車橋主減速器性能檢測(cè)系統(tǒng)研制

姜維春

摘 要：振動(dòng)和噪聲參數(shù)是判斷汽車車橋主減速器性能兩個(gè)重要指標(biāo)，文章提出采用壓電式加速度傳感器和噪聲聲級(jí)計(jì)對(duì)車橋主減速器振動(dòng)信號(hào)和噪音信號(hào)進(jìn)行采集，并利用信號(hào)分析技術(shù)和智能方法，提煉出車橋主減特征信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車橋主減速器運(yùn)動(dòng)品質(zhì)的檢測(cè)，文章所研制的檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐有重要的指導(dǎo)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：振動(dòng);噪聲;檢測(cè)

中圖分類號(hào)：U463.218+.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）14-57-03

Abstract： Vibration and noise parameters are two important indicators for judging the performance of the main axle reducer of the vehicle axle. Reduce the characteristic signal， and then realize the detection of the movement quality of the axle main reducer. The detection system developed by the article has important guiding value for production practice.

Keywords： Vibration; Noise; Detection

CLC NO.： U463.218+.2 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988 （2020） 14-57-03

前言

在汽車制造業(yè)中，對(duì)車橋主減速器性能進(jìn)行研究是系統(tǒng)化、科學(xué)化制造的重點(diǎn)。判斷汽車車橋主減速器性能有兩個(gè)非常重要的指標(biāo)：振動(dòng)和噪聲參數(shù)。采用壓電式加速度傳感器和噪聲聲級(jí)計(jì)采集車橋主減速器振動(dòng)和噪音信號(hào)，并利用信號(hào)分析技術(shù)和方法，提煉出車橋主減特征信號(hào)，從而進(jìn)一步測(cè)試車橋主減速器運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)協(xié)同制定在線檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)車橋主減速器進(jìn)行在線的合格與否的判定，這種方法比傳統(tǒng)的人工診斷更加可靠、快速、安全和穩(wěn)定，在汽車制造中合理運(yùn)用，相信必將給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 基本原理

電動(dòng)車橋主減速器性能測(cè)試系統(tǒng)，即振動(dòng)和噪音測(cè)試系統(tǒng)通過變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速傳遞動(dòng)力給被測(cè)試車橋主減速器，帶動(dòng)車橋主減速器旋轉(zhuǎn)，測(cè)試系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集裝置、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量儀、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器將車橋主減速器的實(shí)際轉(zhuǎn)速和扭矩進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理，系統(tǒng)通過制動(dòng)裝置為被測(cè)車橋減速器施加負(fù)荷，負(fù)荷的大小可根據(jù)試驗(yàn)方法通過程序設(shè)定，通過數(shù)字噪聲傳感器和振動(dòng)噪聲測(cè)量儀對(duì)被測(cè)試車橋減速器進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)和噪聲檢測(cè)。

2 技術(shù)指標(biāo)

輸入功率：7.5KW

檢測(cè)轉(zhuǎn)矩：300N.m

額定轉(zhuǎn)速：0-3000轉(zhuǎn)/分（交流變頻調(diào)速）

阻力矩：5KW（單側(cè)、無級(jí)可調(diào)）

試驗(yàn)方向：正、反向任意

噪音測(cè)量范圍：0～120dB（數(shù)字噪音測(cè)試）

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)搭建

測(cè)試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。電動(dòng)車橋主減速器性能測(cè)試系統(tǒng)主要是由變頻調(diào)速電機(jī)、制動(dòng)裝置、數(shù)字噪聲測(cè)量傳感器、振動(dòng)傳感器、氣動(dòng)滑臺(tái)、傳動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)、車橋減速器定位裝置、振動(dòng)及噪音測(cè)試分析系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集裝置、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、PLC及應(yīng)用軟件等組成，測(cè)試系統(tǒng)軟件是整套測(cè)試系統(tǒng)的靈魂。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)必不可少的部分，此部分的主要作用在于對(duì)檢測(cè)設(shè)備的控制、數(shù)據(jù)的采集，并及時(shí)向工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在X和Y方向上振動(dòng)的雙通道檢測(cè)，只有檢測(cè)結(jié)果均合格后才可判定工件合格。

系統(tǒng)硬件主要包括：控制柜、PLC及控制電路、工控機(jī)、調(diào)理儀、壓電式加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡及外部設(shè)備等，系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置表1所示。

4.2 系統(tǒng)軟件開發(fā)

檢測(cè)系統(tǒng)主要功能實(shí)現(xiàn)對(duì)車橋主減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)和噪聲的信號(hào)拾取、數(shù)據(jù)采集和在線質(zhì)量檢測(cè)，當(dāng)被檢測(cè)產(chǎn)品出現(xiàn)工作故障后及時(shí)報(bào)警，并具有動(dòng)態(tài)信號(hào)分析功能，該軟件設(shè)計(jì)框架主要包括數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通訊、信號(hào)分析及故障診斷等。

