電驅(qū)動(dòng)技術(shù)是全球從化石燃料向可再生能源過(guò)渡戰(zhàn)略的重要舉措。到2030年,全球電動(dòng)乘用車(chē)的比例預(yù)計(jì)將達(dá)到新注冊(cè)乘用車(chē)的55%。盡管歐盟在2035年后將繼續(xù)允許內(nèi)燃機(jī)和電子燃料汽車(chē)注冊(cè),但未來(lái)大部分汽車(chē)將是純電動(dòng)汽車(chē)。這將對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。KLINGELNBERG(克林貝格)公司提供了廣泛的產(chǎn)品組合,以實(shí)現(xiàn)成功過(guò)渡。
電動(dòng)汽車(chē)正在進(jìn)軍大眾市場(chǎng)。輕型電動(dòng)商用車(chē)總擁有成本更低,特別是在當(dāng)?shù)氐呐渌蜆I(yè)務(wù)中,有望取代內(nèi)燃機(jī)同類(lèi)產(chǎn)品。重型電動(dòng)卡車(chē)和燃料電池卡車(chē)進(jìn)入大眾市場(chǎng)還需要一段時(shí)間。這些車(chē)輛仍然面臨著某些挑戰(zhàn),比如電池笨重、費(fèi)用昂貴、充電時(shí)間長(zhǎng)。此外,圍繞氫氣罐和儲(chǔ)存技術(shù)的問(wèn)題尚未得到很好解決。
電動(dòng)汽車(chē)的最高質(zhì)量要求
在向電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡的過(guò)程中,傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化。多齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)正在向單速傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變,電機(jī)可以覆蓋更廣的速度范圍。錐齒輪正在被圓柱齒輪所取代,后者效率更高,E-Axle更緊湊,生產(chǎn)效率更高。
與此同時(shí),對(duì)圓柱齒輪的質(zhì)量要求也在不斷提高。由于沒(méi)有了內(nèi)燃機(jī)噪聲的掩蓋,傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪噪聲問(wèn)題變得更加突出。因此,需要使用新一代的機(jī)械設(shè)備來(lái)制造數(shù)量更少的傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪。為此,KLINGELNBERG(克林貝格)公司提供了先進(jìn)的技術(shù)和解決方案,使客戶(hù)不僅在齒輪制造和質(zhì)量監(jiān)控方面都能“適應(yīng)未來(lái)”。
圖1:由Speed Viper、CompactLoader
和R300組成的KLINGELNBERG(克林貝格)生產(chǎn)單元
齒輪制造:Speed Viper展成磨削
為了滿(mǎn)足乘用車(chē)齒輪的最高質(zhì)量要求,作為可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量和產(chǎn)量最佳組合的工藝,展成磨削經(jīng)過(guò)了硬精加工的反復(fù)測(cè)試。
圖2:配備兩個(gè)磨削蝸桿的Speed Viper(拋光磨削)
KLINGELNBERG(克林貝格)公司H?fler Speed Viper系列圓柱齒輪磨齒機(jī)是這一領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)者。配有集成工件交換裝置的Speed Viper 300 磨齒機(jī)能夠加工各種電動(dòng)汽車(chē)變速箱工件,適用于廣泛的工件尺寸范圍。最大的部件(通常是差速器齒圈)在乘用車(chē)中的直徑為220 mm左右,在輕型商用車(chē)中的直徑為280 mm。
Speed Viper2 80和180針對(duì)較小工件進(jìn)行了優(yōu)化。與Speed Viper相比,它們配有兩個(gè)工件主軸,可減少非生產(chǎn)時(shí)間,進(jìn)一步提高了磨削時(shí)間短和更換頻繁的工件的生產(chǎn)效率。在切削速度高達(dá)100 m/s的情況下,磨削可實(shí)現(xiàn)最高生產(chǎn)效率。Speed Viper系列都可以輕松實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。例如,使用作為套件一部分的CompactLoader,可與其他自動(dòng)化供應(yīng)商兼容。
Speed Viper是高質(zhì)量的代名詞,其穩(wěn)定和堅(jiān)固的機(jī)床設(shè)計(jì)和減震礦物鑄件床身可確保亞微米范圍內(nèi)的高工藝穩(wěn)定性和重復(fù)性。
該軟件支持常見(jiàn)的噪聲優(yōu)化生產(chǎn)工藝,高效齒輪拓?fù)淠ハ鳠o(wú)扭曲齒輪。通過(guò)“安靜表面平移(QSS)”工藝,可以抑制可能導(dǎo)致車(chē)內(nèi)噪聲激發(fā)的常規(guī)磨削結(jié)構(gòu)。
拋光和精磨工藝可確保齒面的光滑度,從而優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。Speed Viper系列通過(guò)200 mm寬的磨削蝸桿發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。即使使用分段式砂輪進(jìn)行拋光磨削,Speed Viper也能在每個(gè)修整周期內(nèi)磨削大量的組件。這有助于消除在生產(chǎn)效率和質(zhì)量之間的矛盾,Speed Viper同時(shí)兼顧了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。
