汽車變速器故障振動(dòng)診斷與檢測(cè)研究

黃守斌 趙宏磊

摘 要：汽車結(jié)構(gòu)和電子系統(tǒng)的完善同時(shí)也帶來(lái)了一些負(fù)面的影響，比如，如果電子系統(tǒng)發(fā)生故障，能否準(zhǔn)確快速的對(duì)其進(jìn)行故障檢測(cè)，得出故障類型，最后提出維修方案，對(duì)于專門(mén)的工程技術(shù)人員是一個(gè)很大的考驗(yàn)。為了解決上述問(wèn)題，這就需要提高工程維修人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和業(yè)務(wù)水平，需要引進(jìn)更加先進(jìn)的故障診斷理論知識(shí)與技術(shù)。這樣，現(xiàn)代汽車故障診斷技術(shù)就被提出來(lái)。本文在此基礎(chǔ)上主要分析了汽車變速器軸承故障振動(dòng)診斷與檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：汽車變速器；故障振動(dòng)；診斷；檢測(cè)

1 汽車變速器分析

市面上的汽車自動(dòng)變速器的形狀以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括廠牌型號(hào)并不是完全相同的，有些甚至存在著較大的差距，但值得注意的是這些不同品牌、不同形狀的變速器在組成上是基本相同的，都是通過(guò)兩部分即由液力變矩器和齒輪式自動(dòng)變速器組合起來(lái)的，加之常見(jiàn)的組成部分，包括液力變矩器、行星齒輪機(jī)構(gòu)等。依據(jù)汽車自動(dòng)變速器組成部分的功能，也可以將變速器分成液力變矩器、變速齒輪機(jī)構(gòu)、供油系統(tǒng)、自動(dòng)換擋控制系統(tǒng)和換擋操縱機(jī)構(gòu)等五大部分，這五個(gè)部分并不是孤立存在的，他們是有機(jī)地聯(lián)系在一起的，在汽車變速器中發(fā)揮著各自的作用。汽車變速器通過(guò)改變發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速等，來(lái)適應(yīng)汽車在起步、加速與行駛等時(shí)候克服各種道路障礙情況下的出現(xiàn)的不同行駛條件下，對(duì)于驅(qū)動(dòng)車輪牽引力與車速含有的基本需求。另外，變速器還可以在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方向不變的情況下對(duì)于汽車在倒擋行駛與啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以及汽車滑行或者是停車的時(shí)候使得發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)保持較好的分離結(jié)構(gòu)，在必要的時(shí)候還存在動(dòng)力輸出的功能。汽車變速器的結(jié)構(gòu)對(duì)于汽車的動(dòng)力性、燃料的經(jīng)濟(jì)性能、換擋操作的便捷性、傳統(tǒng)模塊的平穩(wěn)與效率等都具有較大的影響。

2 變速器振動(dòng)特性研究現(xiàn)狀

變速器通常由數(shù)對(duì)齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)，包含有齒輪、齒輪軸、同步器、軸承等零部件組成，由于設(shè)計(jì)、制造，以及裝配過(guò)程中存在的誤差和負(fù)荷的影響，引起向外輻射噪聲。從NVH觀點(diǎn)來(lái)看，變速器總成是一個(gè)多自由度彈性振動(dòng)系統(tǒng)，作用于該系統(tǒng)的各種激振力使變速器產(chǎn)生復(fù)雜振動(dòng)。變速器在運(yùn)行過(guò)程中，測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)中包含齒輪的嚙合頻率和不同軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，發(fā)生故障時(shí)其振動(dòng)信號(hào)在時(shí)域和頻域通常伴有如下特征：（1）周期性沖擊。變速器齒輪和軸承等零部件出現(xiàn)缺陷等故障時(shí)，其運(yùn)行過(guò)程中將對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生周期性沖擊，這種沖擊不斷地重復(fù)激發(fā)系統(tǒng)的固有振動(dòng)，在信號(hào)中呈現(xiàn)接近單邊振蕩衰減的響應(yīng)波形。（2）幅值調(diào)制和頻率調(diào)制。存在故障的齒輪在其嚙合頻率及諧波頻率上會(huì)有較大的振動(dòng)幅值。同時(shí)在嚙合頻率及其諧波附近存在調(diào)制作用的邊頻帶，邊頻間距即調(diào)制頻率可以是以下幾種：各個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)頻（包括輸入軸、輸出軸、中間軸）；外部轉(zhuǎn)速或負(fù)荷的波動(dòng)頻率；追逐齒頻率；當(dāng)變速器中同時(shí)存在兩種及以上故障時(shí)，調(diào)制頻率也可以是各種故障頻率之和或之差，也稱為中間頻率。

