发动机起动机打齿原因分析与解决方案介绍》 .ppt
ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,神电公司关于起动机铣齿(刮齿)的原因分析与解决方法情况介绍 2011.06,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,一、产生铣齿的原因分析 由于“铣齿”故障一直是强制啮合式起动机的高故障率的失效模式、在个别机型上最高的达到了总故障率的40左右，由于它的发生涉及到了起动机设计、飞轮齿圈设计、发动机的匹配设计等诸多方面，要有效解决该问题需多方面协同工作，才能有效解决。,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,、强制啮合起动机正常工作全过程:电磁开关得电 动铁芯向左移动 拨叉拨动单向器向右移动 单向器齿轮与飞轮齿圈接触 开关主触点闭合、起动机开始旋转 小齿轮与飞轮齿圈啮合 起动机拖动发动机旋转达到点火转速 发动机着火运行 起动机断电退出工作。,开关主触点,动铁芯,驱动齿轮,飞轮齿圈,单向器,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,1、强制啮合的过程：为了使驱动齿轮与齿圈能够完成啮合，强制啮合起动机均设计了啮合弹簧(根据结构需要可以安装在拨叉支点、单向器上、动铁芯内等位置)。在啮合遇到顶齿状态时，啮合弹簧被压缩，动铁芯可以继续移动直到主触点闭合，此时起动机得电、开始旋转，当小齿轮旋转到飞轮齿隙位置时(1/2齿距max)，在啮合弹簧弹力作用下、小齿轮会快速进入飞轮齿圈完成与齿圈啮合。,啮合弹簧,、产生铣齿(刮齿、打齿)故障的原因分析:在起动机的工作流程中有一个环节非常重要，即：单向器齿轮与飞轮齿圈接触 开关主触点闭合、起动机开始旋转(1/2齿距max)小齿轮进入飞轮齿圈与齿圈啮合。如果上述流程被打乱，出现单向器小齿轮进入飞轮齿圈受阻、无法正常进入或还没有与飞轮齿圈接触就开始高速旋转，此时就会发生铣齿故障。,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,2、产生铣齿故障的原因：当啮合遇到顶齿状态时，如果单向器小齿轮不能在电机刚开始旋转的初期低速段快速进入飞轮齿圈完成啮合，就会因电机进入高速旋转区后（从主触点闭合到电机转速达到100rpm约为85ms）无法完成啮合。此时在啮合弹簧作用力下，就会因小齿轮顶压在飞轮齿圈端部高速旋转而发生铣齿现象。下面是两张因起动机驱动齿轮顶在飞轮齿圈端面旋转发生“铣齿”的飞轮齿圈失效件照片。,典型的铣齿故障模式6L柴油发动机配强制啮合起动机，齿面硬度HRc:5152,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,3、崩齿或齿面塌陷变形导致的铣齿：还有另外两种因齿圈材料热处理不当，齿面硬度过低或过高、内部金相组织结构不合理，引起的类似“铣齿”故障的失效模式：.齿形强度不足、齿面硬度过低：经使用一段时间后就会出现如图一所示的齿面塌陷、变形的问题；.齿形心部硬度过高、缺乏韧性：在受到冲击载荷时，存在缺陷的齿圈极易出现如图二所示的“崩齿”失效模式。下面是两张发生“齿面塌陷”、“崩齿”故障后的飞轮齿圈失效件照片。,图二、,图一、,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,二、神电公司为解决“铣齿”所采取的措施,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,、强制啮合起动机可能发生“铣齿”的概率分析:强制啮合起动机顺利完成啮合的前提条件就是：啮合时驱动齿轮与飞轮齿圈处于齿形齿隙状态，此时驱动齿轮就能顺利的进入齿圈的齿形内部完成啮合。发生“铣齿”的前提条件：在啮合时出现了齿形齿形的状态、即“顶齿”，弄清楚发生“顶齿”的概率，也就弄清楚了发生“铣齿”的概率。试验方法:在7.12L柴油发动机上，使用与之配套的强制啮合式起动机，仅给起动机的开关,回路供电(开关闭合后电机不能旋转)，在发动机上安装驱动齿轮位置传感器和记录仪器，分别记录驱动齿轮顺利进入齿圈和顶在齿面的次数。起动机每次通电后都随机旋转一下驱动齿轮的位置，确保试验结果是在随机条件下完成的。