減速器滲油故障分析及改善

谷清芮，許 楊

（北京新能源汽車(chē)股份有限公司，北京 100176）

電動(dòng)車(chē)減速器滲油是較為常見(jiàn)的故障，會(huì)造成油液浪費(fèi)和減速器設(shè)備損壞，本文針對(duì)某電動(dòng)車(chē)型減速器滲油故障進(jìn)行分析，查找根本原因，提出有效可行的解決方案，使減速器良好穩(wěn)定地運(yùn)行。

1 減速器故障

某款電動(dòng)汽車(chē)存在減速器滲油現(xiàn)象，如圖1 所示，各故障樣車(chē)的行駛里程范圍為3 048～30 518 km，所配置的減速器外殼形式如圖2 所示，其上共有16顆螺栓，其中60%故障樣車(chē)在第15、16 號(hào)螺栓間存在滲油，20%故障樣車(chē)在第2、3號(hào)螺栓間存在滲油，20%故障樣車(chē)在第6、7號(hào)螺栓間存在滲油。

圖1 減速器滲油故障

圖2 減速器外殼形式

2 原因分析

通過(guò)魚(yú)骨圖3查找減速器滲油的根本原因，主要從5個(gè)方向進(jìn)行排查：（1）殼體結(jié)合面是否存在加工異常；（2）結(jié)合面預(yù)緊力是否異常；（3）結(jié)合面涂膠是否異常；（4）螺栓布局是否合理；（5）整車(chē)載荷是否異常。每個(gè)排查方向分別進(jìn)行多項(xiàng)測(cè)試。

圖3 減速器滲油原因排查魚(yú)骨圖

2.1 殼體結(jié)合面加工異常排查

拆解減速器故障件進(jìn)行結(jié)合面面壓測(cè)試，對(duì)應(yīng)圖2 中各螺栓編號(hào)，發(fā)現(xiàn)第15、16 號(hào)螺栓間存在未壓實(shí)的貫穿通路，如圖4所示，分別對(duì)箱體及箱蓋結(jié)合面進(jìn)行檢查，在箱蓋上發(fā)現(xiàn)異常刀紋。

圖4 減速器箱蓋面壓測(cè)試的異常刀紋

隨機(jī)抽取未裝車(chē)的減速器箱蓋成品10 件，分別對(duì)圖4中異常刀紋位置進(jìn)行橫、縱向粗糙度檢查，粗糙度標(biāo)準(zhǔn)為Ra 2～6，發(fā)現(xiàn)10件樣品的縱向粗糙度均小于2，其中最小值為0.963，嚴(yán)重低于設(shè)計(jì)要求，并且10 件樣品的橫向粗糙度雖滿(mǎn)足要求，但均偏向目標(biāo)要求最小值2。這樣當(dāng)殼體承受反向力時(shí)，粗糙度過(guò)小會(huì)使結(jié)合面密封膠不能有效附著，導(dǎo)致殼體密封變差，車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)滲油。

分析減速器銑刀加工過(guò)程，發(fā)現(xiàn)減速器結(jié)合面上銑刀加工的規(guī)劃路徑不合理，存在走刀異常情況，產(chǎn)生異常刀紋，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)合面粗糙度降低。

同時(shí)對(duì)減速器結(jié)合面的加工平面度進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)過(guò)上述分析得到，減速器結(jié)合面加工紋理粗糙是減速器滲油的根本原因之一。

2.2 殼體結(jié)合面預(yù)緊力異常排查

減速器結(jié)合面各螺栓殘余扭矩的標(biāo)準(zhǔn)為≥19 Nm，測(cè)試故障件發(fā)現(xiàn)第15號(hào)螺栓的殘余扭矩為17.75 Nm、第16 號(hào)螺栓的殘余扭矩為19.30 Nm，前者不滿(mǎn)足要求，后者接近最小值[1]。

排查發(fā)現(xiàn)存在兩處共用箱體螺栓的鈑金吊耳，分別在第11、15號(hào)螺栓位置，如圖5所示，其中第15號(hào)螺栓位置的吊耳在減速器加工、合裝總成及合裝整車(chē)等過(guò)程中至少被吊裝10次，存在降低螺栓緊固力矩風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)此設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，隨機(jī)抽測(cè)完成整車(chē)合裝的減速器20臺(tái)，檢查第15、16號(hào)螺栓的殘余扭矩，發(fā)現(xiàn)其中一臺(tái)第15號(hào)螺栓的測(cè)量值為14 Nm，明顯低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖5 減速器鈑金吊耳設(shè)計(jì)

