汽車變速器故障振動(dòng)診斷與檢測研究

賈少軍　李利飛

摘 要：近年來汽車工業(yè)逐步發(fā)展成為我國重要的支柱型產(chǎn)業(yè)。隨著汽車工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)變速器得到了快速的推廣，與手動(dòng)變速器相比，其機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制原理較難，一旦發(fā)生故障，需要專門的技術(shù)人員運(yùn)用專用的工具按照規(guī)定的程序進(jìn)行故障的診斷與檢測，技術(shù)要求相對較高，因此如何快速準(zhǔn)確的完成自動(dòng)變速器的故障診斷與檢測成為汽車維修企業(yè)的一大難題。本文主要針對自動(dòng)變速器故障診斷及檢測的程序進(jìn)行簡要的分析和闡述。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)變速器；故障診斷；檢測

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和電子技術(shù)的進(jìn)步，汽車結(jié)構(gòu)和電子系統(tǒng)的功能日趨完善，尤其是近些年來大規(guī)模集成電路的發(fā)展和高性能、多功能傳感器的研制，極大地推動(dòng)了汽車電子業(yè)的高速發(fā)展。這樣使得汽車在其動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、行駛的平順性等方面得到了極大的改善。汽車結(jié)構(gòu)和電子系統(tǒng)的完善同時(shí)也帶來了一些負(fù)面的影響，比如，如果電子系統(tǒng)發(fā)生故障，能否準(zhǔn)確快速的對其進(jìn)行故障檢測，得出故障類型，最后提出維修方案，對于專門的工程技術(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與技術(shù)。這樣，現(xiàn)代汽車故障診斷技術(shù)就被提出來了。

1 自動(dòng)變速器故障診斷及檢測程序

在自動(dòng)擋汽車使用過程中，如果發(fā)現(xiàn)變速器油顏色發(fā)生變化或產(chǎn)生焦味，或者在行駛過程中加速、爬坡無力，最高車速明顯下降，均有可能是自動(dòng)變速器發(fā)生了故障。自動(dòng)變速器的故障不易被察覺，而旦不及時(shí)維護(hù)將增大損壞程度，使汽車無法正常行駛，因此做好自動(dòng)變速器的故障診斷與檢測，并及時(shí)對其進(jìn)行維護(hù)十分必要。一般情況下，針對自動(dòng)變速器的故障診斷與檢測按照如下程序進(jìn)行：1初步檢查；2故障代碼檢查；3手動(dòng)擋試驗(yàn)；4機(jī)械系統(tǒng)試驗(yàn)；5液壓系統(tǒng)試驗(yàn)；6電控系統(tǒng)試驗(yàn)；7故障原因分析與處理。具體診斷及檢測程序如下：

（1）對車輛故障進(jìn)行分析，對故障現(xiàn)象進(jìn)行排查確認(rèn)。

（2）若車輛使用電控自動(dòng)變速器，且故障指示燈亮，則運(yùn)用設(shè)備讀取故障代碼。

（3）對自動(dòng)變速器及發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行油質(zhì)、油高、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速、輪胎氣壓、傳動(dòng)系統(tǒng)功能等常規(guī)檢查。

（4）進(jìn)行失速試驗(yàn)，對自動(dòng)變速器的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查。

