淺談汽車變速箱振動(dòng)故障分析與診斷

丁帥

摘 要：本文主要圍繞汽車變速箱振動(dòng)故障分析以及診斷展開(kāi)剖析，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上對(duì)變速箱的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)組成、變速箱震動(dòng)信號(hào)、變速箱殼體振動(dòng)特征進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。筆者希望通過(guò)以上內(nèi)容層面的分析，來(lái)提升汽車變速箱震動(dòng)的安全性。

關(guān)鍵詞：汽車；變速箱；震動(dòng)故障；分析；診斷

引言：汽車當(dāng)中尤為重要的組裝硬件是發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱，在汽車行駛的過(guò)程當(dāng)中不論一個(gè)受到損傷或者是產(chǎn)生故障，到會(huì)造成不可挽回的后果。發(fā)動(dòng)機(jī)故障是駕駛?cè)藛T在駕駛之中的常見(jiàn)問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)其故障的原由都較為了解，在發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生故障儀表盤(pán)的發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈就會(huì)點(diǎn)亮，進(jìn)而提醒駕駛?cè)藛T注意發(fā)動(dòng)機(jī)的狀況。但是駕駛?cè)藛T對(duì)于變速箱的接觸較少，進(jìn)而對(duì)其缺少應(yīng)有的應(yīng)對(duì)知識(shí)，此外汽車變速箱是一個(gè)自由多變的彈性震動(dòng)系統(tǒng)，其在應(yīng)用中易受到各種激振力，進(jìn)而促使變速箱本身發(fā)生復(fù)雜振動(dòng)，同時(shí)在高速的運(yùn)作之下變速箱極其容易發(fā)生振動(dòng)故障，基于此筆者對(duì)汽車變速箱振動(dòng)故障進(jìn)行分析于診斷。

1.實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)組成

汽車變速箱的測(cè)試系統(tǒng)如下圖1所示，同時(shí)在測(cè)試系統(tǒng)當(dāng)中對(duì)于測(cè)試點(diǎn)的布置要始終堅(jiān)持以下幾點(diǎn)原則：第一，能在變速箱產(chǎn)生形變之后，對(duì)實(shí)驗(yàn)頻段之中所進(jìn)行的全部模擬形態(tài)的變形特征進(jìn)行闡述于展示；第二，確保變速箱振動(dòng)故障位置的周圍包含一個(gè)或者幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)，同時(shí)在變速箱殼體之上還要準(zhǔn)確的放置63個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)視作響應(yīng)點(diǎn)，此外在每個(gè)不同的測(cè)試組當(dāng)中包含10個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)，每個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)需要沿著橫向、軸向以及垂向三個(gè)方向進(jìn)行測(cè)量，共計(jì)算出190個(gè)測(cè)量振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)，總共會(huì)被劃分為七個(gè)小組同時(shí)進(jìn)行有效的測(cè)試，而實(shí)際變速箱現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試部分測(cè)試點(diǎn)分布如下圖2[1]。

2.變速箱振動(dòng)信號(hào)分析

2.1 振動(dòng)信號(hào)分析

變速箱測(cè)試振動(dòng)信號(hào)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(dòng)能量的實(shí)際頻率分布，進(jìn)而在變速箱的基礎(chǔ)上避免振動(dòng)對(duì)其的干擾，并減少振動(dòng)所產(chǎn)生的破壞能量。同時(shí)在分析中，可以運(yùn)用時(shí)域分析，同時(shí)經(jīng)過(guò)時(shí)域分析變速箱的振動(dòng)信號(hào)，筆者發(fā)現(xiàn)：當(dāng)信號(hào)時(shí)域位置初中二檔的狀況下，布置在中箱左側(cè)的3號(hào)測(cè)試點(diǎn)（27.69克），而布置在中箱右側(cè)的5號(hào)測(cè)試點(diǎn)（44.32克）以及布置在后箱右側(cè)的9號(hào)測(cè)試點(diǎn)（20.1克），同時(shí)水平方向加速度信號(hào)幅值處于27.57克、44.32克、20.1克，并且在分析之中幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他時(shí)域的測(cè)點(diǎn)方向信號(hào)，當(dāng)中的差距不超過(guò)3.25克，如若對(duì)振動(dòng)信號(hào)分析呈現(xiàn)以上的信息內(nèi)容，進(jìn)而初步診斷出：變速箱的中后箱振動(dòng)響應(yīng)較為凸現(xiàn)[2]。

