新能源汽車電動機軸內花鍵加工工藝與檢測分析

羅應濤

摘 要：電動機軸內花鍵是實現轉子與軸同步運轉的重要結構，會直接影響新能源汽車質量。文章研究新能源汽車內電動機軸內花鍵結構、參數、加工工藝、檢測方法，以保障內花鍵的規格參數、結構強度符合要求。研究結果表明，結合實際應用要求，合理選型布局，確定結構參數，加以數據檢驗和檢測，能夠確保電動機軸內花鍵質量滿足要求，抗疲勞壽命符合標準。

關鍵詞：新能源汽車 電動機軸 內花鍵 加工檢測

1 引言

新能源汽車于近些年快速發展，具有良好的節能、減排效果。電動機作為汽車主要元件，其質量是影響汽車行駛壽命和性能的關鍵，主軸轉速通常在10000r/min左右。內花鍵結構內主要傳動裝置，對加工精度、結構質量要求較高，承載傳遞扭矩力和動力作用。企業在生產加工中，應注重內花鍵加工工藝的選擇和優化，并開展花鍵質量參數檢測，以確保強度、精度滿足要求。

2 電動機軸內花鍵的作用及結構參數

2.1 內花鍵作用

能源汽車電動機軸內花鍵是連接電動機轉子和軸的重要部件。它的作用是固定轉子在軸上，使其能夠與軸同步旋轉，同時傳遞電動機的扭矩和動力。具體來說，軸內花鍵通過與轉子上的槽相配合，使轉子和軸之間形成一個緊密的連接，防止轉子在工作過程中產生滑動或脫離軸的情況。軸內花鍵通常由高強度材料制成，具有良好的抗剪強度和耐磨性。它的設計和加工精度要求較高，以確?；ㄦI與轉子槽的匹配度和連接可靠性。在電動機工作時，軸內花鍵承受著較大的力和扭矩，因此需要經常檢查和保養，以確保其正常工作[1]。

總之，新能源汽車電動機軸內花鍵的作用是固定電動機轉子在軸上，實現轉子與軸的同步旋轉，并傳遞扭矩和動力。它是電動機正常工作的重要組成部分。

2.2 內花鍵結構及參數

能源汽車電動機軸內花鍵的結構組成包括軸、花鍵、轉子和槽等，軸是花鍵的基礎部分，通常由高強度材料制成，如合金鋼或不銹鋼。軸的設計和加工精度要求較高，以確?；ㄦI與軸的匹配度和連接可靠性?；ㄦI是連接軸和轉子的關鍵部件，通常是一個長方形或梯形的凸起結構。它與轉子上的槽相配合，形成一個緊密的連接，防止轉子在工作過程中產生滑動或脫離軸的情況?；ㄦI通常由高強度材料制成，具有良好的抗剪強度和耐磨性。轉子是電動機的旋轉部分，通過軸和花鍵與軸連接。轉子通常由多個磁極和繞組組成，通過電流產生磁場，并與定子相互作用，實現電動機的運轉。轉子的重量和平衡性對花鍵的設計和選擇有一定的影響。槽是轉子上用來容納花鍵的凹陷結構。槽的形狀和尺寸需要與花鍵相匹配，以確?；ㄦI能夠正確插入槽中，并形成緊密的連接。槽的設計和加工精度也對花鍵的安裝和連接起著重要作用。

花鍵在結構中的主要技術參數應得到良好控制，以某企業生產的電動機軸內花鍵為例，其棒間距應控制在21.3mm左右，全跳動參數為0.04mm，齒數量為20，漸開線起始圓直徑為25.9mm，齒槽寬度在2.5mm左右，變位系數為0.36，標準壓力角為30°?；谏鲜鰠档倪x擇，對內花鍵進行加工處理，使得其結構和參數滿足實際應用的要求，質量滿足標準。

