階次分析在驅動橋異響中的應用

彭宜愛，沙曉銘，秦政委

階次分析在驅動橋異響中的應用

彭宜愛1，沙曉銘2，秦政委1

（1.安徽江淮汽車集團股份有限公司商務車公司，安徽 合肥 230601；2.合肥美橋汽車傳動及底盤系統有限公司，安徽 合肥 230601）

通過運用階次分析技術對整車噪音測試以及驅動橋橋殼振動測試，對噪音和振動信號階次分析和階次譜分析，對比軸承階次分析結果，驅動橋異響原因為主動齒輪外軸承故障；并通過交叉測試驗證以及軸承拆解測量，確認了分析的準確性。

驅動橋異響；階次分析；階次譜分析

前言

階次分析的信號采樣以轉速為參考，實時分析采樣頻率隨轉速變化，由于采樣頻率隨轉速升高而提高，所以可以消除“頻率模糊”現象，從而被廣泛用于旋轉機械的故障診斷[1]。本文運用階次分析及階次譜分析，對某MPV車型后驅動橋異響故障進行診斷，該方法能有效在整車條件下快速找到驅動橋異響故障原因。

1 故障現象

某MPV車型在4-WOT工況中，1900rpm-2400rpm驅動橋嘯叫異響，類似“嗚嗚”音，通過此故障描述，按經驗判斷一般為故障原因為齒輪嘯叫導致，但經更換齒輪，卻無法解決此故障。為進一步確認故障原因，通過階次分析對整車噪音以及振動進行測試，具體說明如下：

（1）參考轉速：傳動軸轉速，轉速傳感器布置于傳動軸后段；

（2）噪音測點；駕駛員右耳；

（3）振動測點：驅動橋主動齒輪橋殼。

通過對車內噪音（如圖1）及驅動橋殼體振動瀑布圖（如圖2）分析，嘯叫異響由11.29階引起。

2 旋轉部件理論階次分析

對于整體式驅動橋旋轉部件主要有：主被動齒輪、差速器齒輪、主動齒輪內外軸承、差速器左右軸承，以及輪轂軸承。由于正常直行過程中，差速器齒輪不參與嚙合，因此，差速器齒輪可以排除。

圖1 車內噪音瀑布圖

圖2 驅動橋橋殼振動瀑布圖

主被動齒輪在嚙合過程中，每個齒輪嚙合會產生一次激勵。因此，齒輪嚙合基頻階次可以按（1）式計算：

O為主被動齒輪嚙合階次；

O為傳動軸旋轉階次，當參考轉速為傳動軸時，取1；

為主動齒輪齒數；

滾動軸承工作時，會因滾動體或內外軸承座偏心，滾道表面波紋，保持架變形，以及滾道加工精度不足等，會導致軸承產生結構振動從而形成輻射噪聲，且不同部位的故障其振動頻率和階次是存在差異的，并且和軸承幾何特征參數關聯，軸承故障特征基頻階次可以按（2）、（3）、（4）、（5）式計算：

O為保持架故障階次；

O為滾動體旋轉故障階次；

O為外環故障階次；

O為內環故障階次；

為滾動體直徑，為滾動軸承平均直徑(滾動體中心處直徑)，為徑向接觸角，為滾動體數目，n為軸承外環轉速，n為軸承內環轉速。

本文主動齒輪為8個齒，代入（1）式，即主被動齒輪嚙合基頻階次為8階次。

對本文所采用的差速器軸承、主動齒輪內外側軸承進行階次計算，分別代入（2）-（5）式中，其中主動齒輪外軸承幾何近似參數=7.3，=49.2，=19.5°，=18，其內環故障階次為10.26，與故障階次最接近，推測可能是此軸承導致。

3 階次譜分析

對橋殼振動階次譜分析，如下圖3，在階次譜中表現為在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 橋殼振動階次譜

4 驗證確認

為進一步試驗確認是否為主齒外軸承故障導致，進行交叉測試驗證，具體如下圖4所示，通過對異響橋1、正常橋、異響橋2交叉測試驗證，確認故障隨主齒外軸承轉移。

圖4 交叉測試驗證

對故障軸承進行拆解確認，對其內環進行確認，外觀可見處，滾動體有明顯的轉動磨痕軌跡，內環并帶有硬物碾壓的凹坑，如下圖5中標記所示。驗證及拆解結果與測試及理論分析結果吻合。

圖5 軸承拆解圖

5 結論

本文通過對車內噪音測試及驅動橋殼體振動測試，運用階次分析原理，對測試數據分析，確認了故障階次；對驅動橋旋轉部件進行理論階次計算，與故障階次對比，尋找接近階次，與具體部件建立對應關系；進一步對振動數據進行階次譜分析，確認了與軸承故障典型階次譜吻合，呈現倍頻關系；同時對故障橋進行交叉驗證及拆解確認，驗證及拆解結果與測試及理論分析結果吻合。此驅動橋異響診斷方法可以快速有效在整車條件下進行，為驅動橋異響診斷提供一種參考方法。

[1] 張守元,李鶴,張義明.階次跟蹤技術及其在汽車NVH中的應用[J].輕型汽車技術,2009.

[2] 李輝,鄭海起,唐立偉.階次包絡譜在軸承故障診斷中的應用[J].機械強度,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，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司商務車公司。