電機測功機電機軸振動優化研究

楊秋霞　胡慧婧　張菲　黃祖朋

摘 要：隨著新能源汽車的發展，對于電驅系統產品質量要求越來越高。電機測功機作為電驅系統測試的重要設備，其運行的穩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電機軸劇烈震動的現象。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，對測試現場和測試過程進行了細致地跟蹤、記錄和分析，并根據分析結果針對性地提出了優化措施。

關鍵詞：電機測功機 電驅系統 電機軸 新能源 汽車

1 前言

隨著新能源汽車的發展，市場對于電驅系統產品質量的要求越來越高[1-3]，電機測功機作為電驅系統測試的重要設備[4-6]，其運行的穩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，往往會出現振動大的現象。

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 現狀調查并確定目標

針對電機測功機設備故障的狀況，進行了長時間的現場跟蹤調查，并進行匯總分析，具體數據如圖1所示。

由圖1可知，軸振動大在所有故障中所占比例最大。試驗發現正常測功機軸振動傳感器數值穩定保持在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據，還會耽誤試驗的進度，對設備造成損耗。

深度觀察發現電機測功機軸振動大故障發生的原因比較集中，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）測功機連接內花鍵質量不良。

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，其中電機一側為內花鍵，且由于電機為被測件，其內花鍵質量可受到嚴格把控;電機測功機一側也是內花鍵，同樣，為滿足長期大量的測試需求，其質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、材質及精度，往往需要根據不同電機（被測件）進行選擇及加工。不同供應商加工的電機軸，其質量會有較大差異。

在高轉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花鍵嚙合不良，在高速運轉時產生激振力，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，電機軸的質量極為關鍵，由其是與電機和測功機連接的部位——花鍵，其質量要求更高。但目前國內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。

種種原因導致電機軸加工不良（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花鍵配合不良，在高速運轉過程中會產生激振力，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體，在理想的情況下回轉體旋轉與不旋轉時，對軸承產生的壓力是一樣的，這樣的回轉體是平衡的回轉體。由于不同供應商加工出來的花鍵軸，有可能存在材質不均勻、毛坯缺陷、加工誤差等情況，使得花鍵軸在旋轉時，其上每個微小質點產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，或使因此產生的機械振動幅度控制在允許的范圍內。

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時的振動（圖4左）。如果沒有做動平衡，電機軸在轉動的時候由于存在質量偏心產生激振力，在做試驗過程中高速轉動會導致振動大，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，發現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，開展了細致地調查和現場試驗活動，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：廣西創新驅動發展專項資助項目（桂科AA18242039）;柳州市科學研究與技術開發計劃資助項目（2018AG10501）

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