3 電動機軸內花鍵加工工藝選擇應用

3.1 工藝類型及選擇

新能源汽車電動機軸內花鍵的工藝分類主要根據制造方法和材料的不同進行劃分。按照加工工藝，可將其分為冷擠壓工藝、熱擠壓工藝、銑削工藝、激光切割工藝等。冷擠壓是將金屬材料通過模具施加壓力，使其在室溫下變形成型的工藝。這種工藝能夠實現高效率、高精度生產，適用于批量生產和大規模生產。冷擠壓花鍵的優點是材料利用率高、工藝穩定性好，但需要專用設備和模具。熱擠壓是將金屬材料加熱至一定溫度后，在模具中施加壓力進行變形成型的工藝。這種工藝能夠實現高精度、高強度的花鍵制造，適用于對材料性能要求較高的情況。熱擠壓花鍵的優點是材料均勻性好、耐磨性強，但設備和能源消耗較大。銑削是通過銑床等設備將材料切削成所需形狀的工藝。這種工藝適用于小批量生產和個性化制造，能夠實現復雜形狀的花鍵加工。銑削花鍵的優點是加工精度高、表面質量好，但加工周期較長。光切割是利用激光束對材料進行切割的工藝。這種工藝適用于小批量生產和個性化制造，能夠實現高精度、無接觸的花鍵加工。激光切割花鍵的優點是加工速度快、無污染，但設備和能源消耗較大[2]。

在加工工藝選擇上，需要考慮到加工要求和所使用的材料，在批量生產中，大都采用熱處理工藝，在單個樣品的生產及加工之中，多使用銑削工藝。本文為達到精度要求，在新能源汽車電動機軸內花鍵加工時使用冷擠壓制坯+洗消工藝，以確保精度能夠滿足標準要求，具體加工工藝流程如圖1所示。

3.2 冷擠壓制坯工藝

為確保內花鍵的擠壓、拉削、淬火等過程中能夠確保加工元件的硬度能夠滿足質量要求，選擇投入應用的材料為20CrMo合金鋼，硬度指標接近160HBS。在下料期間，控制下料的厚度在22mm左右，隨后在車床上加工處理，將其擠壓制作成為40×20mm的坯餅，并保持材料表面的粗糙度在12um以內。冷擠壓處理過程中選擇的設備為油壓機，設備采納數為500t，在擠壓之前，在鋼坯的表面涂抹一定量的磷酸鹽，并涂抹一定量的硬脂酸肥皂，確保材料表面的光滑程度，經過擠壓之后得到毛坯。隨后，對其進行拉削處理。

3.3 內花鍵拉削工藝

為確保內花鍵在電動機軸內具備良好的同軸度，且尺寸參數和精度參數可以滿足要求，使用精密拉削加工工藝，加工合金鋼原材料。利用拉刀設備刀齒確保加工精度。在拉削加工期間，將高強度的合金鋼材料放置到特定的位置，并根據設計要求和軸的尺寸，確定花鍵的形狀和尺寸。本次加工的花鍵為長方形的凸起結構。準備拉削機床和相應的刀具，檢驗并確保設備和刀具的狀態良好，以保證加工質量。安裝工件時，將軸安裝在拉削機床上，并固定好，并根據花鍵的位置和尺寸要求，調整刀具的位置和角度，確保刀具與軸的接觸面平整。啟動拉削機床，使刀具與軸接觸，并沿著花鍵的方向進行拉削?？刂萍庸に俣群蜕疃?，以確保加工質量。完成拉削加工后，使用測量工具檢查花鍵的尺寸和表面質量。確?；ㄦI符合設計要求。完成加工初步檢驗之后，清潔加工后的軸和設備，及時清除切屑和油污。拉削處理過程中的拉削速度、壓力、行程等均會影響到加工的質量，控制拉削速度為15mm/s，壓力參數控制在8KN左右，拉削時間在10s左右。拉削期間使用植物菜油作為切削液，以確保拉削期間不會對刀具造成較大的磨損。

拉削加工期間，車床加工尺寸單向公差最大值控制在0.03mm左右，為保持內齒全跳動，在中心孔位置夾持外圓，跳動參數控制在0.01mm以內。且在夾持拉削期間，為確保定位的準確度，避免夾持面及頂尖孔位置存在臟污垢等，加工前將外圓跳動打標精度控制在0.01mm以內[3]。

