汽车主减总成NVH性能在线检测技术的研究.doc

位类压科向导 师及 职 称蝰 答 辩委员 会 签 名： 鞯弧 俺 主张孥南，艇 妒 舢 蚺泵 鲺触 乙溉 友导 一 一独 创性 声 明写过 的 研究成 果， 也不 包 含为 获 得或 其他 教 育机 构的 学位 或 证 而 使学位 论文作者签字：留钐钛 摘要 甆 籒 ； 致 测 试准 备 工 作 图 主 减 振 动信号分 类 图 谐 波 信号及 其傅 里叶变 换图 仿 真信号及 其周期图 法功 率谱 图 喙 睾 癢法功 率谱 图 小 波 对谐 波 信号去 噪效 果图 图 原 始信号三层 小 波 分 解 树图 含噪谐 波 信号三层 小 波 分 解 图 图 原 始信号三层 小 波 包 分 解 树图 图 阶 次 谱线比 较 图 图 系统 稳 定性 测 试图 系统 参考谱线的 生成 图 故障 因 素 的 影响 图 啮合 阶 次 分 析图 主 减 阶 次 谱边频信息 图 第 一章 绪 论 故障 诊 断 技 术 是一门建 立 在多学科 基础 上 的 ， 既 有理论基础 又 有实 际应用背 景 的 交叉 性 学科 。进行 故障 诊 断 的 目的 是发现产品 故障 ， 剔除 残 次 品 ， 利用各种 诊 断 方 法， 确 定故障 类型以及 故障 位 置 。故障 诊 断 技 术 研究的 主 要 内容 包括： 故障 机 理、 获 取 故障 信息 、 提 取 故障 特 征 、 状 态识 别 和故障 诊 断 。故障 诊断 的 基本 流 程 如 图 所 示 。 世 纪 年 代 ， 故障 诊 断 技 术 逐 步 走 向 成 熟 和实 用阶 段 。检测 设备 和故障 诊 断 技 术 都 有了明显 的 发展 ， 利用计算机 进行 辅助 检测 和辅助 诊 断 已经成 为重 要 的 诊 断 手 段 ， 诊 断 检测 方 法也从 人工 测 试方 法发展 到 了现代 仪 器 设备 测 试法和系统 测 试法等， 一些 质 量 检测 设备 和故障 诊 断 设备 慢慢地运 用到 实 际生产中 。 所 示 ， 越 来 越 多的 故障 诊 断 设备 运 用在工 业现场 。图 图 减 的 实 际运 行 工 况， 利用振 动信号分 析设备 拾 取 振 动信号， 评 价 产品 质 量 ；图 第 六章 ： 总结 本 文的 主 要 研究成 果， 展 望今 后要 做的 研究工 作。 第 二章 主 减 总成 振 动机 理及 其振 动信号特 征 表 主 减 速器 分 类表圆 柱齿轮 式 润 滑 油 选用不 当 或 其他 原 因 导 致润 滑 不 正 常；差速器 壳与 被 动齿轮 连 接 螺 栓 松 动； 图 直 齿圆 柱齿轮 啮合 过 程 示 意图由 于 齿轮 的 啮合 过 程 是一个 滚 动加 滑 动的 过 程 ， 主 动齿轮 的 啮合 特 点是：每 个 主 动轮 齿的 啮合 点都 是从 齿根到 齿顶 ， 而 从 动齿轮 正 好 与 其相 反 ， 由 于 啮合 点的 变 化 ， 各啮合 点处 齿轮 副 的 刚度也随 之 变 化 ， 这 也是齿轮 产生振 动的 原因 之 一； 在齿轮 轮 齿进入 啮合 区 域的 时候， 会 出 现啮入 或 啮出 冲 击， 这 又 加 剧了齿轮 的 振 动。由 此可 见， 在不 考虑 齿轮 的 制 造 和装配 误 差的 情况下， 齿轮 还是会 由 于 啮 幅 值调 制 需 要 两个 信号， 一个 称为 载 波 信号， 另 一个 就 是调 制 信号。在主 霉图 调 制 、 载 波 信号及 其频谱图根据式 ， 和经过 幅 值调 制 后产生的 时域信号为 ： 过 频率调 制 的 结 果是： 主 减 内滚 动轴 承的 故障 原 因 有很多， 表 现为 磨 损、 表 面剥 落、 点蚀、 裂纹于 主 减 的 工 作环 境 是高 速重 载 ， 当 轴承润 滑 不 良 时， 有可 能 会 出 现轴承烧 伤 ， 、后兀一丫口 承的 哪 一部 分 首 先 损坏 ， 堙眩 本 章 首 先 介 绍 了主 减 速器 的 功 能 ， 在此基础 上 ， 对商 用车 常用主 减 进行 了分 类。