彭宜愛(ài)，沙曉銘，秦政委

階次分析在驅(qū)動(dòng)橋異響中的應(yīng)用

彭宜愛(ài)1，沙曉銘2，秦政委1

（1.安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司商務(wù)車(chē)公司，安徽 合肥 230601；2.合肥美橋汽車(chē)傳動(dòng)及底盤(pán)系統(tǒng)有限公司，安徽 合肥 230601）

通過(guò)運(yùn)用階次分析技術(shù)對(duì)整車(chē)噪音測(cè)試以及驅(qū)動(dòng)橋橋殼振動(dòng)測(cè)試，對(duì)噪音和振動(dòng)信號(hào)階次分析和階次譜分析，對(duì)比軸承階次分析結(jié)果，驅(qū)動(dòng)橋異響原因?yàn)橹鲃?dòng)齒輪外軸承故障；并通過(guò)交叉測(cè)試驗(yàn)證以及軸承拆解測(cè)量，確認(rèn)了分析的準(zhǔn)確性。

驅(qū)動(dòng)橋異響；階次分析；階次譜分析

前言

階次分析的信號(hào)采樣以轉(zhuǎn)速為參考，實(shí)時(shí)分析采樣頻率隨轉(zhuǎn)速變化，由于采樣頻率隨轉(zhuǎn)速升高而提高，所以可以消除“頻率模糊”現(xiàn)象，從而被廣泛用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷[1]。本文運(yùn)用階次分析及階次譜分析，對(duì)某MPV車(chē)型后驅(qū)動(dòng)橋異響故障進(jìn)行診斷，該方法能有效在整車(chē)條件下快速找到驅(qū)動(dòng)橋異響故障原因。

1 故障現(xiàn)象

某MPV車(chē)型在4-WOT工況中，1900rpm-2400rpm驅(qū)動(dòng)橋嘯叫異響，類(lèi)似“嗚嗚”音，通過(guò)此故障描述，按經(jīng)驗(yàn)判斷一般為故障原因?yàn)辇X輪嘯叫導(dǎo)致，但經(jīng)更換齒輪，卻無(wú)法解決此故障。為進(jìn)一步確認(rèn)故障原因，通過(guò)階次分析對(duì)整車(chē)噪音以及振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，具體說(shuō)明如下：

（1）參考轉(zhuǎn)速：傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速傳感器布置于傳動(dòng)軸后段；

（2）噪音測(cè)點(diǎn)；駕駛員右耳；

（3）振動(dòng)測(cè)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)橋主動(dòng)齒輪橋殼。

通過(guò)對(duì)車(chē)內(nèi)噪音（如圖1）及驅(qū)動(dòng)橋殼體振動(dòng)瀑布圖（如圖2）分析，嘯叫異響由11.29階引起。

2 旋轉(zhuǎn)部件理論階次分析

對(duì)于整體式驅(qū)動(dòng)橋旋轉(zhuǎn)部件主要有：主被動(dòng)齒輪、差速器齒輪、主動(dòng)齒輪內(nèi)外軸承、差速器左右軸承，以及輪轂軸承。由于正常直行過(guò)程中，差速器齒輪不參與嚙合，因此，差速器齒輪可以排除。

圖1 車(chē)內(nèi)噪音瀑布圖

圖2 驅(qū)動(dòng)橋橋殼振動(dòng)瀑布圖

主被動(dòng)齒輪在嚙合過(guò)程中，每個(gè)齒輪嚙合會(huì)產(chǎn)生一次激勵(lì)。因此，齒輪嚙合基頻階次可以按（1）式計(jì)算：

O為主被動(dòng)齒輪嚙合階次；

O為傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)階次，當(dāng)參考轉(zhuǎn)速為傳動(dòng)軸時(shí)，取1；

