汽車主減總成NVH性能在線檢測(cè)技術(shù)的研究.doc

位類壓科向?qū)?師及 職 稱蝰 答 辯委員 會(huì) 簽 名： 韉弧 俺 主張孥南，艇 妒 舢 蚺泵 鲺觸 乙溉 友導(dǎo) 一 一獨(dú) 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(jī) 構(gòu)的 學(xué)位 或 證 而 使學(xué)位 論文作者簽字：留釤鈦 摘要 甆 籒 ； 致 測(cè) 試準(zhǔn) 備 工 作 圖 主 減 振 動(dòng)信號(hào)分 類 圖 諧 波 信號(hào)及 其傅 里葉變 換圖 仿 真信號(hào)及 其周期圖 法功 率譜 圖 喙 睪 癢法功 率譜 圖 小 波 對(duì)諧 波 信號(hào)去 噪效 果圖 圖 原 始信號(hào)三層 小 波 分 解 樹圖 含噪諧 波 信號(hào)三層 小 波 分 解 圖 圖 原 始信號(hào)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(cè) 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(xué)科 基礎(chǔ) 上 的 ， 既 有理論基礎(chǔ) 又 有實(shí) 際應(yīng)用背 景 的 交叉 性 學(xué)科 。進(jìn)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(jī) 理、 獲 取 故障 信息 、 提 取 故障 特 征 、 狀 態(tài)識(shí) 別 和故障 診 斷 。故障 診斷 的 基本 流 程 如 圖 所 示 。 世 紀(jì) 年 代 ， 故障 診 斷 技 術(shù) 逐 步 走 向 成 熟 和實(shí) 用階 段 。檢測(cè) 設(shè)備 和故障 診 斷 技 術(shù) 都 有了明顯 的 發(fā)展 ， 利用計(jì)算機(jī) 進(jìn)行 輔助 檢測(cè) 和輔助 診 斷 已經(jīng)成 為重 要 的 診 斷 手 段 ， 診 斷 檢測(cè) 方 法也從 人工 測(cè) 試方 法發(fā)展 到 了現(xiàn)代 儀 器 設(shè)備 測(cè) 試法和系統(tǒng) 測(cè) 試法等， 一些 質(zhì) 量 檢測(cè) 設(shè)備 和故障 診 斷 設(shè)備 慢慢地運(yùn) 用到 實(shí) 際生產(chǎn)中 。 所 示 ， 越 來 越 多的 故障 診 斷 設(shè)備 運(yùn) 用在工 業(yè)現(xiàn)場(chǎng) 。圖 圖 減 的 實(shí) 際運(yùn) 行 工 況， 利用振 動(dòng)信號(hào)分 析設(shè)備 拾 取 振 動(dòng)信號(hào)， 評(píng) 價(jià) 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(dòng)機(jī) 理及 其振 動(dòng)信號(hào)特 征 表 主 減 速器 分 類表圓 柱齒輪 式 潤 滑 油 選用不 當(dāng) 或 其他 原 因 導(dǎo) 致潤 滑 不 正 常；差速器 殼與 被 動(dòng)齒輪 連 接 螺 栓 松 動(dòng)； 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(gè) 滾 動(dòng)加 滑 動(dòng)的 過 程 ， 主 動(dòng)齒輪 的 嚙合 特 點(diǎn)是：每 個(gè) 主 動(dòng)輪 齒的 嚙合 點(diǎn)都 是從 齒根到 齒頂 ， 而 從 動(dòng)齒輪 正 好 與 其相 反 ， 由 于 嚙合 點(diǎn)的 變 化 ， 各嚙合 點(diǎn)處 齒輪 副 的 剛度也隨 之 變 化 ， 這 也是齒輪 產(chǎn)生振 動(dòng)的 原因 之 一； 在齒輪 輪 齒進(jìn)入 嚙合 區(qū) 域的 時(shí)候， 會(huì) 出 現(xiàn)嚙入 或 嚙出 沖 擊， 這 又 加 劇了齒輪 的 振 動(dòng)。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(huì) 由 于 嚙 幅 值調(diào) 制 需 要 兩個(gè) 信號(hào)， 一個(gè) 稱為 載 波 信號(hào)， 另 一個(gè) 就 是調(diào) 制 信號(hào)。在主 霉圖 調(diào) 制 、 載 波 信號(hào)及 其頻譜圖根據(jù)式 ， 和經(jīng)過 幅 值調(diào) 制 后產(chǎn)生的 時(shí)域信號(hào)為 ： 過 頻率調(diào) 制 的 結(jié) 果是： 主 減 內(nèi)滾 動(dòng)軸 承的 故障 原 因 有很多， 表 現(xiàn)為 磨 損、 表 面剝 落、 點(diǎn)蝕、 裂紋于 主 減 的 工 作環(huán) 境 是高 速重 載 ， 當(dāng) 軸承潤 滑 不 良 時(shí)， 有可 能 會(huì) 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(duì)商 用車 常用主 減 進(jìn)行 了分 類。