汽車主減總成NVH性能在線檢測技術(shù)的研究.doc

位類壓科向?qū)?師及 職 稱蝰 答 辯委員 會 簽 名： 韉弧 俺 主張孥南，艇 妒 舢 蚺泵 鲺觸 乙溉 友導 一 一獨 創(chuàng)性 聲 明寫過 的 研究成 果， 也不 包 含為 獲 得或 其他 教 育機 構(gòu)的 學位 或 證 而 使學位 論文作者簽字：留釤鈦 摘要 甆 籒 ； 致 測 試準 備 工 作 圖 主 減 振 動信號分 類 圖 諧 波 信號及 其傅 里葉變 換圖 仿 真信號及 其周期圖 法功 率譜 圖 喙 睪 癢法功 率譜 圖 小 波 對諧 波 信號去 噪效 果圖 圖 原 始信號三層 小 波 分 解 樹圖 含噪諧 波 信號三層 小 波 分 解 圖 圖 原 始信號三層 小 波 包 分 解 樹圖 圖 階 次 譜線比 較 圖 圖 系統(tǒng) 穩(wěn) 定性 測 試圖 系統(tǒng) 參考譜線的 生成 圖 故障 因 素 的 影響 圖 嚙合 階 次 分 析圖 主 減 階 次 譜邊頻信息 圖 第 一章 緒 論 故障 診 斷 技 術(shù) 是一門建 立 在多學科 基礎(chǔ) 上 的 ， 既 有理論基礎(chǔ) 又 有實 際應用背 景 的 交叉 性 學科 。進行 故障 診 斷 的 目的 是發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品 故障 ， 剔除 殘 次 品 ， 利用各種 診 斷 方 法， 確 定故障 類型以及 故障 位 置 。故障 診 斷 技 術(shù) 研究的 主 要 內(nèi)容 包括： 故障 機 理、 獲 取 故障 信息 、 提 取 故障 特 征 、 狀 態(tài)識 別 和故障 診 斷 。故障 診斷 的 基本 流 程 如 圖 所 示 。 世 紀 年 代 ， 故障 診 斷 技 術(shù) 逐 步 走 向 成 熟 和實 用階 段 。檢測 設備 和故障 診 斷 技 術(shù) 都 有了明顯 的 發(fā)展 ， 利用計算機 進行 輔助 檢測 和輔助 診 斷 已經(jīng)成 為重 要 的 診 斷 手 段 ， 診 斷 檢測 方 法也從 人工 測 試方 法發(fā)展 到 了現(xiàn)代 儀 器 設備 測 試法和系統(tǒng) 測 試法等， 一些 質(zhì) 量 檢測 設備 和故障 診 斷 設備 慢慢地運 用到 實 際生產(chǎn)中 。 所 示 ， 越 來 越 多的 故障 診 斷 設備 運 用在工 業(yè)現(xiàn)場 。圖 圖 減 的 實 際運 行 工 況， 利用振 動信號分 析設備 拾 取 振 動信號， 評 價 產(chǎn)品 質(zhì) 量 ；圖 第 六章 ： 總結(jié) 本 文的 主 要 研究成 果， 展 望今 后要 做的 研究工 作。 第 二章 主 減 總成 振 動機 理及 其振 動信號特 征 表 主 減 速器 分 類表圓 柱齒輪 式 潤 滑 油 選用不 當 或 其他 原 因 導 致潤 滑 不 正 常；差速器 殼與 被 動齒輪 連 接 螺 栓 松 動； 圖 直 齒圓 柱齒輪 嚙合 過 程 示 意圖由 于 齒輪 的 嚙合 過 程 是一個 滾 動加 滑 動的 過 程 ， 主 動齒輪 的 嚙合 特 點是：每 個 主 動輪 齒的 嚙合 點都 是從 齒根到 齒頂 ， 而 從 動齒輪 正 好 與 其相 反 ， 由 于 嚙合 點的 變 化 ， 各嚙合 點處 齒輪 副 的 剛度也隨 之 變 化 ， 這 也是齒輪 產(chǎn)生振 動的 原因 之 一； 在齒輪 輪 齒進入 嚙合 區(qū) 域的 時候， 會 出 現(xiàn)嚙入 或 嚙出 沖 擊， 這 又 加 劇了齒輪 的 振 動。