點(diǎn)的長、寬，甚至是圓弧等（見圖3、4）。在測量的時候我們要找到對應(yīng)的刻度，盡量做到精確。刻度尺主要用于規(guī)則形狀的故障測量。

1.2 面積尺的使用方法

在現(xiàn)實(shí)測量中，零件的故障是隨機(jī)發(fā)生的，故障痕跡也不一定是規(guī)則的，刻度尺無法完全滿足工作要求。面積尺上有各種面積不同的規(guī)則圖形，在不規(guī)則故障點(diǎn)測量面積時，我們需要對其進(jìn)行面積分割，即把不規(guī)則的故障點(diǎn)分割成多個規(guī)則的故障點(diǎn)，然后測出各規(guī)則故障點(diǎn)的面積，最后面積累加得到整個故障點(diǎn)的面積（見圖5）。

1.3 游標(biāo)卡尺的使用方法

游標(biāo)卡尺是工程測量中較常用的測量工具。由于齒輪磨損測量精度要求高，我們應(yīng)采用精度在0.02mm以上的游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量，以齒頂定位，測量齒根磨損前的厚度S，磨損后厚度S1，以及高度H1。然后計(jì)算出磨損量△S，其計(jì)算公式如下：

2 數(shù)據(jù)與故障統(tǒng)計(jì)

由于樣機(jī)拆解完成后，零件具有一定的保存期限，無法做到永久保存，因此我們能拿到直觀依據(jù)就是照片。但是在照片中，故障點(diǎn)大小和位置都沒有精確體現(xiàn)，所以我們要進(jìn)行量化，計(jì)算特征數(shù)據(jù)（主要是面積及深度），同時還要對故障點(diǎn)進(jìn)行定位，確定故障點(diǎn)具體位置。此操作的容易對故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，記錄故障類型、零件類型、特征數(shù)據(jù)等。統(tǒng)計(jì)表使用方法如圖7、8所示。

2.1 機(jī)械零件失效標(biāo)準(zhǔn)

齒輪的失效評判中，我們參考《JB/T5664-1991重載齒輪失效判據(jù)》[3]?？紤]到公司的實(shí)際情況，因此在該標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的優(yōu)化，保證實(shí)際情況的符合性。

我們的磨損失效判據(jù)：齒輪根兩側(cè)磨損量之和ΔS（mm）與齒輪模數(shù)m（mm）的百分比M（M=ΔS/m）或者齒面磨損面積之和ΔS（mm）與齒面總面積S之比Z達(dá)到或超過下表，則判定齒輪磨損失效。

膠合失效判據(jù)：齒面膠合面積與工作齒面面積的比率ω及膠合溝痕的深度與模數(shù)的比率δ，達(dá)到或超過表中的規(guī)定的指標(biāo)，則該齒輪應(yīng)判定為失效。

齒輪斷裂失效判據(jù)：若樣機(jī)的齒輪出現(xiàn)斷齒或裂紋，直接判定齒輪失效。

軸承的失效判定，我們參考《GB/T24607-2009 滾動軸承壽命與可靠性試驗(yàn)及評定》進(jìn)行制定[4][5]。

表面材缺失判定：深溝球軸承剝落深度H;剝落面積S;對于滾柱滾子軸承，剝落面積S，，達(dá)到或超過下表標(biāo)準(zhǔn)時，判定軸承失效。

其他失效判定標(biāo)準(zhǔn)：

當(dāng)軸承出現(xiàn)斷口、裂紋、以及塑性變形等一切止轉(zhuǎn)故障時，我們判定軸承失效。

滾針軸承失效判定標(biāo)準(zhǔn)：

滾針軸承保持架出現(xiàn)斷裂故障時，判定軸承失效。

滾針發(fā)生剝落、磨損和點(diǎn)蝕故障時，且故障面積等于或超過工作面積的25%時，判定軸承失效。

2.2 評價方法模型構(gòu)建

在前面我們完成了數(shù)據(jù)量化、故障統(tǒng)計(jì)以及失效評判。由于故障的發(fā)生是隨機(jī)且故障程度無法預(yù)測的，在評價時，我們會遇見各種不同程度的故障。在量化和評價中，我們需要一個故障程度梯度。在不達(dá)到失效但確實(shí)產(chǎn)生的故障評價時，我們才有一個失效預(yù)測。同時也能給失效的零件做一個失效程度評價，以此才為后期兩件強(qiáng)化提供參考。所以評分標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建是十分必要的。

我們以齒輪點(diǎn)蝕為例進(jìn)行評分標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建：

因?yàn)辇X輪點(diǎn)蝕失效判據(jù)是點(diǎn)蝕面積與齒輪工作面的面積比α≥50%。所以當(dāng)α<50%時，齒輪知識故障，并未失效。但是對于變速器試驗(yàn)來說，一個零件的故障程度對變速器質(zhì)量是有影響的。為了更好的對此零件評價，我們需要對故障零件進(jìn)行梯度賦值，并以最終得分來評價此零件于此試驗(yàn)下是否合格。

齒輪點(diǎn)蝕除了面積占比為評價指標(biāo)外，還有蝕坑深度與模數(shù)的比值γ。因此我們還要建立點(diǎn)蝕深度比評分表。

兩個評分表構(gòu)建完成，為了科學(xué)的評價齒輪點(diǎn)蝕，我們必須綜合考慮面積占比和深度比的綜合評分，因此我們定義關(guān)聯(lián)函數(shù)：

Y=ay1+by2????????????????????????????????????????????????????? （2）

a：權(quán)值，與點(diǎn)蝕面積比對齒輪功能及強(qiáng)度影響程度有關(guān);

b：權(quán)值，與點(diǎn)蝕深度比對齒輪功能及強(qiáng)度影響程度有關(guān);

Y：綜合評分分值;

y1：面積比的評價分值;

y2：深度比的評價分值。

由上式可知，我們量化好數(shù)據(jù)，對比評價分值表就可以得到y(tǒng)1和y2的值，在確定a、b加權(quán)值，我們就可以得到加權(quán)評價分值Y。如此就可以從多個層面對故障齒輪進(jìn)行加權(quán)評價。同時失效零件的加權(quán)評分Y=0。

對于其他零件的評分賦值方式與齒輪的大體一致。區(qū)別

就在于加權(quán)函數(shù)的不同，以及權(quán)值的不同。

綜上所述我們總結(jié)出了評分方法構(gòu)建的一般步驟：

（1）確定故障類型，從而擬定評分方式：高分優(yōu)型或低分優(yōu)型。

（2）劃分故障梯度。此步驟中，我們根據(jù)故障類型的失效判據(jù)為限，劃分故障梯度。梯度可等距劃分也可不等距劃分，根據(jù)具體情況而定。

（3）梯度值賦評價分值。給每一個故障梯度賦予一個唯一分值。以分值給與故障等級評價。

（4）根據(jù)最后分值，進(jìn)行零件評價。

3 結(jié)束語

變速器機(jī)械零件故障評價是一個長期積累性質(zhì)的工作，隨著數(shù)據(jù)的積累，可以不斷的優(yōu)化評價方法。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 3481-1997.齒輪輪齒磨損和損傷術(shù)語[S].

[2] GB/T 24611-2009.滾動軸承損傷和失效術(shù)語、特征及原因[S].

[3] JB/T5664-5991.重載齒輪失效判據(jù)[S].

[4] GB/T24607-2009.滾動軸承壽命與可靠性試驗(yàn)及評定[S].

[5] GB/T24611-2009.滾動軸承損傷和失效術(shù)語、特征及原因[S].