试验结果：经过10000次啮合试验后统计结果为：出现顶齿的概率约为20。右图为试验后的飞轮齿圈图片,有2齿已被撞出明显的凹槽。,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,、应对强制啮合起动机“铣齿”故障采取的应对措施:由于“铣齿”故障一直是强制啮合起动机的高故障率的失效模式、在个别机型上最高的达到了总故障模式的40左右，它涉及到了起动机设计、飞轮齿圈设计、发动机的匹配设计等诸多方面，要有效解决该问题需多方面协同工作，才能有效解决。我们先后与东风柴发厂等客户组成包含了主机厂、起动机供应商和飞轮齿圈供应商的多功能小组，通过开展联合攻关工作、共同分析原因、制订措施解决问题。,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,1、可能导致“铣齿”故障发生的原因的分析情况：.主机厂方面：齿轮付设计、驱动齿轮与飞轮齿圈的相对位置、硬度要求等设计不合理；.起动机方面：驱动齿轮硬度设计、制造不合理；在顶齿状态下的驱动齿轮对飞轮齿圈的端面压力设计设计不合理；驱动齿轮的入齿倒角不合理；齿面粗糙度控制不合理；.飞轮齿圈方面：齿圈表面硬度要求不合理或控制不合理；齿圈心部组织结构控制不合理；齿圈的啮合入齿倒角不合理；齿面粗糙度控制不合理；,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,2、各方面采取的应对措施：.主机厂方面：齿轮付侧隙控制在0.50.7mm；驱动齿轮与飞轮齿圈的相对位置控制在35mm；驱动齿轮硬度要求在HRc:5862；飞轮齿圈表面硬度要求在HRc:5357。.起动机方面：调整驱动齿轮的入齿倒角倒角方式，变直倒角为渐开线型倒角；驱动齿轮硬度严格控制在HRc:5862范围内；优化啮合弹簧的弹力，确保在少伤害飞轮端面的前提下增大端面压力，保证有充足的弹力使驱动齿轮顺利入齿；严格控制齿面粗糙度和端面粗糟度；.飞轮齿圈方面：齿圈表面硬度控制HRc:5357；改善齿圈心部组织结构，毛坯严格执行调质工艺；变齿圈啮合入齿倒角由对中线直倒角为过中线平行于齿形轮廓线倒角；严格控制齿面粗糙度和端面粗糟度；,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,3、神电公司改进及效果验证情况：.调整驱动齿轮的入齿倒角方式，变直倒角为渐开线型倒角：采用渐开线倒角的优势分析：驱动齿轮倒角目的就是要增大驱动齿轮在进入飞轮齿圈啮合时的入齿间隙，便于驱动齿轮能够顺利、快速的进入飞轮齿圈，避免或减少出现啮合铣齿现象。在倒角时还要考虑尽可能的减少对齿面强度的影响、减少去除的材料。由于驱动齿轮和飞轮齿圈的齿形都是采用渐开线齿形，最有效的增大入齿间隙的方法就是减小入齿阶段的齿形轮廓尺寸（相当于减小公法线长度、增大齿轮侧隙）。,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,A.发动机台架耐久性试验：样件情况：飞轮齿圈由对中线直齿倒角改为平行于齿形轮廓倒角；起动机驱动齿轮由过中线直线倒角改为渐开线形倒角；经过3万次台架耐久性试验后未出现铣齿故障。,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,B.两种倒角的齿轮啮合试验对比情况：该试验由玉柴质量部为验证倒角方式优化的效果、分别抽取了采用直线倒角的A70和采用渐开线倒角的G5800-E起动机各一台、在发动机台架上各进行5000次啮合试验，然后根据试验结果评价两种倒角方式的效果，试验后的飞轮齿圈局部照片如下（齿圈照片由玉柴提供）：,齿面出现了明显的面与面相交后切削痕迹；,齿面出现的是面与面相切后滑动摩擦的痕迹；,齿面出现了明显的面与面相交后切削痕迹；,齿面出现的是面与面相切后滑动摩擦的痕迹；,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,.驱动齿轮硬度严格控制在HRc:5862范围内：公司为确保驱动齿轮的热处理稳定性，先后引进了两套Aichelin渗碳淬火炉，该设备投产后热处理件的表面硬度、渗碳层深度、心部硬度、心部组织结构等指标都能控制在一个很稳定的范围内，如:齿面硬度就控制在HRc:5961范围内。,.优化啮合弹簧的弹力：对开关吸力、啮合弹簧反力系统进行了重新设计。