撰文/钟鸣杨岱璋吴仲华

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变速箱异响诊断技术的研究探微

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机械优化设计是近年来发展起来的一门新的学科，起始于60年代，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具，在机械应用的实践中，机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。本文重点介绍机械优化设计理论基础的同时，对其特点、评价方式进行了总结，并指出该领域中应当进一步研究的问题和发展方向。机械优化设计；数学模型；优化方法；智能优化

随着汽车工业的快速发展，原有变速箱检测技术已近不能满足市场需求，由此加强对变速箱异响诊断技术研究，能够找到一套完整、系统的故障诊断方案，对汽车产业发展有重要意义。变速箱；异响诊断；技术研究

变速箱异响故障出现的原因

齿轮失效。磨如果齿轮工作面上出现过多的金属氧化物或者金属微粒，将造成磨粒磨损。大部分颗粒直径都在20um以上。小颗粒都以嵌入方式存在齿轮工作面上，如果不能及时发现将留下刮痕，噪声变大，甚至会出现断齿。

轴承失效。磨损严重造成失效，原因是磨料聚集过多；疲劳失效，原因是疲劳应力加大，强制安装或者润滑不良导致的；腐蚀失效，原因是化学物质失效引发化学腐蚀、电腐蚀以及微腐蚀。

变速箱异响诊断平台的搭建

选取变频器与连接方法。本文选取CHF100A—6R5G/011P-4型变频器，功率范围在1.2kW～4kW之间；使用PG矢量控制、V/F控制以及转矩控制方法。将直流电抗器布置其中，将整机运行效率提高，将其与制动电阻相连接，能够在突发情况下紧急刹车。

编码器的选取。本次检测平台使用的编码器为S37-07-1000BM-23增量式的，内设ASIC构件，目的是抗干扰。通过周期性电信将位移与技术脉冲联系起来，再使用转动比将轴系转速信息计算出来。增量编码器各项参数为：5000rpm为最大转速，78N为最大负荷径向，40G/10ms为抗冲击速度，分辨率能够达到1200脉冲/转。阶次跟踪。阶次跟踪算法能够对波形重构，并与波形重构阶次一同组成一个现代化阶次跟踪算法。在变形情况恒定条件下，会降低阶次跟踪采样同步性，但应用成本高，为此，使用计算阶次跟踪算法较为适宜。等角度重采样。先在阶次分析中对信号进行处理，然后再对振动信号进行重复采集，最后快速变速，能够有效处理重采样信号。在等时间采样不变的情况下，进行振动信号重采，能够将轴转恒定值计算出来，还能了解到信号排列过程。可以参考的函数公式为：

在上述公式中，ti表示在第i时刻下，脉冲对应时刻值，假设初始位置与脉冲对应，角增量为∆ψ，对应的时间增量为∆T，当t=0，∆ψ同样为0，与a0=0相对应，公式中的四个未知量分别是a1、a2、a3。对应的脉冲时间如下所示：

通过上述两组公式能够将4个不同脉冲内∆T与∆ψ的函数关系表示出来，公式如下：

∆T=∆T（∆ψ）

在每四个连续脉冲中，都能够对间隔角度进行细分，在细分以后能得到恒定角的增量信号。在4个连续脉冲中，将恒定角度设为∆θ，对间隔角度细分，最终能得到增量信号序列θ（n），所得式为：

ordθ（m）=FFT［θ（n）］

阶次分析在变速箱振动分析中的应用

选取一个5档手动变速箱作为测试对象，将无故障变速箱信息作为依托，将值谱作为参考，发现谱线与阶次线较为平滑，正常情况下，参考值谱要在阶次最上方，将其表示为阈值，当成最大振动值。如果出现了异常情况，可以将高于阶次作为参考的值谱。

图一　三档加速阶段输入轴阶次图

图二　三档加速阶段输出轴阶次图

档位为三档时，输入轴阶次频谱显示25阶、50阶、75阶、100阶，均凸出，输出轴阶次频谱显示34阶、68阶、102阶、136阶，均凸出。但减速阶段输出轴136阶的幅值已经超过了参考阀值（见图四），而二档未见故障，故输出轴三挡齿轮处存在故障。

图三　三档减速阶段输入轴阶次图

图四　三档减速阶段输出轴阶次图

而其余档状态下，输入轴阶次频谱和输出轴阶次中虽有多阶凸出，但振幅值未超过阀值，由此，二档状态下，输入轴与输出轴零件未见故障。

结束语

随着我国汽车产业的不断发展与进步，变速箱加工与制作变得越来越智能化与自动化，很多先进的科学技术应用使变速箱内部结构变得复杂，如果变速箱一旦出现故障将对诊断带来难度。阶次分析法具有非常多的局限性，在以后，阶次分析法将成为变速箱的一个重要故障诊断技术，提升故障诊断精度。

参考：

［1］王欢.富勒变速箱及取力器异响故障分析研究［J］.铁道机车与动车，2015（8）