由 此可 見， 在不 考慮 齒輪 的 制 造 和裝配 誤 差的 情況下， 齒輪 還是會 由 于 嚙 幅 值調(diào) 制 需 要 兩個 信號， 一個 稱為 載 波 信號， 另 一個 就 是調(diào) 制 信號。在主 霉圖 調(diào) 制 、 載 波 信號及 其頻譜圖根據(jù)式 ， 和經(jīng)過 幅 值調(diào) 制 后產(chǎn)生的 時域信號為 ： 過 頻率調(diào) 制 的 結(jié) 果是： 主 減 內(nèi)滾 動軸 承的 故障 原 因 有很多， 表 現(xiàn)為 磨 損、 表 面剝 落、 點蝕、 裂紋于 主 減 的 工 作環(huán) 境 是高 速重 載 ， 當 軸承潤 滑 不 良 時， 有可 能 會 出 現(xiàn)軸承燒 傷 ， 、后兀一丫口 承的 哪 一部 分 首 先 損壞 ， 堙眩 本 章 首 先 介 紹 了主 減 速器 的 功 能 ， 在此基礎(chǔ) 上 ， 對商 用車 常用主 減 進行 了分 類。以單級 主 減 速器 為 例， 對其失效 原 因 進行 了剖 析。對主 背 齒嚙合 、 軸承、軸的 振 動機 理進行 了詳細的 分 析， 同 時， 引 用圖 例解 釋 了主 減 運 行 過 程 中 產(chǎn)生的 各種 振 動信號特 征 。了解 了主 減 的 構(gòu)造 及 其故障 圖 譜特 征 ， 為 后文的 故障 分析診 斷 做好 準 備 工 作。 第 三章 故障 診 斷 特 征 信號分 析方 法的 研究 均 值“， 峭 度 平 均 值反 映 的 是振 動信號的 整 體 能 量 水 平 ；最 大 值反 映 的 是振 動信號的 最 大 幅肚 眚 的 變 化 反 映 了信號和的 相關(guān) 性 。自 相 關(guān) 函 數(shù) 痜 傅 里葉變 換進行 傅 里葉變 換， 采 樣！ 螂圖 仿 真信號及 其周 期圖 法功 率譜 ， 表 示 傅 里葉逆 變 換， 即 倒 譜就 是對功 率譜密 度函 數(shù) 的 對數(shù) 進行通 過 倒 譜分 析， 經(jīng)過 加 權(quán)處 理的 較 低幅 值能 量 被 放 大 。因 此， 倒 譜能 清 楚的 發(fā)現(xiàn)原 始信號中 的 周期成 分 ， 方 便 故障 診 斷 。倒 譜頻譜能 使 頻譜上 成 族 的 邊頻帶 譜線簡化 為 單根的 譜線， 從 而 使 圖 譜更加 簡潔 ， 突 出 諧 波 信號成 份 。在工業(yè)現(xiàn)場 ， 故障 源 或 者是振 動源 信號往 往 受 到 傳播 路徑的 影響 ， 倒 譜分 析能 夠提取 振 源 信號， 減 小 傳遞路徑對源 信號的 影響 ， 所 以倒 譜分 析還可 用于 語 音 分 析及解 卷 積 ?，F(xiàn)代 信號處 理方 法 町 冢 萬圖 小 波 對諧 波 信號去 噪效 果圖 作用。耄， 。