淺談汽車變速箱振動故障分析與診斷

丁帥

摘 要：本文主要圍繞汽車變速箱振動故障分析以及診斷展開剖析，進而在此基礎上對變速箱的實驗檢測系統(tǒng)組成、變速箱震動信號、變速箱殼體振動特征進行簡要的分析。筆者希望通過以上內(nèi)容層面的分析，來提升汽車變速箱震動的安全性。

關(guān)鍵詞：汽車；變速箱；震動故障；分析；診斷

引言：汽車當中尤為重要的組裝硬件是發(fā)動機與變速箱，在汽車行駛的過程當中不論一個受到損傷或者是產(chǎn)生故障，到會造成不可挽回的后果。發(fā)動機故障是駕駛?cè)藛T在駕駛之中的常見問題，進而對其故障的原由都較為了解，在發(fā)動機產(chǎn)生故障儀表盤的發(fā)動機故障燈就會點亮，進而提醒駕駛?cè)藛T注意發(fā)動機的狀況。但是駕駛?cè)藛T對于變速箱的接觸較少，進而對其缺少應有的應對知識，此外汽車變速箱是一個自由多變的彈性震動系統(tǒng)，其在應用中易受到各種激振力，進而促使變速箱本身發(fā)生復雜振動，同時在高速的運作之下變速箱極其容易發(fā)生振動故障，基于此筆者對汽車變速箱振動故障進行分析于診斷。

1.實驗測試系統(tǒng)組成

汽車變速箱的測試系統(tǒng)如下圖1所示，同時在測試系統(tǒng)當中對于測試點的布置要始終堅持以下幾點原則：第一，能在變速箱產(chǎn)生形變之后，對實驗頻段之中所進行的全部模擬形態(tài)的變形特征進行闡述于展示；第二，確保變速箱振動故障位置的周圍包含一個或者幾個測試點，同時在變速箱殼體之上還要準確的放置63個結(jié)構(gòu)點視作響應點，此外在每個不同的測試組當中包含10個結(jié)構(gòu)點，每個結(jié)構(gòu)點需要沿著橫向、軸向以及垂向三個方向進行測量，共計算出190個測量振動信號數(shù)據(jù)，總共會被劃分為七個小組同時進行有效的測試，而實際變速箱現(xiàn)場測試部分測試點分布如下圖2[1]。

2.變速箱振動信號分析

2.1 振動信號分析

變速箱測試振動信號是利用的三維功率譜，這是由于三維功率譜在利用中能充分的了解振動能量的實際頻率分布，進而在變速箱的基礎上避免振動對其的干擾，并減少振動所產(chǎn)生的破壞能量。同時在分析中，可以運用時域分析，同時經(jīng)過時域分析變速箱的振動信號，筆者發(fā)現(xiàn)：當信號時域位置初中二檔的狀況下，布置在中箱左側(cè)的3號測試點（27.69克），而布置在中箱右側(cè)的5號測試點（44.32克）以及布置在后箱右側(cè)的9號測試點（20.1克），同時水平方向加速度信號幅值處于27.57克、44.32克、20.1克，并且在分析之中幅值遠遠大于其他時域的測點方向信號，當中的差距不超過3.25克，如若對振動信號分析呈現(xiàn)以上的信息內(nèi)容，進而初步診斷出：變速箱的中后箱振動響應較為凸現(xiàn)[2]。

通過三維功率譜的分析可以得出以下結(jié)論：當在二檔情況下，5號的傳感器最大的功率譜幅值控制在1233加速度譜密度，而3號與9號傳感器當中出現(xiàn)的最大功率譜幅值也達到了402.2加速度譜密度與102.5加速度譜密度，此外3號、5號與9號傳感器之中的水平方向振動功率譜幅值始終大于其他時域當中的測試點的功率譜幅值。通過以上的分析，可以明顯的感知到殼體水平方向上的振動能量是最為集中的，而其他方向的振動的能量相對而言較小，當最大振幅出現(xiàn)在變速箱達成實驗設計的最大轉(zhuǎn)速，進而穩(wěn)定一段時間之后，頻域分析的最大幅值與時域分析的最大值之間會形成對應關(guān)系。而在這個關(guān)系之中3號測試點與9號測試點之間功率譜密度最大幅值所對應的振動頻率分別是1278赫茲、1325赫茲、1210赫茲。