通过试验验证，保证了在少伤害飞轮端面的前提下弹力提高了30，降低了出现“铣齿”的概率；,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,4.改进后的产品在市场上的效果验证情况：改进措施到位后的齿圈、起动机投放后统计三个月、半年、一年的三包索赔率变化情况，铣齿故障的赔付率由高峰时占总赔付率的40%降到了10%以下。强制啮合式起动机由于自身的结构所限，但遇到“顶齿”状态时，开关主触点一旦闭合，电机就是以全功率输出方式开始旋转，驱动齿轮在开始旋转的初期如果没能顺利进入飞轮齿圈完成啮合过程，就会产生“铣齿”故障。也就是说：强制啮合式起动机的“铣齿”风险只能降低，不能完全避免。要彻底根除“铣齿”故障，目前最有效的方法就是采用“缓啮合”(柔性啮合)的啮合方式，下面就神电公司在缓啮合式起动机的开发与应用情况进行汇报。,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,三、神电公司“缓啮合式”减速起动机开发、应用情况,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,、“缓啮合”方式对避免发生“铣齿”的作用 所谓“缓啮合”就是取消原强制啮合起动机上的“啮合弹簧”，当啮合处于“顶齿”状态时，驱动齿轮无法进入飞轮齿圈内部，电磁开关的主触点同样也不能闭合、起动机主电路无法接通，电机也就不会高速旋转；要使在“顶齿”状态下能够完成啮合，“缓啮合”电机是通过增大起动机电磁开关串联线圈的电流、使之达到足以驱动电枢旋转的值，这样在该电流的驱动下电枢开始慢速旋转，当驱动齿轮的旋转到“齿对齿隙”(1/2齿距max)时就可以顺利进入飞轮齿圈，完成啮合过程。在驱动齿轮进入飞轮齿圈过程中、开关的主触点也完成了闭合，起动机主回路被接通，起动机进入全功率工作状态；缓啮合起动机由于驱动齿轮在进入飞轮齿圈之前通过电枢的电流是受到限制的（峰值约200A），电机不能以全功率旋转，这样就实现了“缓啮合”的功能要求，因此也就避免了产生“铣齿”故障。,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,、缓啮合式减速起动机的基本结构：,电磁开关主触点,动铁芯,单向离合器,驱动齿轮,行星减速机构,缓啮合继电器,拨叉,电枢,电刷,飞轮齿圈,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,、缓啮合式起动机的工作原理和电路图：,驱动齿轮不能直接进入飞轮齿圈，电磁开关主触点也不能闭合。继电器电流I经电磁开关串联线圈和起动机形成回路，电机在电流I1(峰值电流约200A)的作用下开始低速旋转、当驱动齿轮与飞轮齿圈形成“齿对齿隙”状态后，驱动齿轮进入飞轮齿圈，电磁开关主触点闭合，电机开始正常工作。,“齿对齿隙”,点火开关K闭合，继电器线圈得电、继电器触点闭合。,驱动齿轮进入飞轮齿圈，电磁开关主触点闭合，电机开始正常工作。,“齿对齿”,电磁开关的吸合线圈、保持线圈得电，单向器向前运动。,请双击右图标、观看动画演示,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,、缓啮合式减速起动机的开发应用情况：1、产品开发情况：神电公司从2004年开始研发缓啮合式减速起动机，2006年开始正式推向市场，产品已有三大系列（85/95/105）、近百个型号，输出功率从4.5Kw8Kw，可以满足排量段从4L13L的柴油发动机需求。2、市场应用情况：从2006年产品正式推向市场以来，以为玉柴、朝柴、西康、锡柴、雷沃动力、一拖等主机厂累计配套了60余万台，涉及到的发动机排量从4L11L。3、效果验证情况：从已经投放到市场的60万台“缓啮合”式起动机在各主机厂反馈的三包索赔信息和对返回的三包索赔件实物分析，“铣齿”故障已经从故障模式排列中剔除了。,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,4、台架耐久性试验情况：按QC/T713-2005中耐久性试验规范要求，进行加倍（6万次、中途更换电机）试验，试验后的齿圈和齿轮情况见附图。,ASIMCO HUBEI SUPER ELECTRIC MOTOR CO.,LTD,湖北神电汽车电机有限公司,谢 谢!,