以單級(jí) 主 減 速器 為 例， 對(duì)其失效 原 因 進(jìn)行 了剖 析。對(duì)主 背 齒嚙合 、 軸承、軸的 振 動(dòng)機(jī) 理進(jìn)行 了詳細(xì)的 分 析， 同 時(shí)， 引 用圖 例解 釋 了主 減 運(yùn) 行 過 程 中 產(chǎn)生的 各種 振 動(dòng)信號(hào)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(zhǔn) 備 工 作。 第 三章 故障 診 斷 特 征 信號(hào)分 析方 法的 研究 均 值“， 峭 度 平 均 值反 映 的 是振 動(dòng)信號(hào)的 整 體 能 量 水 平 ；最 大 值反 映 的 是振 動(dòng)信號(hào)的 最 大 幅肚 眚 的 變 化 反 映 了信號(hào)和的 相關(guān) 性 。自 相 關(guān) 函 數(shù) 痜 傅 里葉變 換進(jìn)行 傅 里葉變 換， 采 樣！ 螂圖 仿 真信號(hào)及 其周 期圖 法功 率譜 ， 表 示 傅 里葉逆 變 換， 即 倒 譜就 是對(duì)功 率譜密 度函 數(shù) 的 對(duì)數(shù) 進(jìn)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(hào)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(jiǎn)化 為 單根的 譜線， 從 而 使 圖 譜更加 簡(jiǎn)潔 ， 突 出 諧 波 信號(hào)成 份 。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) ， 故障 源 或 者是振 動(dòng)源 信號(hào)往 往 受 到 傳播 路徑的 影響 ， 倒 譜分 析能 夠提取 振 源 信號(hào)， 減 小 傳遞路徑對(duì)源 信號(hào)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(hào)處 理方 法 町 冢 萬圖 小 波 對(duì)諧 波 信號(hào)去 噪效 果圖 作用。耄， 。一圖 含噪諧 波 信號(hào)三層 小 波 分 解 圖 圖 原 始信號(hào)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(shí)間 間 隔采 樣， 另 一路轉(zhuǎn) 速信號(hào)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(dòng)檢測(cè) 系統(tǒng) 進(jìn)行 通 訊 ， 完成 振 動(dòng)檢測(cè) 。供 電 、 控制 信號(hào)都 由 這 里接 出 。左 右加 載 系統(tǒng) 由 氣 缸 、 電 機(jī) 、 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(hào) 電 機(jī) 啟 動(dòng) 氣 缸 前 進(jìn) 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(jìn)的 過 程 中 ， 完成 花鍵軸 與 差速器 內(nèi)半 軸齒輪 的 對(duì)中 。電 機(jī) 模擬 車 輛在行 進(jìn)過 程 中 遇 到 的 阻 力矩， 可 以完成對(duì)實(shí) 際工 況的 模擬 。主 減 速器 總成 是在加 載 條件 下完成 試驗(yàn)的 ， 試驗(yàn)過 程 中 ， 驅(qū) 動(dòng)端的 最 大 設(shè) 主 減 驅(qū) 動(dòng)也機(jī) 如 圖 所 示 ， 振 動(dòng)信號(hào)診 斷 系統(tǒng) 需 要 的 兩路信號(hào)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(dòng)端的 電 機(jī) 尾部 ， 規(guī)格 為 脈 沖 轉(zhuǎn) 。此處 編 碼器 有兩個(gè) 功 能 ： 一是通 過 計(jì)數(shù) 器 來 獲 取 參考軸 的 轉(zhuǎn) 速信號(hào)； 二是根據(jù)系統(tǒng) 振 動(dòng)信號(hào)的 采 樣頻率， 讀 取 到 固 定脈 沖 數(shù) 時(shí)， 觸 發(fā)振 動(dòng)信號(hào)采 集 卡采 集 振 動(dòng)信號(hào)。 圖 電 荷放 大 器 它 是用于 旋 轉(zhuǎn) 類機(jī) 械產(chǎn)品 ， 如 變 速箱 ， 傳動(dòng)器 ， 發(fā)動(dòng)機(jī) 等的 下線質(zhì) 量 專 業(yè)檢測(cè)分 析系統(tǒng) 。