數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)用于采集車橋主減產(chǎn)品物理表征信號(hào)（包括振動(dòng)、噪聲、轉(zhuǎn)速等）數(shù)據(jù)預(yù)處理和保存;數(shù)據(jù)通訊支持網(wǎng)絡(luò)訪問，自動(dòng)數(shù)據(jù)同步;信號(hào)分析與故障診斷軟件提供狀態(tài)報(bào)警、信號(hào)趨勢(shì)分析，振動(dòng)信號(hào)時(shí)域和頻域分析，數(shù)據(jù)信息查詢、故障診斷功能。

軟件系統(tǒng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、分析、階段統(tǒng)計(jì)并對(duì)汽車主減速器總成實(shí)時(shí)評(píng)判，主要包括用戶管理模塊、狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、檢測(cè)模塊及幫助五大模塊。各個(gè)模塊的主要功能分析如下：

（1）用戶管理模塊：主要包括用戶登錄、密碼設(shè)置等功能;（2）狀態(tài)檢測(cè)模塊：正、反轉(zhuǎn)檢測(cè)、合格是否顯示、計(jì)數(shù)顯示;（3）數(shù)據(jù)管理模塊：包括查看歷史數(shù)據(jù)、打印、刪除等操作;（4）檢測(cè)模塊：參數(shù)設(shè)置模塊包括產(chǎn)品批次號(hào)、齒輪型號(hào)等，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置模塊是評(píng)判產(chǎn)品是否符合標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的設(shè)置;（5）幫助模塊：包括系統(tǒng)介紹、操作指南、數(shù)據(jù)分析等功能。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)及功能如圖2所示。

5 檢測(cè)分析過程

檢測(cè)系統(tǒng)完成初步設(shè)計(jì)后能夠更加快捷方便地實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，主要操作步驟包括：自動(dòng)工作、信息輸入及參數(shù)設(shè)置。具體過程如下：

（1）自動(dòng)工作：點(diǎn)擊按鈕→跳出信息輸入對(duì)話框（包括：齒輪車型、齒輪廠家、齒輪批次號(hào)、齒數(shù)比、員工編號(hào)）→點(diǎn)擊OK按扭（包括取消）→自動(dòng)進(jìn)入圖3界面。

（2）信息輸入：點(diǎn)擊按鈕→跳出信息輸入對(duì)話框，重新輸入信息（包括：齒輪車型，齒輪廠家，齒輪批次號(hào)，齒數(shù)比，員工編號(hào)）→點(diǎn)擊OK按扭→重進(jìn)進(jìn)入圖3界面，信息改變。

（3）參數(shù)設(shè)置：點(diǎn)擊按鈕→彈出帳號(hào)及密碼輸入框（可以修改帳號(hào)及密碼）→設(shè)置參數(shù)（正轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)，反轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)，延遲時(shí)間，檢測(cè)時(shí)間）→點(diǎn)擊OK按扭→重新進(jìn)入圖4界面，標(biāo)準(zhǔn)改變→動(dòng)態(tài)曲線顯示欄自動(dòng)生成“檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)線”。

6 系統(tǒng)檢測(cè)功能

雖然檢測(cè)系統(tǒng)可以在線判定車橋主減速器合格與否，但如果需要進(jìn)一步對(duì)不合格產(chǎn)品進(jìn)行具體地故障診斷，需要由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行判定。具體可以根據(jù)波形圖與頻域圖從時(shí)域、頻域兩方面進(jìn)行分析：

6.1 進(jìn)行時(shí)域分析

時(shí)域分析，時(shí)域（時(shí)間域）——自變量是時(shí)間，即橫軸表示時(shí)間，縱軸表示信號(hào)的變化。其動(dòng)態(tài)信號(hào)x（t）是描述信號(hào)在不同時(shí)刻取值的函數(shù)。進(jìn)而可以得到時(shí)間與車橋振動(dòng)之間的關(guān)系，即信號(hào)的波形圖。

6.2 進(jìn)行頻域分析

頻域分析，頻域（頻率域）——自變量是頻率，即橫軸用來表示頻率，縱軸表示該頻率信號(hào)的幅度，也就是頻譜圖。頻譜圖描述了信號(hào)的頻率與該頻率信號(hào)振動(dòng)幅度的關(guān)系。利用頻譜圖可以清楚地看出在檢測(cè)時(shí)某一個(gè)具體頻率下對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值，有利于分析引起車橋主減速器振動(dòng)的各種頻率成份，根據(jù)頻域圖可以看出在某一個(gè)具體頻率段，出現(xiàn)振動(dòng)的最大值或標(biāo)準(zhǔn)值。

7 結(jié)語

通過該檢測(cè)系統(tǒng)在車橋主減速器總成裝配線上的應(yīng)用，對(duì)主減速器總成在線判定質(zhì)量是否合格，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化控制作業(yè)，能有效對(duì)汽車主減速器噪音、振動(dòng)情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過各個(gè)功能板塊協(xié)同運(yùn)作，有效監(jiān)控車橋主減速器性能的一致性，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)可追溯性，且結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。經(jīng)過一段時(shí)間的應(yīng)用，結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能有效剔除不合格的產(chǎn)品，由此保證產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量反饋良好。相信隨著該檢測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣，將會(huì)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)帶來更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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