汽车变速器滚动轴承NVH故障诊断在线分析技术_变速箱测试

变速器下线检测(EOL)和研发阶段的试验过程中，经常发生由于滚动轴承故障引起的振动失效。传统的阶次包络谱和小波分析诊断滚动轴承故障的方法因为需要花费一定时间而影响产品的节拍生产和试验进度。本文根据滚动轴承故障频率计算推导出故障阶次计算方法，并使用Rhf软件建立并计算变速器转动零件的阶次。最后以MT82变速器的输出轴后轴承为例验证滚动轴承故障阶次计算方法的正确性。本文的滚动轴承故障阶次分析方法可以应用到变速器下线检测台架和产品研发试验阶段的滚动轴承故障的快速诊断。

汽车变速器内部包含有齿轮、轴、轴承等旋转零部件，齿轮和轴传递并输出动力，而轴承则负责支撑齿轮和轴的运动，把所受的力传递至壳体上。在汽车变速器中，通常使用滚动轴承来实现上述作用。变速器内部使用的滚动轴承主要类型有：深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚针轴承和圆锥滚子轴承等[1]。

变速器在装配线下线检测或者总成耐久试验过程中，经常发生由于滚动轴承本身或者与轴的配合故障而产生的振动与噪声问题，严重影响了产品的FTT指标和研发进度。国内外对变速器滚动轴承故障诊断通常使用的是频谱包络分析和阶次包络谱分析技术[2][3][4][5]，还有一些其他分析方法，比如小波分析[6][7]，Kurtosis法[4]，振动统计法[8]和频谱互相关分析[9]等技术，但这些技术都仅在实验室的环境下使用，然后在台架上测量与分析。目前变速器生产厂商的现状是，产品试验和下线检测时，经常出现由于滚动轴承的失效影响试验进度和客户交付的质量问题，但技术人员无法快速准确地识别故障是否来源于滚动轴承。

本文根据滚动轴承经典的频谱包络和阶次谱包络分析方法，列出变速器典型滚动轴承阶次计算方法。此方法不需要对阶次进行再次包络，节省了信号分析时间。然后利用变速器振动在线分析仪Rhf的阶次计算软件，输入轴承的基本参数，得到轴承故障阶次。计算的轴承阶次结果与变速器总成实际测量结果很好地吻合。当故障阶次出现后，根据计算结果找到相应的故障轴承，拆解更换并重新装配测量后，故障消除。本文所研究的变速器滚动轴承阶次计算方法和在线故障诊断分析，可以在变速器总成上准确、快速地定位故障轴承，为变速器的研发和工厂质量的提升节省大量时间。

滚动轴承阶次计算方法

根据大量研究[2][3][5][10]，滚动轴承产生故障时，会产生相应的特征频率，计算方法如(1)，(2)，(3)所示：



n-滚动体的个数，d-滚动体的直径，D-滚动体的节圆直径，-接触角,
-轴的转动频率。当变速器转轴的转速变化时，滚动轴承的频率也会变化。使用上述公式就很难检测转速变化时候的轴承故障频率，因为频率随转速的变化而变化。然而，轴承的几何参数都是确定的，上述轴的转动频率可以通过频率阶次转化公式转为阶次，从而得到滚动轴承的特征阶次。在某一确定档位下，轴的阶次是确定的，计算方法如下(7)，所以轴承的特征阶次也是确定的。相应的特征阶次计算方法如下(4)(5)(6)：