此外，對(duì)故障件中各螺栓的摩擦系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，依次測(cè)試擰緊力矩，發(fā)現(xiàn)各值均符合預(yù)緊力要求。

經(jīng)過(guò)上述分析得到，吊耳位置與箱體部分螺栓共用是減速器滲油的根本原因之一。

2.3 結(jié)合面涂膠不良排查

首先，檢查各故障減速器的結(jié)合面是否被涂膠，發(fā)現(xiàn)均已涂膠，此項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)被排除。

然后，檢查工藝中從涂膠至合箱整個(gè)過(guò)程用時(shí)是否≤20 min，測(cè)試發(fā)現(xiàn)用時(shí)為12 min，滿(mǎn)足要求。

接下來(lái)檢查故障件的涂膠位置和涂膠量是否準(zhǔn)確，通過(guò)查看MES（Manufacturing Execution System，精益制造管理系統(tǒng)）記錄發(fā)現(xiàn)機(jī)器人涂膠操作合格。

最后，拆解減速器故障件，發(fā)現(xiàn)結(jié)合面的密封膠完整度差，存在脫落褶皺，導(dǎo)致附著力不足，并存在油性污漬[1]。為此，隨機(jī)抽取未裝車(chē)的減速器成品3 臺(tái)，分別進(jìn)行撕膠驗(yàn)證及合箱拆解驗(yàn)證。其中，撕膠驗(yàn)證中，對(duì)經(jīng)過(guò)酒精清潔和不做任何處理的箱蓋分別涂膠，靜置4 h 后分別手工剝離，發(fā)現(xiàn)后者較前者更易剝離，如圖6所示；合箱拆解驗(yàn)證中，對(duì)比經(jīng)過(guò)酒精清潔的箱體和不做任何處理的箱蓋，分別涂膠后合裝，靜置3天后分別進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)前者較后者的密封膠分布更均勻、完整度更高，如圖7所示。

圖6 撕膠對(duì)比驗(yàn)證

圖7 合箱拆解對(duì)比驗(yàn)證

深入分析涂膠方案，發(fā)現(xiàn)減器速箱體與箱蓋結(jié)合面沒(méi)有設(shè)計(jì)容膠槽，容膠槽通常設(shè)置在箱體內(nèi)側(cè)，結(jié)合面打膠后通過(guò)擠壓在箱體箱蓋結(jié)合面內(nèi)側(cè)形成擠壓填充，與空氣接觸后快速固化，達(dá)到密封效果。對(duì)比競(jìng)品，如圖8所示，既有容膠槽設(shè)計(jì)，又在定位銷(xiāo)周圈布有密封膠以增大密封面積，而故障件只在定位銷(xiāo)內(nèi)側(cè)涂膠。

圖8 競(jìng)品容膠槽設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)上述分析得到，涂膠設(shè)計(jì)不合理以及涂膠面污染未使用酒精清潔，是減速器滲油的根本原因之一。

2.4 螺栓布局排查

排查減速器結(jié)合面的螺栓布局是否合理，主要測(cè)量殼體張開(kāi)量和殼體間壓力。殼體張開(kāi)量的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為≤ 30 μm，經(jīng)過(guò)CAE 分析得到，第15、16 號(hào)螺栓處的張開(kāi)量為27 μm，雖滿(mǎn)足要求，但設(shè)計(jì)余量在各螺栓中最低。結(jié)合面的面壓測(cè)試中，除第15、16 號(hào)螺栓處發(fā)現(xiàn)因加工刀紋缺陷造成壓力不足外，其他部位均無(wú)異常。

2.5 整車(chē)載荷排查

整車(chē)沖擊過(guò)載會(huì)導(dǎo)致懸置部件受力過(guò)大，進(jìn)而影響減速器安裝位置的受力，減速器采用CAE 設(shè)計(jì)和校核時(shí)，采用汽車(chē)耐久測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)PASCAR 中最?lèi)毫庸r，通常用戶(hù)正常使用車(chē)輛，不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于最?lèi)毫庸r中。

綜上，減速器出現(xiàn)滲油故障的根本原因主要有3點(diǎn)：（1）結(jié)合面加工粗糙度低；（2）螺栓殘余扭矩低；（3）結(jié)合面涂膠清潔度不足。