以单级 主 减 速器 为 例， 对其失效 原 因 进行 了剖 析。对主 背 齿啮合 、 轴承、轴的 振 动机 理进行 了详细的 分 析， 同 时， 引 用图 例解 释 了主 减 运 行 过 程 中 产生的 各种 振 动信号特 征 。了解 了主 减 的 构造 及 其故障 图 谱特 征 ， 为 后文的 故障 分析诊 断 做好 准 备 工 作。 第 三章 故障 诊 断 特 征 信号分 析方 法的 研究 均 值“， 峭 度 平 均 值反 映 的 是振 动信号的 整 体 能 量 水 平 ；最 大 值反 映 的 是振 动信号的 最 大 幅肚 眚 的 变 化 反 映 了信号和的 相关 性 。自 相 关 函 数 痜 傅 里叶变 换进行 傅 里叶变 换， 采 样！ 螂图 仿 真信号及 其周 期图 法功 率谱 ， 表 示 傅 里叶逆 变 换， 即 倒 谱就 是对功 率谱密 度函 数 的 对数 进行通 过 倒 谱分 析， 经过 加 权处 理的 较 低幅 值能 量 被 放 大 。因 此， 倒 谱能 清 楚的 发现原 始信号中 的 周期成 分 ， 方 便 故障 诊 断 。倒 谱频谱能 使 频谱上 成 族 的 边频带 谱线简化 为 单根的 谱线， 从 而 使 图 谱更加 简洁 ， 突 出 谐 波 信号成 份 。在工业现场 ， 故障 源 或 者是振 动源 信号往 往 受 到 传播 路径的 影响 ， 倒 谱分 析能 够提取 振 源 信号， 减 小 传递路径对源 信号的 影响 ， 所 以倒 谱分 析还可 用于 语 音 分 析及解 卷 积 。现代 信号处 理方 法 町 冢 万图 小 波 对谐 波 信号去 噪效 果图 作用。耄， 。一图 含噪谐 波 信号三层 小 波 分 解 图 图 原 始信号三层 小 波 包 分 解 树 、 根据上 述 内容 ， 阶 次 和频率的 关 系可 以如 下表 示 ： 数 据采 集 卡按 照 等时间 间 隔采 样， 另 一路转 速信号单硬 件 采 样的 过 程 是在输入 轴上 装上 编 码器 ， 编 码器 按本 章 小 结 振 动检测 系统 进行 通 讯 ， 完成 振 动检测 。供 电 、 控制 信号都 由 这 里接 出 。左 右加 载 系统 由 气 缸 、 电 机 、 联 轴器 、 扭矩转 速传感 器 、 轴承座 和加 载 端组成 。加 载 流 程 如 下： 得 到 加 载 信号 电 机 启 动 气 缸 前 进 完成 加 载 。加 载 端的前 段 是类似 于 车 桥半 轴的 花键轴 ， 在低速旋 转 前 进的 过 程 中 ， 完成 花键轴 与 差速器 内半 轴齿轮 的 对中 。电 机 模拟 车 辆在行 进过 程 中 遇 到 的 阻 力矩， 可 以完成对实 际工 况的 模拟 。主 减 速器 总成 是在加 载 条件 下完成 试验的 ， 试验过 程 中 ， 驱 动端的 最 大 设 主 减 驱 动也机 如 图 所 示 ， 振 动信号诊 断 系统 需 要 的 两路信号分 别 由 脉 冲 编 码器 和加速度传感 器 获 取 。编 码器 装在主 驱 动端的 电 机 尾部 ， 规格 为 脉 冲 转 。此处 编 码器 有两个 功 能 ： 一是通 过 计数 器 来 获 取 参考轴 的 转 速信号； 二是根据系统 振 动信号的 采 样频率， 读 取 到 固 定脉 冲 数 时， 触 发振 动信号采 集 卡采 集 振 动信号。 图 电 荷放 大 器 它 是用于 旋 转 类机 械产品 ， 如 变 速箱 ， 传动器 ， 发动机 等的 下线质 量 专 业检测分 析系统 。它 通 过 检测 被 测 产品 的 结 构振 动， 与 系统 自 动生成 的 “基准 ”谱线做比 较 ， 对被 测 产品 作出 宏 观 的 合 格 与 否 的 评 价 ， 同 时对被 测 产品 给 出 详细的量 化 的 评 价 结 果， 包 括序品 质 ， 相 对序品 质 、 平 均 振 幅 、 频率品 质 、 相 对频率品 质 等指 标。 