GL-7DCT變速器機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，為簡化變速器機械零件失效分析過程，我們提出故障量化和加權評價的分析方法。故障量化的目的就是把宏觀的故障形態以可計算的數據來體現。在實際工作中，對于失效的評判很模糊。文字性的描述容易讓人產生誤解和分歧，所以急需對一些故障進行量化定義。故障量化后，需要進行質量評價。因此我們創造性的提出了加權評價的方法，為變速器試驗研發提供參考。關鍵詞：變速器;故障量化;故障評價中圖分類號：U463.212? 文獻標識碼：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。在臺架耐久試驗后，它們的機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。在研發試制過程中，GL-7DCT變速器需要進行多種類多次數的臺架試驗，而且在試驗結束后需要對零部件的損傷或者失效程度進行評價。由此我們采用面積尺、高精度（0.02mm以上）游標卡尺、刻度尺和深度尺為測量工具，對故障點進行測量，并計算出故障點特征數據，如面積、深度、磨損量等。基于量化得到的數據，我們可以制定相關標準進行故障評價，從而保證研發的變速器產品質量得到管控，同時形成一定標準，對后續的變速器試驗開發及相關零部件試驗開發進行指導。

1 量化工具的介紹和使用方法

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

在測量前我們要對測量零件進行觀察，確定測量順序等。以齒輪為例，我們要確定故障點的具體定位，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工具。我們可以用它測量失效點的長、寬，甚至是圓弧等（見圖3、4）。在測量的時候我們要找到對應的刻度，盡量做到精確。刻度尺主要用于規則形狀的故障測量。

1.2 面積尺的使用方法

在現實測量中，零件的故障是隨機發生的，故障痕跡也不一定是規則的，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則圖形，在不規則故障點測量面積時，我們需要對其進行面積分割，即把不規則的故障點分割成多個規則的故障點，然后測出各規則故障點的面積，最后面積累加得到整個故障點的面積（見圖5）。

1.3 游標卡尺的使用方法

游標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，我們應采用精度在0.02mm以上的游標卡尺進行測量，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。然后計算出磨損量△S，其計算公式如下：

2 數據與故障統計

由于樣機拆解完成后，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就是照片。但是在照片中，故障點大小和位置都沒有精確體現，所以我們要進行量化，計算特征數據（主要是面積及深度），同時還要對故障點進行定位，確定故障點具體位置。此操作的容易對故障進行統計，記錄故障類型、零件類型、特征數據等。統計表使用方法如圖7、8所示。

2.1 機械零件失效標準

齒輪的失效評判中，我們參考《JB/T5664-1991重載齒輪失效判據》[3]。考慮到公司的實際情況，因此在該標準的基礎上進行了一定的優化，保證實際情況的符合性。

我們的磨損失效判據：齒輪根兩側磨損量之和ΔS（mm）與齒輪模數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達到或超過下表，則判定齒輪磨損失效。

膠合失效判據：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的比率δ，達到或超過表中的規定的指標，則該齒輪應判定為失效。

齒輪斷裂失效判據：若樣機的齒輪出現斷齒或裂紋，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及評定》進行制定[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，，達到或超過下表標準時，判定軸承失效。

其他失效判定標準：

當軸承出現斷口、裂紋、以及塑性變形等一切止轉故障時，我們判定軸承失效。

滾針軸承失效判定標準：

滾針軸承保持架出現斷裂故障時，判定軸承失效。

滾針發生剝落、磨損和點蝕故障時，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 評價方法模型構建

在前面我們完成了數據量化、故障統計以及失效評判。由于故障的發生是隨機且故障程度無法預測的，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。在不達到失效但確實產生的故障評價時，我們才有一個失效預測。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化提供參考。所以評分標準的構建是十分必要的。

我們以齒輪點蝕為例進行評分標準構建：

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

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

兩個評分表構建完成，為了科學的評價齒輪點蝕，我們必須綜合考慮面積占比和深度比的綜合評分，因此我們定義關聯函數：

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

a：權值，與點蝕面積比對齒輪功能及強度影響程度有關;

b：權值，與點蝕深度比對齒輪功能及強度影響程度有關;

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，我們量化好數據，對比評價分值表就可以得到y1和y2的值，在確定a、b加權值，我們就可以得到加權評價分值Y。如此就可以從多個層面對故障齒輪進行加權評價。同時失效零件的加權評分Y=0。

對于其他零件的評分賦值方式與齒輪的大體一致。區別

就在于加權函數的不同，以及權值的不同。

綜上所述我們總結出了評分方法構建的一般步驟：

（1）確定故障類型，從而擬定評分方式：高分優型或低分優型。

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

（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）根據最后分值，進行零件評價。

3 結束語

變速器機械零件故障評價是一個長期積累性質的工作，隨著數據的積累，可以不斷的優化評價方法。

參考文獻

[1] GB/T 3481-1997.齒輪輪齒磨損和損傷術語[S].

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

[3] JB/T5664-5991.重載齒輪失效判據[S].

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

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