GL-7DCT变速器机械零件故障量化和评价方法研究

符金滔　马勇　程立勇

摘 要：变速器是汽车的重要组成部分，为简化变速器机械零件失效分析过程，我们提出故障量化和加权评价的分析方法。故障量化的目的就是把宏观的故障形态以可计算的数据来体现。在实际工作中，对于失效的评判很模糊。文字性的描述容易让人产生误解和分歧，所以急需对一些故障进行量化定义。故障量化后，需要进行质量评价。因此我们创造性的提出了加权评价的方法，为变速器试验研发提供参考。关键词：变速器;故障量化;故障评价中图分类号：U463.212  文献标识码：A  文章编号：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

变速器主要机械零件是齿轮、轴、轴承、同步器、密封件和壳体等。在台架耐久试验后，它们的机械故障类型大部分是磨损、永久变形和断裂等[1][2]。而这些故障类型均会在零件表面有直观的故障特征。在研发试制过程中，GL-7DCT变速器需要进行多种类多次数的台架试验，而且在试验结束后需要对零部件的损伤或者失效程度进行评价。由此我们采用面积尺、高精度（0.02mm以上）游标卡尺、刻度尺和深度尺为测量工具，对故障点进行测量，并计算出故障点特征数据，如面积、深度、磨损量等。基于量化得到的数据，我们可以制定相关标准进行故障评价，从而保证研发的变速器产品质量得到管控，同时形成一定标准，对后续的变速器试验开发及相关零部件试验开发进行指导。

1 量化工具的介绍和使用方法

测量是一个极需要细心和耐心的工作。为了排除外部干扰，减少测量数据的误差，我们要在一个干净、安静、有照明装置的工作台（见图1）上进行。

在测量前我们要对测量零件进行观察，确定测量顺序等。以齿轮为例，我们要确定故障点的具体定位，确定起始齿，并给故障轮齿编号（见图2）。

1.1 刻度尺的使用方法

刻度尺是量化的基础工具。我们可以用它测量失效点的长、宽，甚至是圆弧等（见图3、4）。在测量的时候我们要找到对应的刻度，尽量做到精确。刻度尺主要用于规则形状的故障测量。

1.2 面积尺的使用方法

在现实测量中，零件的故障是随机发生的，故障痕迹也不一定是规则的，刻度尺无法完全满足工作要求。面积尺上有各种面积不同的规则图形，在不规则故障点测量面积时，我们需要对其进行面积分割，即把不规则的故障点分割成多个规则的故障点，然后测出各规则故障点的面积，最后面积累加得到整个故障点的面积（见图5）。

1.3 游标卡尺的使用方法

游标卡尺是工程测量中较常用的测量工具。由于齿轮磨损测量精度要求高，我们应采用精度在0.02mm以上的游标卡尺进行测量，以齿顶定位，测量齿根磨损前的厚度S，磨损后厚度S1，以及高度H1。然后计算出磨损量△S，其计算公式如下：

2 数据与故障统计

由于样机拆解完成后，零件具有一定的保存期限，无法做到永久保存，因此我们能拿到直观依据就是照片。但是在照片中，故障点大小和位置都没有精确体现，所以我们要进行量化，计算特征数据（主要是面积及深度），同时还要对故障点进行定位，确定故障点具体位置。此操作的容易对故障进行统计，记录故障类型、零件类型、特征数据等。统计表使用方法如图7、8所示。

2.1 機械零件失效标准

齿轮的失效评判中，我们参考《JB/T5664-1991重载齿轮失效判据》[3]。考虑到公司的实际情况，因此在该标准的基础上进行了一定的优化，保证实际情况的符合性。

我们的磨损失效判据：齿轮根两侧磨损量之和ΔS（mm）与齿轮模数m（mm）的百分比M（M=ΔS/m）或者齿面磨损面积之和ΔS（mm）与齿面总面积S之比Z达到或超过下表，则判定齿轮磨损失效。