嚅甏匿琍曩 甄孥努 氍仅 。图 爸 骷 鮊在线诊 断 系统 ”用户界面 如 图 荆 嶙 瓯 硎 咀罱个 试验对象 ， 纵 坐标表 示 不 合 格 率， 主 界面上 的 顺 序做详细介 绍 。序煺列判窪庞痬： 评 价 振 动信号的 离散 。差速性 能 试验通 过 两加 载 端电 机 的 不 同 转 速来 检验差速器 性 能 ：磨 合 试验可 以检测 主 减 总成 主 锥 轴承预紧 力是否 合 格 ， 反 映 在空 载 阻 力矩上 ， 而 且 通 过 磨 合 可 以去 除 齿轮 表 面毛 刺 ， 为 后面的 加 载 试验做准 备 ；加 载 试验是整 个 检测 系统 的 核 心部 分 ， 通 过 振 动信号可 以检测 主 减 总成 的噪音 是否 超 标 ， 而 且 能 根据对振 动信号的 分 析和统 计， 评 价 主 减 的 综合 性 能 。我们主 要 以振 动信号诊 断 系统 为 研究对象 ， 其加 载 过 程 需 要 在两个 时段 采集 振 动信号， 即 正 拖 和反 拖 两个 阶 段 。正 拖 阶 段 驱 动端提 供 动力， 加 载 端提 供阻 力， 而 反 拖 阶 段 则正 好 相 反 ， 使 用正 拖 和反 拖 相 结 合 的 方 式 ， 优点是齿轮 副的 两个 表 面都 能 被 检测 到 。荆 珼 和坦 ， 其中 速度范 围 圆域川区 间 ， 扭矩为 恒定， 所 以驱 动端为 转 速控制 ， 而 加 载 端为 扭矩控制 。 桥总成 的 振 动信号诊 断 与 主 减 的 不 同 点是：贴 合 ， 必 然会 留 有间 隙 ， 这 使 得 传递到 夹 具上 的 故障 信号大 为 减 弱 ， 而 且 还伴有其他 振 动干 扰。鉴 于 此点考虑 ， 桥总成 振 动信号诊 断 的 传感 器 可 以考虑 使 用磁 铁吸 附 式 安装或 声 波 激 光传感 器 ， 而 不 是直 接 固 定在夹 具上 ， 这 样使 得 对测点的 控制 更加 灵活 。 进行 夹紧 固 定： 示 为 和， 如 图 所 示 。从 试验结 果可 以看出 ， 和曲 线表 现出 的 因 此， 可 靠 的 振 动信号诊 断 系统 应具备 以下特 点：特 点。如 果存在较 大 差异 ， 则应该 检查设备 是否 有松 动、 夹 紧 是否 合 格 、 传感器 是否 固 定等， 必 须 最 大 限 度的 排 除 外 在因 素 对检测 结 果的 影响 ， 否 则最 后生成 的 参考曲 线的 参考意义就 大 大 降低了。从 上 面的 试验可 以看出 ， 在自 学习 阶 段 ， 产品 在某 些 阶 次 出 现较 大 的 分 量 主 减 的 主 要 振 动能 量 分 布情 况。 转 频为 基频的 振 动， 所 以可 以判断 调 制 信号的 频率与 转 频相 等， 可 以作为 诊 断频率为 基频的 各倍 频上 ， 而 啮合 频率与 主 齿数 相 等；的 信息 越 明显 ；一幅 绿 色 背 景 表 示 谱线的 所 有阶 次 幅 值都 没 有超 过 参考谱线， 属 于 振 动较 小 的优良 产品 ： 中 间 背 景 黄 色 且 合 格 的 主 减 ， 在某 些 部 分 出 现了超 标 ， 但 是幅 度较小 ， 系统 给 出 警 告 信息 ， 需 要 密 切关 注 ， 但 仍 判定为 合 格 ；最 后红 色 部 分 表 示的 是严重 超 标 的 主 减 ， 尤 其是在序品 质 和相 对序品 质 的 分 析上 ， 与 大 部 分 主 减差异 很大 ， 判定为 不 合 格 。 主 减 的 阅 懿 问魑狽性 能 评 价 的 一项 重 要 参数 ， 不 仅 能 给 厂 家明确 的 数 字化 的 质 量 概 念， 还可 以作为 质 量 控制 的 一个 重 要 手 段 。合 格删 褒 盔 不 合 格删 警 薯 图 骷 醯湫凸 收蟣 高 ， 分 布在祝 渚 嗖 晃 猯 阶 ， 由 此推 断 不 是啮合 相