汽車變速器故障振動診斷與檢測研究

賈少軍　李利飛

摘 要：近年來汽車工業逐步發展成為我國重要的支柱型產業。隨著汽車工業技術的不斷進步，自動變速器得到了快速的推廣，與手動變速器相比，其機械結構復雜，控制原理較難，一旦發生故障，需要專門的技術人員運用專用的工具按照規定的程序進行故障的診斷與檢測，技術要求相對較高，因此如何快速準確的完成自動變速器的故障診斷與檢測成為汽車維修企業的一大難題。本文主要針對自動變速器故障診斷及檢測的程序進行簡要的分析和闡述。

關鍵詞：自動變速器；故障診斷；檢測

隨著汽車工業的發展和電子技術的進步，汽車結構和電子系統的功能日趨完善，尤其是近些年來大規模集成電路的發展和高性能、多功能傳感器的研制，極大地推動了汽車電子業的高速發展。這樣使得汽車在其動力性、燃油經濟性、行駛的平順性等方面得到了極大的改善。汽車結構和電子系統的完善同時也帶來了一些負面的影響，比如，如果電子系統發生故障，能否準確快速的對其進行故障檢測，得出故障類型，最后提出維修方案，對于專門的工程技術人員是一個很大的考驗。為了解決上述問題，這就需要提高工程維修人員的業務素質和業務水平，需要引進更加先進的故障診斷理論知識與技術。這樣，現代汽車故障診斷技術就被提出來了。

1 自動變速器故障診斷及檢測程序

在自動擋汽車使用過程中，如果發現變速器油顏色發生變化或產生焦味，或者在行駛過程中加速、爬坡無力，最高車速明顯下降，均有可能是自動變速器發生了故障。自動變速器的故障不易被察覺，而旦不及時維護將增大損壞程度，使汽車無法正常行駛，因此做好自動變速器的故障診斷與檢測，并及時對其進行維護十分必要。一般情況下，針對自動變速器的故障診斷與檢測按照如下程序進行：1初步檢查；2故障代碼檢查；3手動擋試驗；4機械系統試驗；5液壓系統試驗；6電控系統試驗；7故障原因分析與處理。具體診斷及檢測程序如下：

（1）對車輛故障進行分析，對故障現象進行排查確認。

（2）若車輛使用電控自動變速器，且故障指示燈亮，則運用設備讀取故障代碼。

（3）對自動變速器及發動機進行油質、油高、發動機怠速、輪胎氣壓、傳動系統功能等常規檢查。

（4）進行失速試驗，對自動變速器的內部機械結構進行檢查。

（5）進行手動換擋試驗，判斷故障位置在電控部分還是自動變速器內部。

（6）進行時滯試驗，對自動變速器中的離合器與制動器的磨損情況進行檢查。

（7）對自動變速器的電控系統的組件和線路進行檢測。

（8）進行道路測試，觀察試驗過程中自動變速器是否存在打滑、振動、異響等異常現象。

（9）綜合各項檢測與試驗，分析判斷自動變速器的故障部位及故障原因。

2 滾動軸承的振動及其故障信號特征

2.1 滾動軸承的振動機理

一般情況下，滾動軸承與機械設備的連接方式是軸承內圈與機械設備的旋轉軸相連接，而軸承外圈與軸承座或機械設備的機殼相連接。當滾動軸承以一定的轉速工作時，其軸承激振力的頻率主要取決于軸承的轉速和軸承表面的故障類型；而軸承系統的振動特性和力的傳遞特性主要取決于軸承和機殼本身。綜上所述，滾動軸承的故障特征頻率是由軸承轉速、軸承元件損傷部位的故障類型以及軸承與外殼振動特性和力的傳遞特性等因素共同決定的。以上這些就是滾動軸承的振動機理。

2.2 滾動軸承的振動類型

滾動軸承的振動類型很多，導致軸承振動的因素也很多，比如，有由于軸承本身剛性元件的存在而引起的振動，有軸承的故障所引起的振動等。本文將這些因素歸納為三大類：（l）由于軸承的變形而引起的振動滾動軸承可以看做一彈性體，在滾動軸承工作時，滾動體的承載力不斷變化使滾動軸承產生彈性變形，進而導致沖擊振動現象。（2）由于軸承的故障而引起的振動在軸承長期的工作過程中，各個元件不可避免的會發生局部損傷現象。隨著損傷的不斷累積，最后導致滾動軸承發生故障，從而引起軸承的振動。（3）由于軸承加工制造過程中引起的振動在軸承的制造加工過程中，由于人為因素導致軸承的加工誤差、軸承的表面光潔度、裝配誤差超出允許的范圍值，從而引起軸承的振動。

2.3 滾動軸承固有頻率和故障頻率的計算

滾動軸承在工作的過程中，各零部件的沖擊振動都可以引發其固有振動。軸承元件的固有振動都有其對應的固有頻率，固有頻率的大小將取決于該元件的的材料、結構尺寸、質量和安裝方式。根據相關的理論分析，可以得出滾動軸承各元件的固有頻率計算公式。對于滾動體的固有頻率，可由下式計算求得