胶合失效判据：齿面胶合面积与工作齿面面积的比率ω及胶合沟痕的深度与模数的比率δ，达到或超过表中的规定的指标，则该齿轮应判定为失效。

齿轮断裂失效判据：若样机的齿轮出现断齿或裂纹，直接判定齿轮失效。

轴承的失效判定，我们参考《GB/T24607-2009 滚动轴承寿命与可靠性试验及评定》进行制定[4][5]。

表面材缺失判定：深沟球轴承剥落深度H;剥落面积S;对于滚柱滚子轴承，剥落面积S，，达到或超过下表标准时，判定轴承失效。

其他失效判定标准：

当轴承出现断口、裂纹、以及塑性变形等一切止转故障时，我们判定轴承失效。

滚针轴承失效判定标准：

滚针轴承保持架出现断裂故障时，判定轴承失效。

滚针发生剥落、磨损和点蚀故障时，且故障面积等于或超过工作面积的25%时，判定轴承失效。

2.2 评价方法模型构建

在前面我们完成了数据量化、故障统计以及失效评判。由于故障的发生是随机且故障程度无法预测的，在评价时，我们会遇见各种不同程度的故障。在量化和评价中，我们需要一个故障程度梯度。在不达到失效但确实产生的故障评价时，我们才有一个失效预测。同时也能给失效的零件做一个失效程度评价，以此才为后期两件强化提供参考。所以评分标准的构建是十分必要的。

我们以齿轮点蚀为例进行评分标准构建：

因为齿轮点蚀失效判据是点蚀面积与齿轮工作面的面积比α≥50%。所以当α<50%时，齿轮知识故障，并未失效。但是对于变速器试验来说，一个零件的故障程度对变速器质量是有影响的。为了更好的对此零件评价，我们需要对故障零件进行梯度赋值，并以最终得分来评价此零件于此试验下是否合格。

齿轮点蚀除了面积占比为评价指标外，还有蚀坑深度与模数的比值γ。因此我们还要建立点蚀深度比评分表。

两个评分表构建完成，为了科学的评价齿轮点蚀，我们必须综合考虑面积占比和深度比的综合评分，因此我们定义关联函数：

Y=ay1+by2                                                      （2）

a：权值，与点蚀面积比对齿轮功能及强度影响程度有关;

b：权值，与点蚀深度比对齿轮功能及强度影响程度有关;

Y：综合评分分值;

y1：面积比的评价分值;

y2：深度比的评价分值。

由上式可知，我们量化好数据，对比评价分值表就可以得到y1和y2的值，在确定a、b加权值，我们就可以得到加权评价分值Y。如此就可以从多个层面对故障齿轮进行加权评价。同时失效零件的加权评分Y=0。

对于其他零件的评分赋值方式与齿轮的大体一致。区别

就在于加权函数的不同，以及权值的不同。

综上所述我们总结出了评分方法构建的一般步骤：

（1）确定故障类型，从而拟定评分方式：高分优型或低分优型。

（2）划分故障梯度。此步骤中，我们根据故障类型的失效判据为限，划分故障梯度。梯度可等距划分也可不等距划分，根据具体情况而定。

（3）梯度值赋评价分值。给每一个故障梯度赋予一个唯一分值。以分值给与故障等级评价。

（4）根据最后分值，进行零件评价。

3 结束语

变速器机械零件故障评价是一个长期积累性质的工作，随着数据的积累，可以不断的优化评价方法。

参考文献

[1] GB/T 3481-1997.齿轮轮齿磨损和损伤术语[S].

[2] GB/T 24611-2009.滚动轴承损伤和失效术语、特征及原因[S].

[3] JB/T5664-5991.重载齿轮失效判据[S].

[4] GB/T24607-2009.滾动轴承寿命与可靠性试验及评定[S].

[5] GB/T24611-2009.滚动轴承损伤和失效术语、特征及原因[S].