通過(guò)三維功率譜的分析可以得出以下結(jié)論：當(dāng)在二檔情況下，5號(hào)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(hào)與9號(hào)傳感器當(dāng)中出現(xiàn)的最大功率譜幅值也達(dá)到了402.2加速度譜密度與102.5加速度譜密度，此外3號(hào)、5號(hào)與9號(hào)傳感器之中的水平方向振動(dòng)功率譜幅值始終大于其他時(shí)域當(dāng)中的測(cè)試點(diǎn)的功率譜幅值。通過(guò)以上的分析，可以明顯的感知到殼體水平方向上的振動(dòng)能量是最為集中的，而其他方向的振動(dòng)的能量相對(duì)而言較小，當(dāng)最大振幅出現(xiàn)在變速箱達(dá)成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的最大轉(zhuǎn)速，進(jìn)而穩(wěn)定一段時(shí)間之后，頻域分析的最大幅值與時(shí)域分析的最大值之間會(huì)形成對(duì)應(yīng)關(guān)系。而在這個(gè)關(guān)系之中3號(hào)測(cè)試點(diǎn)與9號(hào)測(cè)試點(diǎn)之間功率譜密度最大幅值所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率分別是1278赫茲、1325赫茲、1210赫茲。

2.2 變速箱振動(dòng)特征分析

要確定汽車變速箱振動(dòng)故障，需要在原來(lái)的基礎(chǔ)山對(duì)變速箱運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行分析，而主要分析的因素是：引發(fā)變速箱殼體振動(dòng)的原因。變速箱是由齒輪、軸承、箱體、傳動(dòng)軸等零部件構(gòu)成，筆者對(duì)變速箱振動(dòng)故障的分析中經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)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(chǔ)上為進(jìn)一步研究方向齒輪、軸承、軸、殼體振動(dòng)特診的分析。實(shí)際測(cè)試時(shí)，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(chǔ)上對(duì)齒輪參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)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(hào)、5號(hào)、9號(hào)測(cè)點(diǎn)最大幅值處對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率差距甚大，基于此汽車變速箱在運(yùn)行中不會(huì)產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的振動(dòng)[3]。

3.變速箱殼體振動(dòng)特征分析

為實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)的狀況更為接近，所以通過(guò)workbeneh仿真中，能對(duì)前殼與飛輪殼連接的11個(gè)螺栓孔以及2個(gè)后懸置安裝孔世家安全的約束，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)變速箱殼體進(jìn)行約束模態(tài)分析。通過(guò)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(jìn)而筆者通過(guò)對(duì)表格中信息的對(duì)比發(fā)現(xiàn)在二檔的環(huán)境下，3號(hào)測(cè)點(diǎn)的功率譜密度實(shí)際是大于所對(duì)應(yīng)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(dāng)?shù)慕咏?號(hào)測(cè)試點(diǎn)的功率譜密度最大幅值與之對(duì)應(yīng)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(dòng)，這也是導(dǎo)致汽車變速箱振動(dòng)故障發(fā)生的因素。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在汽車變速箱振動(dòng)發(fā)生故障可以通過(guò)時(shí)域進(jìn)行分析，這是由于二檔工況環(huán)境下，變速箱的中后箱振動(dòng)反應(yīng)較為強(qiáng)烈，而通過(guò)對(duì)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(dòng)能源遠(yuǎn)超其他方向的振動(dòng)能量，而最大振幅出現(xiàn)在變速箱達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)域分信息的最大幅值對(duì)應(yīng)關(guān)系。此外，與振動(dòng)相關(guān)的故障測(cè)點(diǎn)頻率對(duì)比發(fā)現(xiàn)，汽車變速箱當(dāng)中的零部件并不是引發(fā)振動(dòng)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(xiàn)：

[1]劉娟.汽車變速箱振動(dòng)故障分析與診斷[J].河北農(nóng)機(jī)，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(jì)算機(jī)，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(yīng)用及其研究[J].自動(dòng)化儀表，2015，（6）：8-11.