3.4 底孔加工工藝

電動機軸內花鍵加工期間，刀具的前導向和后導向與底孔位置接觸。內花鍵槽底孔的尺寸、形狀、精度需要滿足加工制作的要求，并切實保持加工過程中內花鍵漸開線的同軸度。加工過程中，孔深為60mm，直徑參數為6mm，屬于深孔加工方式，需要在密封的環境下對其進行處理。但在拉削加工期間，受加工環境的影響，導致其存在渣屑排出困難，潤滑難以保持的問題。因此，在加工工藝應用期間，嚴格控制精度，并切實保障排屑要求，采用立式加工的方法，設置冷卻系統，使得冷卻液可以達到刀尖位置，起到消除加工熱量及排除切割屑的作用，將渣屑從槽內排出孔外，以確保加工的質量滿足要求。在加工期間，增加導向孔，減少深孔鉆削期間刀具可能產生形變的情況，以確保深孔加工的精度能夠滿足要求。

3.5 拉刀設計加工應用

內花鍵加工期間，槽型尺寸和精度受刀具影響較大，拉刀的結構設計及參數設計是確保加工精度能夠滿足應用要求的關鍵。本次對電動機軸內花鍵的加工使用專用刀具，設置整體結構，刀具的組成包括拉桿、前導向、后導向、刀齒等，該結構設計主要確保加工期間內花鍵同軸度滿足要求，分別為精、粗、修正、容屑四類，確保能夠有效處理加工期間所產生的渣屑。拉削工藝應用期間，很難將渣屑排出，且冷卻較為困難，在加工摩擦生熱期間，可能會導致內花鍵結構尺寸出現形變的問題，且產生的應力也會影響到刀齒的結構。因此，在刀齒材料的選擇上，使用粉末冶金高速鋼，該類鋼材具有很強的韌性，且具有良好的耐磨屬性，形變量較小，加工精度較高，將其作為拉刀材料應用具有良好的適應性。內花鍵鍵槽的加工，受刀齒的影響較大，齒量、齒距、齒寬等參數會直接影響到最終加工的精度參數，且會影響到加工期間的拉削力。加工期間的齒升量越高，則產生的切屑量也越多。在加工過程中，考慮到拉削加工的應用要求，對刀齒的加工切削參數進行控制[4]。

粗加工的齒升量為0.05mm，前角和后角分別為12°和2°，齒刀刃帶寬度為0.15mm。精加工的刀齒齒升量為0.02mm，前角和后角的度數分別為12°和2°，韌帶寬度為0.15mm。修正加工的刀齒徑量為0，前角和后角的參數與粗加工和精加工相同，刃帶寬度為0.3mm。

4 電動機軸內花鍵檢測方法及結果

4.1 檢測方法

電動機軸內花鍵檢測包括精度測量、強度測試等，主要檢測其是否能夠滿足實際應用的基本要求。在對花鍵檢測之前，使用目視或觸摸的方式檢查花鍵的表面質量，包括表面光滑度、無明顯劃痕或凹陷等。必要時使用顯微鏡或放大鏡等工具進行詳細檢查。完成初步檢驗之后，使用工具對元件進行棒間距檢測、強度測試、配合度檢測等，以確保其可以良好應用到新能源汽車的電動機之中，發揮良好的傳動作用。檢測采用抽樣檢測的方法，對工件的相關性能參數進行明確，具體的檢測內容如下。