（5）進(jìn)行手動(dòng)換擋試驗(yàn)，判斷故障位置在電控部分還是自動(dòng)變速器內(nèi)部。

（6）進(jìn)行時(shí)滯試驗(yàn)，對自動(dòng)變速器中的離合器與制動(dòng)器的磨損情況進(jìn)行檢查。

（7）對自動(dòng)變速器的電控系統(tǒng)的組件和線路進(jìn)行檢測。

（8）進(jìn)行道路測試，觀察試驗(yàn)過程中自動(dòng)變速器是否存在打滑、振動(dòng)、異響等異?，F(xiàn)象。

（9）綜合各項(xiàng)檢測與試驗(yàn)，分析判斷自動(dòng)變速器的故障部位及故障原因。

2 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)及其故障信號特征

2.1 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)理

一般情況下，滾動(dòng)軸承與機(jī)械設(shè)備的連接方式是軸承內(nèi)圈與機(jī)械設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸相連接，而軸承外圈與軸承座或機(jī)械設(shè)備的機(jī)殼相連接。當(dāng)滾動(dòng)軸承以一定的轉(zhuǎn)速工作時(shí)，其軸承激振力的頻率主要取決于軸承的轉(zhuǎn)速和軸承表面的故障類型；而軸承系統(tǒng)的振動(dòng)特性和力的傳遞特性主要取決于軸承和機(jī)殼本身。綜上所述，滾動(dòng)軸承的故障特征頻率是由軸承轉(zhuǎn)速、軸承元件損傷部位的故障類型以及軸承與外殼振動(dòng)特性和力的傳遞特性等因素共同決定的。以上這些就是滾動(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)理。

2.2 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)類型

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)在軸承長期的工作過程中，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程中引起的振動(dòng)在軸承的制造加工過程中，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)。

2.3 滾動(dòng)軸承固有頻率和故障頻率的計(jì)算

滾動(dòng)軸承在工作的過程中，各零部件的沖擊振動(dòng)都可以引發(fā)其固有振動(dòng)。軸承元件的固有振動(dòng)都有其對應(yīng)的固有頻率，固有頻率的大小將取決于該元件的的材料、結(jié)構(gòu)尺寸、質(zhì)量和安裝方式。根據(jù)相關(guān)的理論分析，可以得出滾動(dòng)軸承各元件的固有頻率計(jì)算公式。對于滾動(dòng)體的固有頻率，可由下式計(jì)算求得

式中：r——滾珠半徑（m）；——材料的密度kg/m3；E——材料的彈性模量（N/m2）。軸承套圈在圈平面內(nèi)的固有頻率為：

式中：I——軸承套圈截面繞中性軸的慣性矩（m4）；

a——回轉(zhuǎn)軸線到中性軸的半徑（m）；

M——套圈單位長度的質(zhì)量（kg/m）；

n——節(jié)點(diǎn)數(shù)；

E——材料彈性模量（N/m2）。

假設(shè)滾動(dòng)軸承的材料為鋼材時(shí)，內(nèi)、外圈固有頻率的計(jì)算公式為：

式中：h——軸承圈的厚度（mm）；

D——軸承圈中性軸的直徑（mm）；

n——節(jié)點(diǎn)數(shù)。

實(shí)踐表明，一般軸承固有頻率的范圍在18～58kHz之間，所以在對滾動(dòng)軸承進(jìn)行故障診斷的過程中，應(yīng)該選取該段頻帶作為診斷的頻率范圍。滾動(dòng)軸承在工作時(shí)，由于某方面的故障缺陷使其產(chǎn)生一定的振動(dòng)沖擊現(xiàn)象，進(jìn)而激發(fā)起軸承某一元件以固有頻率的振動(dòng)。由軸承固有頻率引發(fā)的振動(dòng)能使軸承故障頻帶的振動(dòng)信號得以放大，大大提高了所分析信號的信噪比。對滾動(dòng)軸承進(jìn)行故障診斷之前，需要做的準(zhǔn)備工作就是計(jì)算出滾動(dòng)軸承由于某種故障引起的振動(dòng)頻率，即所謂的故障特征頻率。這也是旋轉(zhuǎn)機(jī)械應(yīng)用頻譜分析法進(jìn)行故障診斷所必須做的準(zhǔn)備工作。

在對滾動(dòng)軸承進(jìn)行故障時(shí)，理論上是通過找出發(fā)生某一故障頻譜峰值，其峰值對應(yīng)的頻率值就是該故障相對應(yīng)的故障特征頻率。但是在實(shí)際對滾動(dòng)軸承進(jìn)行故障診斷過程中，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)在故障信號的頻譜圖上就是信號的峰值對應(yīng)的故障特征頻率不是總和理論值相對應(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該故障的診斷。對上述滾動(dòng)軸承各元件故障特征頻率的計(jì)算公式還需要做一些說明：由于上述公式的推導(dǎo)是以單個(gè)滾動(dòng)體在相應(yīng)的滾道上滾動(dòng)來進(jìn)行故障特征頻率計(jì)算的，但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，滾動(dòng)軸承是多個(gè)滾動(dòng)體在內(nèi)外圈滾道上共同滾動(dòng)來實(shí)現(xiàn)其作用的。所以在計(jì)算故障特征頻率時(shí)，上述公式還應(yīng)乘上滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體的數(shù)目。

