汽车变速器故障振动诊断与检测研究

黄守斌 赵宏磊

摘 要：汽车结构和电子系统的完善同时也带来了一些负面的影响，比如，如果电子系统发生故障，能否准确快速的对其进行故障检测，得出故障类型，最后提出维修方案，对于专门的工程技术人员是一个很大的考验。为了解决上述问题，这就需要提高工程维修人员的业务素质和业务水平，需要引进更加先进的故障诊断理论知识与技术。这样，现代汽车故障诊断技术就被提出来。本文在此基础上主要分析了汽车变速器轴承故障振动诊断与检测。

关键词：汽车变速器；故障振动；诊断；检测

1 汽车变速器分析

市面上的汽车自动变速器的形状以及内部结构包括厂牌型号并不是完全相同的，有些甚至存在着较大的差距，但值得注意的是这些不同品牌、不同形状的变速器在组成上是基本相同的，都是通过两部分即由液力变矩器和齿轮式自动变速器组合起来的，加之常见的组成部分，包括液力变矩器、行星齒轮机构等。依据汽车自动变速器组成部分的功能，也可以将变速器分成液力变矩器、变速齿轮机构、供油系统、自动换挡控制系统和换挡操纵机构等五大部分，这五个部分并不是孤立存在的，他们是有机地联系在一起的，在汽车变速器中发挥着各自的作用。汽车变速器通过改变发送机的转矩与转速等，来适应汽车在起步、加速与行驶等时候克服各种道路障碍情况下的出现的不同行驶条件下，对于驱动车轮牵引力与车速含有的基本需求。另外，变速器还可以在发动机转速方向不变的情况下对于汽车在倒挡行驶与启动发动机以及汽车滑行或者是停车的时候使得发动机与传动系统保持较好的分离结构，在必要的时候还存在动力输出的功能。汽车变速器的结构对于汽车的动力性、燃料的经济性能、换挡操作的便捷性、传统模块的平稳与效率等都具有较大的影响。

2 变速器振动特性研究现状

变速器通常由数对齿轮组成的传动系统，包含有齿轮、齿轮轴、同步器、轴承等零部件组成，由于设计、制造，以及装配过程中存在的误差和负荷的影响，引起向外辐射噪声。从NVH观点来看，变速器总成是一个多自由度弹性振动系统，作用于该系统的各种激振力使变速器产生复杂振动。变速器在运行过程中，测得的振动信号中包含齿轮的啮合频率和不同轴的转动频率，发生故障时其振动信号在时域和频域通常伴有如下特征：（1）周期性冲击。变速器齿轮和轴承等零部件出现缺陷等故障时，其运行过程中将对系统产生周期性冲击，这种冲击不断地重复激发系统的固有振动，在信号中呈现接近单边振荡衰减的响应波形。（2）幅值调制和频率调制。存在故障的齿轮在其啮合频率及谐波频率上会有较大的振动幅值。同时在啮合频率及其谐波附近存在调制作用的边频带，边频间距即调制频率可以是以下几种：各个旋转轴的转频（包括输入轴、输出轴、中间轴）；外部转速或负荷的波动频率；追逐齿频率；当变速器中同时存在两种及以上故障时，调制频率也可以是各种故障频率之和或之差，也称为中间频率。

3 滚动轴承的振动类型

滚动轴承由四大元件组成，包括外圈、内圈、滚动体和保持架。不同元件的振动频率不同，滚动轴承发生局部故障时，故障轴承所在轴每转动一圈，会产生一个或若干个冲击力，使轴承系统产生周期性的自由衰减振动，从而产生特定频率的冲击信号。滚动轴承的振动类型很多，导致轴承振动的因素也很多，比如，有由于轴承本身刚性元件的存在而引起的振动，有轴承的故障所引起的振动等。本文将这些因素归纳为三大类：（l）由于轴承的变形而引起的振动滚动轴承可以看做一弹性体，在滚动轴承工作时，滚动体的承载力不断变化使滚动轴承产生弹性变形，进而导致冲击振动现象。（2）由于轴承的故障而引起的振动在轴承长期的工作过程中，各个元件不可避免的会发生局部损伤现象。随着损伤的不断累积，最后导致滚动轴承发生故障，从而引起轴承的振动。（3）由于轴承加工制造过程中引起的振动在轴承的制造加工过程中，由于人为因素导致轴承的加工误差、轴承的表面光洁度、装配误差超出允许的范围值，从而引起轴承的振动。

4 汽车变速器故障振动诊断与检测

在实际对滚动轴承进行故障诊断过程中，由于轴承的加工制造误差、安装不当等因素造成滚动轴承的滚动体在轴承内外圈滚道上并不是做纯粹的滚动，而是带有一定的滑动现象。这一现象体现在故障信号的频谱图上就是信号的峰值对应的故障特征频率不是总和理论值相对应的，而是有一定的偏差。因此，只要找到该特征频率的近似值即可完成对该故障的诊断。随着对低噪声轴承的要求越来越高，对于轴承振动的检测要求也变得越来越高，这促进市场上出现了很多种的滚动轴承振动测量仪（以下简称“测振仪”）。（1）机械驱动装置。轴承振动是轴承的动态性能，测量轴承振动需要使轴承内圈以一定的转速旋转，轴承外圈保持不动才能激励轴承的振动。如图1所示，机械驱动装置就是保证能将轴承的振动激励出来，主要包括主轴部分和轴向加载两部分。主轴部分是由伺服电动机带动主轴继而再使轴承内圈旋转起来，轴向加载部分有3个橡胶触头抵在轴承外圈上，通过调节加载按钮改变加载载荷的大小，使外圈相对内圈静止不动。（2）传感器拾振系统。测振仪上加速度传感器固定安装在被测轴承上测量是很不实际的，所以将传感器拾振系统做成探针式系统进行测量，测量示意图如图1所示。传感器拾振系统的外壳由底座、端盖和套筒组成，紧固安装在测振仪上。底座中心加工引导孔，测头的运动由引导孔精确引导和定向。套筒中间安装有弹簧，加速度传感器通过双头螺柱与测头安装在一起，安装初状态弹簧压缩使测头和被测轴承始终保持接触。当被测轴承内圈旋转时，轴承外圈外径表面上一点径向振动通过测头传递到加速度传感器，转化成电荷量后由电缆输出至测量电箱中。

5 结束语

汽车的大量普及，一方面确实给人们的出行带来了极大地方便，但另一方面，汽车在使用中带来的负面影响也不容忽视，变速器作为汽车中的重要部件，做好其故障诊断与检测工作非常重要，根据故障特点，按照程序，由外到内、由表及里地对自动变速器故障进行诊断与检测，将大大缩短检修时间，降低故障的返修率。

参考文献

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[2]江洪，徐建锋，赖泽豪，徐兴.变速器振动对纯电动汽车车内噪声的影响[J].机械设计与制造，2015，01：48-51.