電機測功機電機軸振動優(yōu)化研究

楊秋霞　胡慧婧　張菲　黃祖朋

摘 要：隨著新能源汽車的發(fā)展，對于電驅(qū)系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高。電機測功機作為電驅(qū)系統(tǒng)測試的重要設備，其運行的穩(wěn)定性對于測試驗證工作至關重要。由于不同型號的電機的結構和參數(shù)不同，每次更換測試電機時，都需要更換電機軸，而更換新的電機軸后往往會出現(xiàn)電機軸劇烈震動的現(xiàn)象。為了找出根本原因并解決此問題，本文選取了某款電機測功機為測試對象，對測試現(xiàn)場和測試過程進行了細致地跟蹤、記錄和分析，并根據(jù)分析結果針對性地提出了優(yōu)化措施。

關鍵詞：電機測功機 電驅(qū)系統(tǒng) 電機軸 新能源 汽車

1 前言

隨著新能源汽車的發(fā)展，市場對于電驅(qū)系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高[1-3]，電機測功機作為電驅(qū)系統(tǒng)測試的重要設備[4-6]，其運行的穩(wěn)定性對于測試驗證工作至關重要。目前，市售的電機測功機都需要為被測電機額外配備工裝——電機軸，由第三方加工的電機軸的穩(wěn)定性往往還達不到用戶的預期。在更換新的電機軸后，往往會出現(xiàn)振動大的現(xiàn)象。

為了弄清電機軸振動大的原因并找出解決措施，本文從電機測功機的測試環(huán)境和測試過程等實處著手進行了細致地分析研究，期望能夠以此針對性地提出一些對策，降低由電機軸振動大引起的電機測功機試驗故障率。

2 現(xiàn)狀調(diào)查并確定目標

針對電機測功機設備故障的狀況，進行了長時間的現(xiàn)場跟蹤調(diào)查，并進行匯總分析，具體數(shù)據(jù)如圖1所示。

由圖1可知，軸振動大在所有故障中所占比例最大。試驗發(fā)現(xiàn)正常測功機軸振動傳感器數(shù)值穩(wěn)定保持在0.1-0.3mm/s之間，當測功機試驗振動值超過0.3并繼續(xù)增長達到一定的振動值時就會報軸振動大故障。軸振動大故障不僅會影響真實試驗的數(shù)據(jù)，還會耽誤試驗的進度，對設備造成損耗。

深度觀察發(fā)現(xiàn)電機測功機軸振動大故障發(fā)生的原因比較集中，主要包括以下5點：1）電機軸花鍵齒形磨損嚴重;2）電機軸花鍵齒形加工不良;3）電機軸未做動平衡;4）軸承長時間未加潤滑脂;5）測功機連接內(nèi)花鍵質(zhì)量不良。

3 關鍵因素分析及確認

3.1 電機軸花鍵齒形磨損嚴重

電機與電機軸的主要連接部位為電機軸花鍵，其中電機一側為內(nèi)花鍵，且由于電機為被測件，其內(nèi)花鍵質(zhì)量可受到嚴格把控;電機測功機一側也是內(nèi)花鍵，同樣，為滿足長期大量的測試需求，其質(zhì)量在出廠時同樣受到嚴格把控。而作為連接電機（被測件）與電機測功機（測試設備）的工裝——電機軸，兩頭則為外花鍵，其尺寸、材質(zhì)及精度，往往需要根據(jù)不同電機（被測件）進行選擇及加工。不同供應商加工的電機軸，其質(zhì)量會有較大差異。

在高轉(zhuǎn)速或大扭矩的測試過程中，由于選材或者加工不當，電機軸花鍵極容易磨損。電機軸花鍵齒形磨損（圖2）導致電機軸與電機以及測功機內(nèi)花鍵嚙合不良，在高速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生激振力，從而導致振動偏大;更嚴重的情況下會造成花鍵軸斷裂，損壞被測電機或者測試設備，防護不到位的情況下，甚至危及操作人員的人身安全。

3.2 電機軸花鍵齒形加工不良

作為連接電機（被測件）與電機測功機（測試設備）的工裝，電機軸的質(zhì)量極為關鍵，由其是與電機和測功機連接的部位——花鍵，其質(zhì)量要求更高。但目前國內(nèi)加工此工裝的供應商水平參差不齊，部分供應商加工出來的工裝尺寸、精度達不到要求，或者選用的原材料不符合要求，或者沒有經(jīng)過熱處理的工藝。有些供應商根本沒有熱處理的意識，有些供應商甚至沒有熱處理的能力。

種種原因?qū)е码姍C軸加工不良（圖3右），同時在運輸過程中由于防護不當，有可能產(chǎn)生摩擦、碰撞，導致花鍵上有凹坑、劃痕或者花鍵齒形不良等情況。這些都會引起其與電機或測功機內(nèi)花鍵配合不良，在高速運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生激振力，導致振動偏大;同樣有可能造成花鍵軸斷裂，損壞被測電機或者測試設備，甚至危及操作人員的人身安全。

3.3 電機軸未做動平衡

電機軸在這里是典型的回轉(zhuǎn)體，在理想的情況下回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)與不旋轉(zhuǎn)時，對軸承產(chǎn)生的壓力是一樣的，這樣的回轉(zhuǎn)體是平衡的回轉(zhuǎn)體。由于不同供應商加工出來的花鍵軸，有可能存在材質(zhì)不均勻、毛坯缺陷、加工誤差等情況，使得花鍵軸在旋轉(zhuǎn)時，其上每個微小質(zhì)點產(chǎn)生的離心慣性力不能相互抵消，離心慣性力作用到被測電機及測試設備上，引起振動，產(chǎn)生了噪音，加速花鍵軸的磨損，縮短了機械壽命，嚴重時可能造成破壞性事故。因此，必須對電機軸進行平衡，使其達到允許的平衡精度等級，或使因此產(chǎn)生的機械振動幅度控制在允許的范圍內(nèi)。

在電機軸表面增加鉆孔做去重動平衡，可以減輕電機軸在高速運轉(zhuǎn)時的振動（圖4左）。如果沒有做動平衡，電機軸在轉(zhuǎn)動的時候由于存在質(zhì)量偏心產(chǎn)生激振力，在做試驗過程中高速轉(zhuǎn)動會導致振動大，致使電機測功機臺架振動傳感器報故障（圖4右），甚至造成更嚴重后果。

4 措施對策

經(jīng)過上述觀察和原因分析，針對性地提出了如下表1的對應措施。措施實施之后再次進行試驗，發(fā)現(xiàn)設備故障比例明顯下降，由原來的82%降到33.33%，證明措施有效。

5 結束語

本文針對電機測功機電機軸振動大的問題，開展了細致地調(diào)查和現(xiàn)場試驗活動，成功找出了電機測功機電機軸振動大故障的主要原因，并制定了有效地措施，降低了電機測功機的設備故障率。

基金項目：廣西創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展專項資助項目（桂科AA18242039）;柳州市科學研究與技術開發(fā)計劃資助項目（2018AG10501）

參考文獻：

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