阶次分析在驱动桥异响中的应用

彭宜爱，沙晓铭，秦政委

阶次分析在驱动桥异响中的应用

彭宜爱1，沙晓铭2，秦政委1

（1.安徽江淮汽车集团股份有限公司商务车公司，安徽 合肥 230601；2.合肥美桥汽车传动及底盘系统有限公司，安徽 合肥 230601）

通过运用阶次分析技术对整车噪音测试以及驱动桥桥壳振动测试，对噪音和振动信号阶次分析和阶次谱分析，对比轴承阶次分析结果，驱动桥异响原因为主动齿轮外轴承故障；并通过交叉测试验证以及轴承拆解测量，确认了分析的准确性。

驱动桥异响；阶次分析；阶次谱分析

前言

阶次分析的信号采样以转速为参考，实时分析采样频率随转速变化，由于采样频率随转速升高而提高，所以可以消除“频率模糊”现象，从而被广泛用于旋转机械的故障诊断[1]。本文运用阶次分析及阶次谱分析，对某MPV车型后驱动桥异响故障进行诊断，该方法能有效在整车条件下快速找到驱动桥异响故障原因。

1 故障现象

某MPV车型在4-WOT工况中，1900rpm-2400rpm驱动桥啸叫异响，类似“呜呜”音，通过此故障描述，按经验判断一般为故障原因为齿轮啸叫导致，但经更换齿轮，却无法解决此故障。为进一步确认故障原因，通过阶次分析对整车噪音以及振动进行测试，具体说明如下：

（1）参考转速：传动轴转速，转速传感器布置于传动轴后段；

（2）噪音测点；驾驶员右耳；

（3）振动测点：驱动桥主动齿轮桥壳。

通过对车内噪音（如图1）及驱动桥壳体振动瀑布图（如图2）分析，啸叫异响由11.29阶引起。

2 旋转部件理论阶次分析

对于整体式驱动桥旋转部件主要有：主被动齿轮、差速器齿轮、主动齿轮内外轴承、差速器左右轴承，以及轮毂轴承。由于正常直行过程中，差速器齿轮不参与啮合，因此，差速器齿轮可以排除。

图1 车内噪音瀑布图

图2 驱动桥桥壳振动瀑布图

主被动齿轮在啮合过程中，每个齿轮啮合会产生一次激励。因此，齿轮啮合基频阶次可以按（1）式计算：

O为主被动齿轮啮合阶次；

O为传动轴旋转阶次，当参考转速为传动轴时，取1；

为主动齿轮齿数；

滚动轴承工作时，会因滚动体或内外轴承座偏心，滚道表面波纹，保持架变形，以及滚道加工精度不足等，会导致轴承产生结构振动从而形成辐射噪声，且不同部位的故障其振动频率和阶次是存在差异的，并且和轴承几何特征参数关联，轴承故障特征基频阶次可以按（2）、（3）、（4）、（5）式计算：

O为保持架故障阶次；

O为滚动体旋转故障阶次；

O为外环故障阶次；

O为内环故障阶次；

为滚动体直径，为滚动轴承平均直径(滚动体中心处直径)，为径向接触角，为滚动体数目，n为轴承外环转速，n为轴承内环转速。

本文主动齿轮为8个齿，代入（1）式，即主被动齿轮啮合基频阶次为8阶次。

对本文所采用的差速器轴承、主动齿轮内外侧轴承进行阶次计算，分别代入（2）-（5）式中，其中主动齿轮外轴承几何近似参数=7.3，=49.2，=19.5°，=18，其内环故障阶次为10.26，与故障阶次最接近，推测可能是此轴承导致。

3 阶次谱分析

对桥壳振动阶次谱分析，如下图3，在阶次谱中表现为在11.29阶次及其倍频阶次处有明显的谱线[2]，和轴承故障阶次图谱吻合。

图3 桥壳振动阶次谱

4 验证确认

为进一步试验确认是否为主齿外轴承故障导致，进行交叉测试验证，具体如下图4所示，通过对异响桥1、正常桥、异响桥2交叉测试验证，确认故障随主齿外轴承转移。

图4 交叉测试验证

对故障轴承进行拆解确认，对其内环进行确认，外观可见处，滚动体有明显的转动磨痕轨迹，内环并带有硬物碾压的凹坑，如下图5中标记所示。验证及拆解结果与测试及理论分析结果吻合。

图5 轴承拆解图

5 结论

本文通过对车内噪音测试及驱动桥壳体振动测试，运用阶次分析原理，对测试数据分析，确认了故障阶次；对驱动桥旋转部件进行理论阶次计算，与故障阶次对比，寻找接近阶次，与具体部件建立对应关系；进一步对振动数据进行阶次谱分析，确认了与轴承故障典型阶次谱吻合，呈现倍频关系；同时对故障桥进行交叉验证及拆解确认，验证及拆解结果与测试及理论分析结果吻合。此驱动桥异响诊断方法可以快速有效在整车条件下进行，为驱动桥异响诊断提供一种参考方法。

[1] 张守元,李鹤,张义明.阶次跟踪技术及其在汽车NVH中的应用[J].轻型汽车技术,2009.

[2] 李辉,郑海起,唐立伟.阶次包络谱在轴承故障诊断中的应用[J].机械强度,2007.

The Application of Order Analysis in the Abnormal Sound of the Driving Bridge

Peng Yiai1, Sha Xiaoming2, Qin Zhengwei1

( 1.Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd. Commercial Vehicle Company, Anhui Hefei 230601;2.Hefei Meiqiao Automobile Transmission and Chassis System Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Through the application of order analysis technology to complete vehicle noise test and driving axle housing vibration test, order analysis and order spectrum analysis of noise and vibration signals, and the comparison of order analysis results of bearing, the cause of abnormal noise of the driving axle is the fault of the external bearing of the driving gear. The accuracy of the verified by cross testing and bearing disassembly measurement.

Drive axle abnormal noise; Order analysis; Order spectrum analysis

U467

B

1671-7988(2019)24-85-03

U467

B

1671-7988(2019)24-85-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.028

彭宜爱，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司商务车公司。