張良勇，李西德，任小鴻，高朝祥

（1.四川化工職業(yè)技術學院，四川 瀘州 646099；2.四川長江工程起重機有限責任公司，四川 瀘州 646003）

0 引言

隨著社會的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，汽車保有量也穩(wěn)步上升。玻璃升降器作為汽車重要的功能部件，一旦出現(xiàn)故障，就會給車身的密封性和駕駛員的駕駛環(huán)境造成不良影響。玻璃升降系統(tǒng)是使用頻率較高的系統(tǒng)，易出現(xiàn)玻璃升不到頂、升降阻滯及升降異響等問題[1]。某主機廠裝配現(xiàn)場反饋，部分汽車車窗升到頂后自動下降一定距離，這影響了整車的正常使用，必須進行處理。

1 玻璃升降器故障排查

1.1 對不良產(chǎn)品進行測試

1.1.1 電動機基本性能測試及分析

選擇3個不良產(chǎn)品Q1、Q2、Q3進行電動機 基本性能測試。測試電壓為12 V，溫度為23 ℃±5℃，其他條件和測試結果如表1所示，其中電動機堵轉是電動機在轉速為0 r/min時仍然輸出轉矩的一種情況。從測試結果可以看出，不良產(chǎn)品Q1、Q2、Q3在轉矩、轉速和電動機電流上均滿足要求。

表1 電動機基本性能測試條件和測試結果

1.1.2 電動機紋波性能測試及分析

對Q1、Q2、Q3三個不良產(chǎn)品進行電動機紋波性能測試，表2為Q1電動機紋波測試數(shù)據(jù)。波形品質要求條件1和條件2滿足其一即可，且優(yōu)先考察條件1。所以電動機紋波性能均滿足要求。

表2 不良產(chǎn)品Q1紋波測試標準和測試數(shù)據(jù)

雖然電動機紋波性能均滿足要求，但在FUN/2諧波處數(shù)值存在異常。在峰值均相同的情況下，F(xiàn)UN/2諧波會很小，可以忽略不計；峰值有差異的情況下，會在紋波曲線上形成大的變化趨勢，影響FUN/2諧波。

Q1電動機在紋波測試中上升時出現(xiàn)“M”波形，如圖1所示，電流發(fā)生了畸變，電動機出現(xiàn)力矩波動，車窗上升不平穩(wěn)，發(fā)生抖動或反轉。對10 600件電動機紋波性能圖像進行100%檢測，“M”波形發(fā)生數(shù)量為562件，不合格率達5.3%。

圖1 Q1電動機上升紋波圖像

1.2 用交叉試驗查找異常部位

電動機主要有刷架、定子、轉子、齒輪箱4個部分，如圖2所示。用Q1電動機和一個正常電動機做交叉試驗，可以快速準確地查找到異常部位，交叉試驗結果如表3所示。

圖2 電動機主要部件

表3 交叉試驗

試驗1將Q1電動機更換正常電動機轉子后進行紋波測試，紋波正常，說明原Q1電動機其他部分正常；試驗5將Q1電動機轉子裝入其他正常電動機內(nèi)進行紋波測試，紋波異常，說明Q1電動機轉子異常。試驗2說明Q1電動機除齒輪箱外其他部分有異常；試驗6說明Q1電動機齒輪箱正常。以此類推，綜合試驗1～試驗8的結果可以判定：電動機紋波性能異常是由轉子異常導致的。用Q2、Q3做相同的交叉實驗，結果相同。

1.3 對轉子尺寸進行測定

從交叉實驗看出，不良產(chǎn)品Q1電動機轉子存在異常。對Q1電動機的轉子尺寸進行測試，測試結果如表4所示，轉子除換向器出現(xiàn)明顯斷差不良外，其他尺寸均符合要求。

表4 Q1電動機轉子的測試結果

測量的輪廓根據(jù)最小二乘法計算出基準圓，所有的毛刺和凸起離開基準圓的最大距離為換向器圓度；換向器相鄰2個換向片外輪廓的高度差為換向器的斷差。采用專用圓度測量儀檢測發(fā)現(xiàn)Q1電動機換向器圓度誤差為2.9 μm，Q1電動機換向器存在明顯斷 差2.9 μm（如圖3），Q2、Q3電動機情況相同。

圖3 Q1電動機存在明顯斷差

Q1電動機更換良好的轉子后進行紋波檢測，圖形正常，可以再次驗證是轉子的問題，紋波性能不良由轉子換向器出現(xiàn)的斷差過大導致。

2 故障原因分析及改進措施

2.1 故障原因分析

如圖4所示，換向器的加工過程有切削、清掃、打磨、再清掃、性能（片間電阻）檢測、紋波性能檢測等過程。導致?lián)Q向器出現(xiàn)斷差過大的原因有很多，從人員、設備、物料、方法進行分析，其原因可能有：操作人員技能不足；換向器毛坯尺寸異常；生產(chǎn)工藝不合理；換向器打磨工程未能對斷差進行有效打磨；換向器切削工程造成轉子斷差；電動機性能檢查設備無法識別。

逐一驗證分析，生產(chǎn)線為自動化生產(chǎn)線，如圖5（a）所示，換向器切削狀態(tài)由設備進行控制，生產(chǎn)線人員不對產(chǎn)品進行直接操作，故生產(chǎn)線人員技能及作業(yè)方法不會導致?lián)Q向器切削斷差異常。