4.2 棒間距檢測

棒間距檢測是對花鍵的間距進行測量和檢查，以確?；ㄦI的位置和間距符合設計要求。棒間距檢測主要應用到首檢測和抽檢項目之中。由于加工過程中涉及淬火、冷卻等環節，可能會導致結構出現形變的問題，為確保經過熱處理后的元件形變量能夠滿足標準的要求，采用棒間距檢測方法，驗證加工工藝效果。在棒間距檢測期間，使用測量桿對準刻度位置，并保持環規的穩定性，緩慢移動檢測工具，并對比千分表內的數值，將其與環規校準值相對應。隨后，對內花鍵的棒間距進行測定，根據齒花鍵，選擇與軸線方向相一致的齒位置作為測量點，確定每個齒點的測量位置。測量爪對準測量位置之后，將其插入，敲擊測量高后保持最大值，讀出測量值。每個內花鍵測量點數為3個，每間隔兩齒測量1次，記錄數據。測量過程中，需要將花鍵之中的油污、渣屑等清除干凈，測量過程中保持檢測工具的清潔程度。采用上述方法測量之后，棒間距的散差最大值為0.028mm，最小值為0.012mm，散差值滿足標準的0.071mm要求，加工尺寸的精度得到保障[5]。

4.3 粗糙度檢測

電動機軸內花鍵加工粗糙度檢測是為了評估花鍵表面的光滑程度和粗糙度，以確保加工質量。選擇適合的測量工具，比較常用的粗糙度檢測工具為表面粗糙度儀、光學顯微鏡或觸摸式表面粗糙度計等。本次測量所使用的工具為觸摸式表面粗糙度計。準備好粗糙度檢測工具之后，對內花鍵進行固定，將軸安裝在適當的位置，并固定好，使用測量工具，在花鍵表面進行測量。將測量工具放置在花鍵表面，確保工具與表面接觸并垂直于軸。將測量結果記錄下來，包括表面粗糙度的數值和單位，隨后將測量結果與設計要求進行比對，判斷花鍵的粗糙度是否符合要求。根據粗糙度檢測結果，工件的表面粗糙度數值為0.4um，槽表面的粗糙度數值是0.8um，工件最終加工的粗糙度滿足要求。

4.4 結構性檢測

結構性檢測是檢測結構連接緊密性的方法，本項目主要用于檢測花鍵與軸之間的配合度，以及雙方連接的穩定性。檢測期間使用專用配合度測試工具，將花鍵和軸準備好，經過棒間距檢測后，確保它們的尺寸和形狀符合設計要求，將花鍵插入軸上的槽中，確保插入的深度和位置正確。插入深度控制在6mm左右，觀察花鍵插入軸槽的緊密程度和穩定性。如果插入過松或過緊，可能需要調整花鍵或軸的尺寸。將每個花鍵與軸的配合度測試結果記錄下來，包括插入深度、穩定性等信息。最終檢測結果表明，花鍵與軸之間的連接緊密度良好，且穩定性能夠滿足要求，可應用到新能源汽車的電動機傳動軸之中。

4.5 強度檢測

電動機軸內花鍵加工強度檢測是為了評估花鍵與軸之間的連接強度，以確保其能夠承受預期的工作負荷。本次檢測應用常規檢測方法，分別使用拉力試驗機、扭矩計或剪切試驗機等設備，檢測元件的扭矩力、抗拉力、抗剪切力。檢測過程中，使用測試設備施加力或扭矩到花鍵與軸之間的連接處。根據設計要求，施加適當的力或扭矩，并記錄施加的數值。在施加力或扭矩的同時，觀察花鍵與軸之間的連接狀態。檢查是否有松動、變形或斷裂等現象。將每個花鍵與軸的連接強度測試結果記錄下來，包括施加的力或扭矩數值以及連接狀態的描述。將測試結果與設計要求進行比對，判斷花鍵與軸的連接強度是否符合要求。檢測結果表明，其最大抗拉強度為1725MPa，最大抗拉力強度為1829MPa，扭矩力最大值4620N，可滿足應用要求。

5 結論

綜上所述，新能源汽車電動機軸內花鍵的結構組成包括軸、花鍵、轉子和槽等部分，各部分相互配合，實現電動機良好運轉。在加工期間，應采用合理的加工工藝，注重結構參數的控制與優化，并做好內花鍵的全方位檢測工作，以確保內花鍵使用質量、性能良好，各加工參數誤差在標準范圍內，實現內花鍵精良加工，確保新能源汽車電動機結構運行穩定。

參考文獻：

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