一圖 含噪諧 波 信號三層 小 波 分 解 圖 圖 原 始信號三層 小 波 包 分 解 樹 、 根據(jù)上 述 內(nèi)容 ， 階 次 和頻率的 關(guān) 系可 以如 下表 示 ： 數(shù) 據(jù)采 集 卡按 照 等時間 間 隔采 樣， 另 一路轉(zhuǎn) 速信號單硬 件 采 樣的 過 程 是在輸入 軸上 裝上 編 碼器 ， 編 碼器 按本 章 小 結(jié) 振 動檢測 系統(tǒng) 進行 通 訊 ， 完成 振 動檢測 。供 電 、 控制 信號都 由 這 里接 出 。左 右加 載 系統(tǒng) 由 氣 缸 、 電 機 、 聯(lián) 軸器 、 扭矩轉(zhuǎn) 速傳感 器 、 軸承座 和加 載 端組成 。加 載 流 程 如 下： 得 到 加 載 信號 電 機 啟 動 氣 缸 前 進 完成 加 載 。加 載 端的前 段 是類似 于 車 橋半 軸的 花鍵軸 ， 在低速旋 轉(zhuǎn) 前 進的 過 程 中 ， 完成 花鍵軸 與 差速器 內(nèi)半 軸齒輪 的 對中 。電 機 模擬 車 輛在行 進過 程 中 遇 到 的 阻 力矩， 可 以完成對實 際工 況的 模擬 。主 減 速器 總成 是在加 載 條件 下完成 試驗的 ， 試驗過 程 中 ， 驅(qū) 動端的 最 大 設 主 減 驅(qū) 動也機 如 圖 所 示 ， 振 動信號診 斷 系統(tǒng) 需 要 的 兩路信號分 別 由 脈 沖 編 碼器 和加速度傳感 器 獲 取 。編 碼器 裝在主 驅(qū) 動端的 電 機 尾部 ， 規(guī)格 為 脈 沖 轉(zhuǎn) 。此處 編 碼器 有兩個 功 能 ： 一是通 過 計數(shù) 器 來 獲 取 參考軸 的 轉(zhuǎn) 速信號； 二是根據(jù)系統(tǒng) 振 動信號的 采 樣頻率， 讀 取 到 固 定脈 沖 數(shù) 時， 觸 發(fā)振 動信號采 集 卡采 集 振 動信號。 圖 電 荷放 大 器 它 是用于 旋 轉(zhuǎn) 類機 械產(chǎn)品 ， 如 變 速箱 ， 傳動器 ， 發(fā)動機 等的 下線質(zhì) 量 專 業(yè)檢測分 析系統(tǒng) 。它 通 過 檢測 被 測 產(chǎn)品 的 結(jié) 構(gòu)振 動， 與 系統(tǒng) 自 動生成 的 “基準 ”譜線做比 較 ， 對被 測 產(chǎn)品 作出 宏 觀 的 合 格 與 否 的 評 價 ， 同 時對被 測 產(chǎn)品 給 出 詳細的量 化 的 評 價 結(jié) 果， 包 括序品 質(zhì) ， 相 對序品 質(zhì) 、 平 均 振 幅 、 頻率品 質(zhì) 、 相 對頻率品 質(zhì) 等指 標。 嚅甏匿琍曩 甄孥努 氍僅 。圖 爸 骷 鮊在線診 斷 系統(tǒng) ”用戶界面 如 圖 荊 嶙 甌 硎 咀罱個 試驗對象 ， 縱 坐標表 示 不 合 格 率， 主 界面上 的 順 序做詳細介 紹 。序煺列判窪龐痬： 評 價 振 動信號的 離散 。差速性 能 試驗通 過 兩加 載 端電 機 的 不 同 轉(zhuǎn) 速來 檢驗差速器 性 能 ：磨 合 試驗可 以檢測 主 減 總成 主 錐 軸承預緊 力是否 合 格 ， 反 映 在空 載 阻 力矩上 ， 而 且 通 過 磨 合 可 以去 除 齒輪 表 面毛 刺 ， 為 后面的 加 載 試驗做準 備 ；加 載 試驗是整 個 檢測 系統(tǒng) 的 核 心部 分 ， 通 過 振 動信號可 以檢測 主 減 總成 的噪音 是否 超 標 ， 而 且 能 根據(jù)對振 動信號的 分 析和統(tǒng) 計， 評 價 主 減 的 綜合 性 能 。