對換向器毛坯單品上、中、下3個部位外徑和圓跳動進行尺寸檢測，從檢測結果看，全部符合要求。

對比2 s（目前打磨時間）、4 s、5 s三種時間打磨效果看，換向器打磨工程對斷差不良沒有明顯改善效果。

電動機紋波特性機沒有對電動機FUN/2次諧波波形進行檢測，沒有該項檢測數(shù)據(jù)，所以對不良電動機不良狀態(tài)不能進行有效識別，屬于流出原因，后續(xù)改造增加檢測項目，本文不做重點介紹。

從以上分析，逐一排除，可以推斷是轉子換向器切削工程導致斷差不良產(chǎn)生。

2.2 車削加工誤差分析

先更換進口刀具，實踐證明兩種刀具切削后換向器斷差無明顯改善。

圖5（a）為換向器轉子切削加工自動化生產(chǎn)線，圖5（b）為換向器切削加工俯視示意圖，將待加工轉子放在V型支架上，皮帶由電動機驅動，將傳動皮帶逐漸靠近轉子，使傳動皮帶與轉子鐵芯外圓產(chǎn)生壓力摩擦實現(xiàn)轉動[2]，刀具按照指示方向運動實現(xiàn)切削。

圖5 換向器切削加工

刀具沿圖示方向進給的過程中對轉子有徑向的推力，背吃刀量越大，背向力越大。背向力較大時，會造成轉子在V型支架內(nèi)受力變形，會導致不同截面因切削量不同而造成直徑不同，造成某些轉子換向器斷差大。

2.3 換向器加工工藝改進

切削力的大小主要有解析表達式和經(jīng)驗公式兩種表示方式[3]。由于切削過程復雜，用切削力的解析表達式計算切削力的大小不僅繁瑣，而且計算結果與實際結果符合度較差[4]，因此實際應用中常常采用經(jīng)驗表達式來計算切削力[5]。車削切削力中，背向力Fp與各影響因素之間的關系式為

式中：CFp為決定于加工材料和切削條件的系數(shù)[6]；xFp為背吃刀量ap的指數(shù)；yFp為進給量f的指數(shù)；zFp為切削速度v的指數(shù)；KFp為實際加工條件與所求得的經(jīng)驗公式的條件不符時，各種因素對切削力的修正系數(shù)的積[7]。

為了減小切削力，減小背吃刀量、進給量、切削速度均可實現(xiàn)。但切削速度的改變會影響刀具耐用度和勞動生產(chǎn)率，進給量的改變會影響表面粗糙度和刀具耐用度。為了不影響勞動生產(chǎn)率，在粗車時仍然采用一次走刀。在其他條件不變的情況下，減小背吃刀量，即可減小徑向切削力，通過正交試驗法確定了新方案，調整前后方案如表5所示，切削尺寸調整前后生產(chǎn)圖片如圖6所示。

圖6 切削尺寸調整前后生產(chǎn)圖

采用電樞數(shù)控車床，自動生產(chǎn)實用工藝參數(shù)如下：換向器直徑為15.1 mm，粗車切削速度為1350 r/min，粗車時進給量為75 mm/min，精車切削速度為1350 r/min，精車時進給量為70 mm/min。

刀具采用人造金剛石，刀具幾何角度如下：粗車刀具前角為15°，后角為5°，主偏角為90°，副偏角為10°，刃傾角為0°；精車刀具前角為20°，后角為10°，主偏角為93°，副偏角為15°，刃傾角為0°。

按上述工藝參數(shù)加工5個產(chǎn)品，經(jīng)檢測，換向器尺寸仍然滿足切削外徑最小φ14.7 mm的要求，圓度及斷差均在合格范圍內(nèi)，檢測數(shù)據(jù)如表6所示，產(chǎn)品序號8斷差如圖7所示。

圖7 產(chǎn)品序號8斷差1.3 μm

表6 調整方案切削前后斷差檢測數(shù)據(jù) μm

3 實際驗證情況

將調整后方案新生產(chǎn)的5個產(chǎn)品組裝電動機進行紋波特性測定，均無“M”波形，如圖8所示。

圖8 產(chǎn)品序號8切削后的上升波紋圖形

小批量生產(chǎn)100件產(chǎn)品，將新生產(chǎn)的100個轉子組裝到電動機上后，測定紋波性能，測定結果為全部合格。圖9為隨機選取的測試結果波形圖像。

圖9 隨機選取的測試產(chǎn)品上升波形圖像

對后期批量生產(chǎn)的29 600 件產(chǎn)品進行選別，選別數(shù)量為10 600 件，不良產(chǎn)品數(shù)量為31 件，不良產(chǎn)品發(fā)生率為0.29%，電動機產(chǎn)品合格率已大大提高；未選別數(shù)量為19 000件，可能發(fā)生不良數(shù)量為55件。

4 結語

通過減小換向器斷差，改變了車窗電動機紋波不良現(xiàn)象，有效解決了車窗上升過程中的抖動和誤降問題。對換向器加工中的背吃刀量進行調整，經(jīng)實際生產(chǎn)驗證，大大提高了電動機產(chǎn)品合格率，不良產(chǎn)品率僅為0.29%。電動機換向器加工過程中，背吃刀量對零件橫向推力影響較大，影響換向器斷差大小，在加工參數(shù)選取時應重點考慮。