為主動(dòng)齒輪齒數(shù)；

滾動(dòng)軸承工作時(shí)，會(huì)因滾動(dòng)體或內(nèi)外軸承座偏心，滾道表面波紋，保持架變形，以及滾道加工精度不足等，會(huì)導(dǎo)致軸承產(chǎn)生結(jié)構(gòu)振動(dòng)從而形成輻射噪聲，且不同部位的故障其振動(dòng)頻率和階次是存在差異的，并且和軸承幾何特征參數(shù)關(guān)聯(lián)，軸承故障特征基頻階次可以按（2）、（3）、（4）、（5）式計(jì)算：

O為保持架故障階次；

O為滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)故障階次；

O為外環(huán)故障階次；

O為內(nèi)環(huán)故障階次；

為滾動(dòng)體直徑，為滾動(dòng)軸承平均直徑(滾動(dòng)體中心處直徑)，為徑向接觸角，為滾動(dòng)體數(shù)目，n為軸承外環(huán)轉(zhuǎn)速，n為軸承內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)速。

本文主動(dòng)齒輪為8個(gè)齒，代入（1）式，即主被動(dòng)齒輪嚙合基頻階次為8階次。

對(duì)本文所采用的差速器軸承、主動(dòng)齒輪內(nèi)外側(cè)軸承進(jìn)行階次計(jì)算，分別代入（2）-（5）式中，其中主動(dòng)齒輪外軸承幾何近似參數(shù)=7.3，=49.2，=19.5°，=18，其內(nèi)環(huán)故障階次為10.26，與故障階次最接近，推測(cè)可能是此軸承導(dǎo)致。

3 階次譜分析

對(duì)橋殼振動(dòng)階次譜分析，如下圖3，在階次譜中表現(xiàn)為在11.29階次及其倍頻階次處有明顯的譜線[2]，和軸承故障階次圖譜吻合。

圖3 橋殼振動(dòng)階次譜

4 驗(yàn)證確認(rèn)

為進(jìn)一步試驗(yàn)確認(rèn)是否為主齒外軸承故障導(dǎo)致，進(jìn)行交叉測(cè)試驗(yàn)證，具體如下圖4所示，通過(guò)對(duì)異響橋1、正常橋、異響橋2交叉測(cè)試驗(yàn)證，確認(rèn)故障隨主齒外軸承轉(zhuǎn)移。

圖4 交叉測(cè)試驗(yàn)證

對(duì)故障軸承進(jìn)行拆解確認(rèn)，對(duì)其內(nèi)環(huán)進(jìn)行確認(rèn)，外觀可見(jiàn)處，滾動(dòng)體有明顯的轉(zhuǎn)動(dòng)磨痕軌跡，內(nèi)環(huán)并帶有硬物碾壓的凹坑，如下圖5中標(biāo)記所示。驗(yàn)證及拆解結(jié)果與測(cè)試及理論分析結(jié)果吻合。

圖5 軸承拆解圖

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)車(chē)內(nèi)噪音測(cè)試及驅(qū)動(dòng)橋殼體振動(dòng)測(cè)試，運(yùn)用階次分析原理，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，確認(rèn)了故障階次；對(duì)驅(qū)動(dòng)橋旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行理論階次計(jì)算，與故障階次對(duì)比，尋找接近階次，與具體部件建立對(duì)應(yīng)關(guān)系；進(jìn)一步對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行階次譜分析，確認(rèn)了與軸承故障典型階次譜吻合，呈現(xiàn)倍頻關(guān)系；同時(shí)對(duì)故障橋進(jìn)行交叉驗(yàn)證及拆解確認(rèn)，驗(yàn)證及拆解結(jié)果與測(cè)試及理論分析結(jié)果吻合。此驅(qū)動(dòng)橋異響診斷方法可以快速有效在整車(chē)條件下進(jìn)行，為驅(qū)動(dòng)橋異響診斷提供一種參考方法。

[1] 張守元,李鶴,張義明.階次跟蹤技術(shù)及其在汽車(chē)NVH中的應(yīng)用[J].輕型汽車(chē)技術(shù),2009.

[2] 李輝,鄭海起,唐立偉.階次包絡(luò)譜在軸承故障診斷中的應(yīng)用[J].機(jī)械強(qiáng)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

彭宜愛(ài)，就職于安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司商務(wù)車(chē)公司。