式中：r——滾珠半徑（m）；——材料的密度kg/m3；E——材料的彈性模量（N/m2）。軸承套圈在圈平面內的固有頻率為：

式中：I——軸承套圈截面繞中性軸的慣性矩（m4）；

a——回轉軸線到中性軸的半徑（m）；

M——套圈單位長度的質量（kg/m）；

n——節點數；

E——材料彈性模量（N/m2）。

假設滾動軸承的材料為鋼材時，內、外圈固有頻率的計算公式為：

式中：h——軸承圈的厚度（mm）；

D——軸承圈中性軸的直徑（mm）；

n——節點數。

實踐表明，一般軸承固有頻率的范圍在18～58kHz之間，所以在對滾動軸承進行故障診斷的過程中，應該選取該段頻帶作為診斷的頻率范圍。滾動軸承在工作時，由于某方面的故障缺陷使其產生一定的振動沖擊現象，進而激發起軸承某一元件以固有頻率的振動。由軸承固有頻率引發的振動能使軸承故障頻帶的振動信號得以放大，大大提高了所分析信號的信噪比。對滾動軸承進行故障診斷之前，需要做的準備工作就是計算出滾動軸承由于某種故障引起的振動頻率，即所謂的故障特征頻率。這也是旋轉機械應用頻譜分析法進行故障診斷所必須做的準備工作。

在對滾動軸承進行故障時，理論上是通過找出發生某一故障頻譜峰值，其峰值對應的頻率值就是該故障相對應的故障特征頻率。但是在實際對滾動軸承進行故障診斷過程中，由于軸承的加工制造誤差、安裝不當等因素造成滾動軸承的滾動體在軸承內外圈滾道上并不是做純粹的滾動，而是帶有一定的滑動現象。這一現象體現在故障信號的頻譜圖上就是信號的峰值對應的故障特征頻率不是總和理論值相對應的，而是有一定的偏差。因此，只要找到該特征頻率的近似值即可完成對該故障的診斷。對上述滾動軸承各元件故障特征頻率的計算公式還需要做一些說明：由于上述公式的推導是以單個滾動體在相應的滾道上滾動來進行故障特征頻率計算的，但是在實際應用當中，滾動軸承是多個滾動體在內外圈滾道上共同滾動來實現其作用的。所以在計算故障特征頻率時，上述公式還應乘上滾動軸承滾動體的數目。

3 自動變速器常見故障的診斷與檢修

一般在自動變速器發生故障時，自動變速器換擋沖擊大、自動變速器打滑、自動變速器頻換跳擋以及自動變速器升擋緩慢等是其常見故障類型，針對這些常見故障，充分掌握其故障現象特點和維護方法，能夠快速準確地完成故障的診斷與檢修，大大縮短了診斷時間，同時避免了針對自動變速器盲目的拆解。

3.1 自動變速器換擋沖擊大

當自動變速器發生此類故障時，起步時，在從P或N換擋至D或R時，車輛會發生明顯的振動，而在行駛過程中，汽車在升擋瞬間會出現明顯的闖動。自動變速器換擋沖擊大，其故障原因可能是自動變速器升擋過遲或離合器接合過快；執行元件打滑等，針對這類故障，可以采用如下措施進行故障排除：1對車輛進行道路測試，觀察自動變速器升擋是否過遲，升擋前發電機轉速是否出現異常升高；2對主油路油壓進行檢測，若怠速油壓正常，則自動變速器的離合器的進油單向閥發生損壞：3對電磁閥進行測試，觀察電控系統在換擋瞬間能否向電磁閥發出控制信號，排除電磁閥和線路故障。

3.2 自動變速器打滑

當自動變速器發生此類故障時，車輛在起步時發電機轉速與車速升高緩慢，爬坡無力且發電機轉速異常升高。自動變速器打滑故障，其故障原因主要有離合器制動器磨損嚴重：離合器制動器密封圈損壞漏油；減震器活塞密封圈損壞漏油等，針對此類故障，可以采用如下措施進行故障排除：1對油質進行檢測，若發生變色或存在明顯的焦味，則說明離合器制動器已嚴重磨損燒壞，應對其進行替換；2對車輛進行道路測試，若全部前進擋均存在打滑現象，則前進離合器發生故障：3若在前進擋和后退擋均發生打滑，則可能主油路油壓過低，對離合器制動器密封圈以及減震器密封圈進行檢查，看是否存在漏油現象，并進行更換。

3.3 自動變速器頻繁跳擋

當自動變速器發生此類故障時，車輛在正常行駛過程中經常出現突然降擋現象，且發電機轉速異常升高，產生明顯的沖擊，自動變速器頻繁跳擋故障，其故障原因主要有電控單元故障；控制系統電路故障；電磁閥接觸不良等，針對這類故障，通常先對自動變速器進行故障自診斷，而后拆下自動變速器底殼，對電磁閥的線路進行檢測和排除。

4 結語

隨著我國汽車工業的不斷發展以及城鎮化的不斷推進，我國汽車保有量仍將不斷增長，自動變速器作為汽車中的重要部件，做好其故障診斷與檢測工作非常重要，根據故障特點，按照程序，由外到內、由表及里地對自動變速器故障進行診斷與檢測，將大大縮短檢修時間，降低故障的返修率。

參考文獻：

[1]黃俊峰，趙通，劉雷.專利技術在汽車自動變速器的故障診斷與維修中的應用[J].河南科技，2016（12）：56-57.