2.2 變速箱振動特征分析

要確定汽車變速箱振動故障，需要在原來的基礎山對變速箱運行的實際狀態(tài)進行分析，而主要分析的因素是：引發(fā)變速箱殼體振動的原因。變速箱是由齒輪、軸承、箱體、傳動軸等零部件構(gòu)成，筆者對變速箱振動故障的分析中經(jīng)過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，零部件損壞齒輪就占據(jù)了百分之六十，其余零部件由多到少分別是軸承百分之十九、軸百分之十、殼體百分之其，而其余的零部件占據(jù)百分之四。在此基礎上為進一步研究方向齒輪、軸承、軸、殼體振動特診的分析。實際測試時，一檔與R檔之間輸入的軸轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)每分，而旋轉(zhuǎn)的頻率為16.50赫茲。一檔與R檔之間的檔數(shù)輸入的轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)每分，而輸入的轉(zhuǎn)頻率為33.23赫茲，在此基礎上對齒輪參數(shù)進行嚴格的計算，得到的齒輪咬合頻率固定在120至650赫茲之間，而軸承頻率則固定在3至410赫茲之間，而這些數(shù)值與3號、5號、9號測點最大幅值處對應的振動頻率差距甚大，基于此汽車變速箱在運行中不會產(chǎn)生較為強烈的振動[3]。

3.變速箱殼體振動特征分析

為實現(xiàn)對變速箱殼體固體頻率的分析，由于變速箱的約束模式與現(xiàn)實的狀況更為接近，所以通過workbeneh仿真中，能對前殼與飛輪殼連接的11個螺栓孔以及2個后懸置安裝孔世家安全的約束，進而實現(xiàn)對變速箱殼體進行約束模態(tài)分析。通過分析獲得了變速箱在850至1500赫茲殼體的前六階段模態(tài)參數(shù)的頻率如下表1所示。進而筆者通過對表格中信息的對比發(fā)現(xiàn)在二檔的環(huán)境下，3號測點的功率譜密度實際是大于所對應的頻率1287赫茲，與變速箱殼體的第三階段模式的頻率1286赫茲式相當?shù)慕咏?號測試點的功率譜密度最大幅值與之對應的頻率為1350赫茲，其于變速箱殼體中的第四階模式的頻率1345赫茲相接近，這樣的頻率下有極大的可能性引發(fā)變速箱的振動，這也是導致汽車變速箱振動故障發(fā)生的因素。

4.結(jié)束語

綜上所述，在汽車變速箱振動發(fā)生故障可以通過時域進行分析，這是由于二檔工況環(huán)境下，變速箱的中后箱振動反應較為強烈，而通過對三維圖的分析，同樣在二檔工況環(huán)境下，變速箱水平方向的振動能源遠超其他方向的振動能量，而最大振幅出現(xiàn)在變速箱達到實驗設計的最大轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)每分且穩(wěn)定以后，所形成的頻域是最大幅值于時域分信息的最大幅值對應關(guān)系。此外，與振動相關(guān)的故障測點頻率對比發(fā)現(xiàn)，汽車變速箱當中的零部件并不是引發(fā)振動故障的最終因素，而是殼體的第三階以及第四階模態(tài)頻率所引發(fā)。

參考文獻：

[1]劉娟.汽車變速箱振動故障分析與診斷[J].河北農(nóng)機，2017，（10）：69-71.

[2]聶建華，楊振.基于廣義多重分形維數(shù)算法的汽車變速箱故障診斷研究[J].工業(yè)控制計算機，2014，（12）：51-52，55.

[3]岳曉峰，朱成偉.階次分析在變速箱故障診斷中的應用及其研究[J].自動化儀表，2015，（6）：8-11.