3 解決措施及效果驗(yàn)證

針對(duì)減速器滲油故障的根本原因制定改進(jìn)措施，主要從提高減速器殼體加工精度、降低螺栓扭矩衰減和優(yōu)化結(jié)合面涂膠3個(gè)方面進(jìn)行。

3.1 提高減速器殼體加工精度

為了改善結(jié)合面的異常刀紋，需要優(yōu)化結(jié)合面網(wǎng)紋加工工藝，調(diào)試銑刀路徑（與輪廓線(xiàn)走向一致），避免讓位，保證結(jié)合面刀紋形狀一致，如圖9所示。調(diào)整走刀程序后，檢查結(jié)合面未發(fā)現(xiàn)異常刀紋，如圖10所示。重新進(jìn)行面壓測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)貫穿缺陷。

圖9 刀具路徑優(yōu)化前、后對(duì)比

圖10 結(jié)合面改善前、后對(duì)比

3.2 降低螺栓扭矩衰減

針對(duì)故障件中螺栓殘余扭矩不合格問(wèn)題，首先采取臨時(shí)措施，復(fù)緊第15、16號(hào)螺栓，并抽測(cè)復(fù)緊車(chē)輛扭矩，持續(xù)跟蹤200輛車(chē)，未出現(xiàn)殘余扭矩不合格問(wèn)題。為從根本上解決吊耳重復(fù)使用使扭矩衰減的問(wèn)題，制定出長(zhǎng)期措施提升結(jié)合面的預(yù)緊力及密封性：（1）修改吊耳設(shè)計(jì)，取消第11、15號(hào)螺栓兩處鈑金吊耳，在箱體及箱蓋上新增鑄造吊耳，優(yōu)化吊裝受力；（2）優(yōu)化漏油處螺栓設(shè)計(jì)，采用CAE分析，在第15、16號(hào)螺栓間增加一個(gè)合箱螺栓，使該處殼體張開(kāi)量由27 μm降至14 μm，并在第4、5號(hào)螺栓間增加一個(gè)合箱螺栓，使該處殼體張開(kāi)量由14 μm降至0 μm，提高結(jié)合面的預(yù)緊力。如圖11所示。

圖11 減速器殼體吊耳結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果

3.3 優(yōu)化結(jié)合面涂膠

針對(duì)結(jié)合面密封膠完整度差問(wèn)題進(jìn)行以下優(yōu)化：（1）在減速器箱體內(nèi)側(cè)倒角30°形成1.5～2 mm 容膠槽，如圖12 所示，一方面使膠接觸空氣較快固化，另一方面通過(guò)固化膠條隔絕潤(rùn)滑油與密封面，提升結(jié)合面的密封性[2]；（2）在定位銷(xiāo)周圈采用密封膠繞涂，增大涂膠面積；（3）殼體涂膠前增加酒精擦拭工序，保證結(jié)合面清潔度[3]。

圖12 箱體內(nèi)側(cè)增加容膠槽

將改進(jìn)后的減速器搭載整車(chē)進(jìn)行強(qiáng)化耐久測(cè)試，未出現(xiàn)滲油現(xiàn)象。上述設(shè)計(jì)優(yōu)化及工藝改進(jìn)從根本上解決了減速器滲油問(wèn)題，提高了減速器的密封性能。

4 結(jié) 論

針對(duì)某電動(dòng)汽車(chē)減速器滲油故障通過(guò)排除法查找根本原因，從殼體結(jié)合面加工異常、殼體結(jié)合面預(yù)緊力異常、結(jié)合面涂膠不良、螺栓布局和整車(chē)載荷等方面進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)3方面原因：（1）減速器結(jié)合面存在異常刀紋，殼體粗糙度低于設(shè)計(jì)要求；（2）鈑金吊耳共用箱體螺栓，多次使用對(duì)結(jié)合面壓緊不利；（3）結(jié)合面涂膠設(shè)計(jì)不合理，清潔度不良。對(duì)應(yīng)提出3項(xiàng)解決措施：（1）調(diào)試優(yōu)化銑刀路徑，避免讓位；（2）取消原有兩處鈑金吊耳，增加與箱體一體的鑄造吊耳，并在殼體張開(kāi)量較大位置增加兩顆合箱螺栓；（3）在殼體內(nèi)側(cè)倒角加工容膠槽，并對(duì)定位銷(xiāo)周圈采用密封膠繞涂增大涂膠面積，涂膠前增加酒精擦拭工序。

通過(guò)各項(xiàng)優(yōu)化措施，提高了減速器密封性能，解決了滲油問(wèn)題。