3 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)類型

滾動(dòng)軸承由四大元件組成，包括外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體和保持架。不同元件的振動(dòng)頻率不同，滾動(dòng)軸承發(fā)生局部故障時(shí)，故障軸承所在軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)或若干個(gè)沖擊力，使軸承系統(tǒng)產(chǎn)生周期性的自由衰減振動(dòng)，從而產(chǎn)生特定頻率的沖擊信號(hào)。滾動(dòng)軸承的振動(dòng)類型很多，導(dǎo)致軸承振動(dòng)的因素也很多，比如，有由于軸承本身剛性元件的存在而引起的振動(dòng)，有軸承的故障所引起的振動(dòng)等。本文將這些因素歸納為三大類：（l）由于軸承的變形而引起的振動(dòng)滾動(dòng)軸承可以看做一彈性體，在滾動(dòng)軸承工作時(shí)，滾動(dòng)體的承載力不斷變化使?jié)L動(dòng)軸承產(chǎn)生彈性變形，進(jìn)而導(dǎo)致沖擊振動(dòng)現(xiàn)象。（2）由于軸承的故障而引起的振動(dòng)在軸承長(zhǎng)期的工作過(guò)程中，各個(gè)元件不可避免的會(huì)發(fā)生局部損傷現(xiàn)象。隨著損傷的不斷累積，最后導(dǎo)致滾動(dòng)軸承發(fā)生故障，從而引起軸承的振動(dòng)。（3）由于軸承加工制造過(guò)程中引起的振動(dòng)在軸承的制造加工過(guò)程中，由于人為因素導(dǎo)致軸承的加工誤差、軸承的表面光潔度、裝配誤差超出允許的范圍值，從而引起軸承的振動(dòng)。

4 汽車變速器故障振動(dòng)診斷與檢測(cè)

在實(shí)際對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行故障診斷過(guò)程中，由于軸承的加工制造誤差、安裝不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐蓾L動(dòng)軸承的滾動(dòng)體在軸承內(nèi)外圈滾道上并不是做純粹的滾動(dòng)，而是帶有一定的滑動(dòng)現(xiàn)象。這一現(xiàn)象體現(xiàn)在故障信號(hào)的頻譜圖上就是信號(hào)的峰值對(duì)應(yīng)的故障特征頻率不是總和理論值相對(duì)應(yīng)的，而是有一定的偏差。因此，只要找到該特征頻率的近似值即可完成對(duì)該故障的診斷。隨著對(duì)低噪聲軸承的要求越來(lái)越高，對(duì)于軸承振動(dòng)的檢測(cè)要求也變得越來(lái)越高，這促進(jìn)市場(chǎng)上出現(xiàn)了很多種的滾動(dòng)軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x（以下簡(jiǎn)稱“測(cè)振儀”）。（1）機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置。軸承振動(dòng)是軸承的動(dòng)態(tài)性能，測(cè)量軸承振動(dòng)需要使軸承內(nèi)圈以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，軸承外圈保持不動(dòng)才能激勵(lì)軸承的振動(dòng)。如圖1所示，機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置就是保證能將軸承的振動(dòng)激勵(lì)出來(lái)，主要包括主軸部分和軸向加載兩部分。主軸部分是由伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸繼而再使軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)起來(lái)，軸向加載部分有3個(gè)橡膠觸頭抵在軸承外圈上，通過(guò)調(diào)節(jié)加載按鈕改變加載載荷的大小，使外圈相對(duì)內(nèi)圈靜止不動(dòng)。（2）傳感器拾振系統(tǒng)。測(cè)振儀上加速度傳感器固定安裝在被測(cè)軸承上測(cè)量是很不實(shí)際的，所以將傳感器拾振系統(tǒng)做成探針式系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量示意圖如圖1所示。傳感器拾振系統(tǒng)的外殼由底座、端蓋和套筒組成，緊固安裝在測(cè)振儀上。底座中心加工引導(dǎo)孔，測(cè)頭的運(yùn)動(dòng)由引導(dǎo)孔精確引導(dǎo)和定向。套筒中間安裝有彈簧，加速度傳感器通過(guò)雙頭螺柱與測(cè)頭安裝在一起，安裝初狀態(tài)彈簧壓縮使測(cè)頭和被測(cè)軸承始終保持接觸。當(dāng)被測(cè)軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸承外圈外徑表面上一點(diǎn)徑向振動(dòng)通過(guò)測(cè)頭傳遞到加速度傳感器，轉(zhuǎn)化成電荷量后由電纜輸出至測(cè)量電箱中。

5 結(jié)束語(yǔ)

汽車的大量普及，一方面確實(shí)給人們的出行帶來(lái)了極大地方便，但另一方面，汽車在使用中帶來(lái)的負(fù)面影響也不容忽視，變速器作為汽車中的重要部件，做好其故障診斷與檢測(cè)工作非常重要，根據(jù)故障特點(diǎn)，按照程序，由外到內(nèi)、由表及里地對(duì)自動(dòng)變速器故障進(jìn)行診斷與檢測(cè)，將大大縮短檢修時(shí)間，降低故障的返修率。

參考文獻(xiàn)

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