同時(shí),拋光為汽車(chē)制造商提供了以下兩個(gè)優(yōu)勢(shì):首先,光滑的表面可提高齒面載荷能力,從而延長(zhǎng)使用壽命,使傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更緊湊,功率密度更高。其次,它還能提高傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。在電動(dòng)汽車(chē)中,不僅能降低功耗,還能在保持相同續(xù)航里程的情況下減小電池尺寸。由于電池的成本較高,通過(guò)這種方式節(jié)省下來(lái)的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)額外拋光所需的費(fèi)用。
監(jiān)測(cè)質(zhì)量…………滾動(dòng)檢測(cè)
電動(dòng)汽車(chē)中的齒輪噪聲被認(rèn)為是一種干擾。由于需要確保電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)盡可能保持安靜,生產(chǎn)和監(jiān)測(cè)高質(zhì)量齒輪變得越來(lái)越重要。如果在安裝后發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲,這將會(huì)帶來(lái)昂貴的改造費(fèi)用。
圖3:HOEFLER(霍夫勒)R300
圓柱齒輪滾動(dòng)檢測(cè)機(jī)內(nèi)視圖
HOEFLER(霍夫勒)R 300圓柱齒輪滾動(dòng)檢測(cè)機(jī)(“齒輪噪聲探尋者”)開(kāi)始發(fā)揮作用。R 300 在一臺(tái)機(jī)床中提供了四種常用的滾動(dòng)檢測(cè)方法,包括經(jīng)典的雙齒面嚙合檢測(cè)方法、現(xiàn)代的單齒面嚙合檢測(cè)方法,以及結(jié)構(gòu)噪聲和扭矩加速檢測(cè)等周期優(yōu)化方法。
特別是后三種方法,可以在磨齒機(jī)的周期時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出與噪聲特性相關(guān)的齒輪偏差。
圖4:HISPEED OPTOSCAN 光學(xué)傳感器
“R300在工藝鏈的最初環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)‘噪聲’大的齒輪?!?nbsp;滾動(dòng)檢測(cè)中心負(fù)責(zé)人Alexander Landvogt博士解釋道?!斑@既降低了廢品率,也減少了因傳動(dòng)系統(tǒng)最終驗(yàn)收測(cè)試不成功而產(chǎn)生的后續(xù)成本。它還可以更大限度地減少現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛的異常噪聲?!?/span>
此外,滾動(dòng)檢測(cè)結(jié)果可以快速反饋磨削過(guò)程中的加工缺陷,并進(jìn)行修正或操作員干預(yù)(例如:修整或閉環(huán)修正),以免生產(chǎn)出更多不良零件。
……齒輪測(cè)量
由于質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)格,測(cè)量顯得越來(lái)越重要。在這方面,KLINGELNBERG(克林貝格)公司通過(guò)精密測(cè)量中心(P 系列)提供支持服務(wù)。除了在測(cè)量室進(jìn)行常規(guī)測(cè)量外,精密測(cè)量中心還具有隔振和溫度補(bǔ)償功能,可直接在車(chē)間進(jìn)行測(cè)量。這有助于減少了廠內(nèi)運(yùn)輸?shù)男枨?,從而精?jiǎn)生產(chǎn)流程。此外,它還縮短了齒輪從制造到測(cè)量之間的時(shí)間,使生產(chǎn)機(jī)床能夠快速修正。
“Done-in-One”理念……
除了齒輪測(cè)量之外,KLINGELNBERG(克林貝格)公司的“Done-in-One”理念還可以測(cè)量其他尺寸和位置公差。這大大減少了測(cè)量室內(nèi)操作次數(shù)和不同測(cè)量系統(tǒng)。由于采用了專(zhuān)為電動(dòng)汽車(chē)需求而開(kāi)發(fā)的粗糙度測(cè)針,它可以測(cè)量和評(píng)估拋光表面質(zhì)量。自動(dòng)測(cè)針更換裝置可以高效地完成整個(gè)測(cè)量過(guò)程,無(wú)需操作員干預(yù)。
圖5:粗糙度測(cè)量 圖6:GDA 分析
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……混合測(cè)量
為了滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的測(cè)量需求,KLINGELNBERG(克林貝格)公司研發(fā)了一項(xiàng)提高生產(chǎn)率的混合測(cè)量技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)加入光學(xué)傳感器擴(kuò)展了傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量技術(shù)。光學(xué)測(cè)量技術(shù)中心主任Markus Finkeldey總結(jié)了這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì):“光學(xué)系統(tǒng)是對(duì)我們精密測(cè)量中心能力的重要補(bǔ)充。它可以加快測(cè)量速度,在不影響質(zhì)量的前提下提高產(chǎn)量?!?/span>
總結(jié)與齒輪偏差分析
對(duì)于噪聲敏感的電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng),傳統(tǒng)的齒輪特性已無(wú)法提供有關(guān)車(chē)輛齒輪噪聲特性的信息。因此,對(duì)齒輪質(zhì)量的評(píng)估不應(yīng)僅僅依據(jù)傳統(tǒng)的測(cè)量報(bào)告和統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC)。為了找到齒輪噪聲的根本原因,需要使用齒輪偏差分析(GDA)軟件來(lái)檢查齒輪的結(jié)構(gòu)和波形,并模擬由此產(chǎn)生的激勵(lì)階次。