它 通 過 檢測(cè) 被 測(cè) 產(chǎn)品 的 結(jié) 構(gòu)振 動(dòng)， 與 系統(tǒng) 自 動(dòng)生成 的 “基準(zhǔn) ”譜線做比 較 ， 對(duì)被 測(cè) 產(chǎn)品 作出 宏 觀 的 合 格 與 否 的 評(píng) 價(jià) ， 同 時(shí)對(duì)被 測(cè) 產(chǎn)品 給 出 詳細(xì)的量 化 的 評(píng) 價(jià) 結(jié) 果， 包 括序品 質(zhì) ， 相 對(duì)序品 質(zhì) 、 平 均 振 幅 、 頻率品 質(zhì) 、 相 對(duì)頻率品 質(zhì) 等指 標(biāo)。 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(gè) 試驗(yàn)對(duì)象 ， 縱 坐標(biāo)表 示 不 合 格 率， 主 界面上 的 順 序做詳細(xì)介 紹 。序煺列判窪龐痬： 評(píng) 價(jià) 振 動(dòng)信號(hào)的 離散 。差速性 能 試驗(yàn)通 過 兩加 載 端電 機(jī) 的 不 同 轉(zhuǎn) 速來 檢驗(yàn)差速器 性 能 ：磨 合 試驗(yàn)可 以檢測(cè) 主 減 總成 主 錐 軸承預(yù)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(yàn)做準(zhǔn) 備 ；加 載 試驗(yàn)是整 個(gè) 檢測(cè) 系統(tǒng) 的 核 心部 分 ， 通 過 振 動(dòng)信號(hào)可 以檢測(cè) 主 減 總成 的噪音 是否 超 標(biāo) ， 而 且 能 根據(jù)對(duì)振 動(dòng)信號(hào)的 分 析和統(tǒng) 計(jì)， 評(píng) 價(jià) 主 減 的 綜合 性 能 。我們主 要 以振 動(dòng)信號(hào)診 斷 系統(tǒng) 為 研究對(duì)象 ， 其加 載 過 程 需 要 在兩個(gè) 時(shí)段 采集 振 動(dòng)信號(hào)， 即 正 拖 和反 拖 兩個(gè) 階 段 。正 拖 階 段 驅(qū) 動(dòng)端提 供 動(dòng)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(diǎn)是齒輪 副的 兩個(gè) 表 面都 能 被 檢測(cè) 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(dòng)端為 轉(zhuǎn) 速控制 ， 而 加 載 端為 扭矩控制 。 橋總成 的 振 動(dòng)信號(hào)診 斷 與 主 減 的 不 同 點(diǎn)是：貼 合 ， 必 然會(huì) 留 有間 隙 ， 這 使 得 傳遞到 夾 具上 的 故障 信號(hào)大 為 減 弱 ， 而 且 還伴有其他 振 動(dòng)干 擾。鑒 于 此點(diǎn)考慮 ， 橋總成 振 動(dòng)信號(hào)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(duì)測(cè)點(diǎn)的 控制 更加 靈活 。 進(jìn)行 夾緊 固 定： 示 為 和， 如 圖 所 示 。從 試驗(yàn)結(jié) 果可 以看出 ， 和曲 線表 現(xiàn)出 的 因 此， 可 靠 的 振 動(dòng)信號(hào)診 斷 系統(tǒng) 應(yīng)具備 以下特 點(diǎn)：特 點(diǎn)。如 果存在較 大 差異 ， 則應(yīng)該 檢查設(shè)備 是否 有松 動(dòng)、 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(duì)檢測(cè) 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(yàn)可 以看出 ， 在自 學(xué)習(xí) 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(dòng)能 量 分 布情 況。 轉(zhuǎn) 頻為 基頻的 振 動(dòng)， 所 以可 以判斷 調(diào) 制 信號(hào)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(dòng)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(biāo) ， 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(yán)重 超 標(biāo) 的 主 減 ， 尤 其是在序品 質(zhì) 和相 對(duì)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(píng) 價(jià) 的 一項(xiàng) 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(gè) 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