我們主 要 以振 動信號診 斷 系統(tǒng) 為 研究對象 ， 其加 載 過 程 需 要 在兩個 時段 采集 振 動信號， 即 正 拖 和反 拖 兩個 階 段 。正 拖 階 段 驅(qū) 動端提 供 動力， 加 載 端提 供阻 力， 而 反 拖 階 段 則正 好 相 反 ， 使 用正 拖 和反 拖 相 結(jié) 合 的 方 式 ， 優(yōu)點是齒輪 副的 兩個 表 面都 能 被 檢測 到 。荊 珼 和坦 ， 其中 速度范 圍 圓域川區(qū) 間 ， 扭矩為 恒定， 所 以驅(qū) 動端為 轉(zhuǎn) 速控制 ， 而 加 載 端為 扭矩控制 。 橋總成 的 振 動信號診 斷 與 主 減 的 不 同 點是：貼 合 ， 必 然會 留 有間 隙 ， 這 使 得 傳遞到 夾 具上 的 故障 信號大 為 減 弱 ， 而 且 還伴有其他 振 動干 擾。鑒 于 此點考慮 ， 橋總成 振 動信號診 斷 的 傳感 器 可 以考慮 使 用磁 鐵吸 附 式 安裝或 聲 波 激 光傳感 器 ， 而 不 是直 接 固 定在夾 具上 ， 這 樣使 得 對測點的 控制 更加 靈活 。 進行 夾緊 固 定： 示 為 和， 如 圖 所 示 。從 試驗結(jié) 果可 以看出 ， 和曲 線表 現(xiàn)出 的 因 此， 可 靠 的 振 動信號診 斷 系統(tǒng) 應具備 以下特 點：特 點。如 果存在較 大 差異 ， 則應該 檢查設備 是否 有松 動、 夾 緊 是否 合 格 、 傳感器 是否 固 定等， 必 須 最 大 限 度的 排 除 外 在因 素 對檢測 結(jié) 果的 影響 ， 否 則最 后生成 的 參考曲 線的 參考意義就 大 大 降低了。從 上 面的 試驗可 以看出 ， 在自 學習 階 段 ， 產(chǎn)品 在某 些 階 次 出 現(xiàn)較 大 的 分 量 主 減 的 主 要 振 動能 量 分 布情 況。 轉(zhuǎn) 頻為 基頻的 振 動， 所 以可 以判斷 調(diào) 制 信號的 頻率與 轉(zhuǎn) 頻相 等， 可 以作為 診 斷頻率為 基頻的 各倍 頻上 ， 而 嚙合 頻率與 主 齒數(shù) 相 等；的 信息 越 明顯 ；一幅 綠 色 背 景 表 示 譜線的 所 有階 次 幅 值都 沒 有超 過 參考譜線， 屬 于 振 動較 小 的優(yōu)良 產(chǎn)品 ： 中 間 背 景 黃 色 且 合 格 的 主 減 ， 在某 些 部 分 出 現(xiàn)了超 標 ， 但 是幅 度較小 ， 系統(tǒng) 給 出 警 告 信息 ， 需 要 密 切關(guān) 注 ， 但 仍 判定為 合 格 ；最 后紅 色 部 分 表 示的 是嚴重 超 標 的 主 減 ， 尤 其是在序品 質(zhì) 和相 對序品 質(zhì) 的 分 析上 ， 與 大 部 分 主 減差異 很大 ， 判定為 不 合 格 。 主 減 的 閱 懿 問魑狽性 能 評 價 的 一項 重 要 參數(shù) ， 不 僅 能 給 廠 家明確 的 數(shù) 字化 的 質(zhì) 量 概 念， 還可 以作為 質(zhì) 量 控制 的 一個 重 要 手 段 。合 格刪 褒 盔 不 合 格刪 警 薯 圖 骷 醯湫凸 收蟣 高 ， 分 布在祝 渚 嗖 晃 猯 階 ， 由 此推 斷 不 是嚙合 相