3 自動(dòng)變速器常見故障的診斷與檢修

一般在自動(dòng)變速器發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)變速器換擋沖擊大、自動(dòng)變速器打滑、自動(dòng)變速器頻換跳擋以及自動(dòng)變速器升擋緩慢等是其常見故障類型，針對這些常見故障，充分掌握其故障現(xiàn)象特點(diǎn)和維護(hù)方法，能夠快速準(zhǔn)確地完成故障的診斷與檢修，大大縮短了診斷時(shí)間，同時(shí)避免了針對自動(dòng)變速器盲目的拆解。

3.1 自動(dòng)變速器換擋沖擊大

當(dāng)自動(dòng)變速器發(fā)生此類故障時(shí)，起步時(shí)，在從P或N換擋至D或R時(shí)，車輛會(huì)發(fā)生明顯的振動(dòng)，而在行駛過程中，汽車在升擋瞬間會(huì)出現(xiàn)明顯的闖動(dòng)。自動(dòng)變速器換擋沖擊大，其故障原因可能是自動(dòng)變速器升擋過遲或離合器接合過快；執(zhí)行元件打滑等，針對這類故障，可以采用如下措施進(jìn)行故障排除：1對車輛進(jìn)行道路測試，觀察自動(dòng)變速器升擋是否過遲，升擋前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速是否出現(xiàn)異常升高；2對主油路油壓進(jìn)行檢測，若怠速油壓正常，則自動(dòng)變速器的離合器的進(jìn)油單向閥發(fā)生損壞：3對電磁閥進(jìn)行測試，觀察電控系統(tǒng)在換擋瞬間能否向電磁閥發(fā)出控制信號，排除電磁閥和線路故障。

3.2 自動(dòng)變速器打滑

當(dāng)自動(dòng)變速器發(fā)生此類故障時(shí)，車輛在起步時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與車速升高緩慢，爬坡無力且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速異常升高。自動(dòng)變速器打滑故障，其故障原因主要有離合器制動(dòng)器磨損嚴(yán)重：離合器制動(dòng)器密封圈損壞漏油；減震器活塞密封圈損壞漏油等，針對此類故障，可以采用如下措施進(jìn)行故障排除：1對油質(zhì)進(jìn)行檢測，若發(fā)生變色或存在明顯的焦味，則說明離合器制動(dòng)器已嚴(yán)重磨損燒壞，應(yīng)對其進(jìn)行替換；2對車輛進(jìn)行道路測試，若全部前進(jìn)擋均存在打滑現(xiàn)象，則前進(jìn)離合器發(fā)生故障：3若在前進(jìn)擋和后退擋均發(fā)生打滑，則可能主油路油壓過低，對離合器制動(dòng)器密封圈以及減震器密封圈進(jìn)行檢查，看是否存在漏油現(xiàn)象，并進(jìn)行更換。

3.3 自動(dòng)變速器頻繁跳擋

當(dāng)自動(dòng)變速器發(fā)生此類故障時(shí)，車輛在正常行駛過程中經(jīng)常出現(xiàn)突然降擋現(xiàn)象，且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速異常升高，產(chǎn)生明顯的沖擊，自動(dòng)變速器頻繁跳擋故障，其故障原因主要有電控單元故障；控制系統(tǒng)電路故障；電磁閥接觸不良等，針對這類故障，通常先對自動(dòng)變速器進(jìn)行故障自診斷，而后拆下自動(dòng)變速器底殼，對電磁閥的線路進(jìn)行檢測和排除。

4 結(jié)語

隨著我國汽車工業(yè)的不斷發(fā)展以及城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，我國汽車保有量仍將不斷增長，自動(dòng)變速器作為汽車中的重要部件，做好其故障診斷與檢測工作非常重要，根據(jù)故障特點(diǎn)，按照程序，由外到內(nèi)、由表及里地對自動(dòng)變速器故障進(jìn)行診斷與檢測，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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