淺談雙離合變速器穩態耐久試驗故障診斷

吳有興，馬 勇，譚艷軍，孫 艷，方少權

淺談雙離合變速器穩態耐久試驗故障診斷

吳有興，馬 勇*，譚艷軍，孫 艷，方少權

（寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司，浙江 寧波 315336）

在臺架耐久性試驗過程中，部分零部件可能在早期失效造成試驗失敗，對關聯零部件也有二次損傷風險，為降低研發及試驗成本，文章通過專門用于處于開發階段中動力總成系統的測試儀器，在試驗過程中監控試驗數據變化，在變速器總成故障的初始階段能夠快速識別異常點，通過數據分析能夠準確判斷故障具體位置，保障變速器總成不會因為個別零部件疲勞故障導致整機失效。結果表明：試驗過程中通過借助輔助設備，監控和分析試驗過程中數據變換情況，可以在早期發現故障，對失效零部件進行準確預判，從而快速進行決策，節約大量試驗成本及縮短驗證周期。

變速器；故障診斷；臺架耐久試驗；疲勞

前言

雙離合器變速器穩態耐久試驗一般持續時間為300 h～500 h，整個試驗周期內若出現變速器故障，則整個試驗需要重新驗證，成本較大。若在試驗過程中通過借助輔助設備，監控和分析試驗過程中數據變換情況，可以在早期發現故障，對失效零部件進行準確預判，從而快速進行決策，節約大量試驗成本并縮短驗證周期。

1 雙離合器變速器穩態耐久試驗方法介紹

通過實車采集或者CAE仿真的載荷譜計算各擋位試驗的相應轉速、扭矩和試驗時間，得出臺架試驗使用的載荷譜，通過載荷譜設計試驗，一般試驗按從低擋到高擋的順序進行。整個試驗可分為10個循環進行[1]。

1.1 穩態試驗臺架介紹

目前項目研發過程中用來進行變速器耐久試驗的設備為一套動力總成臺架。該臺架包含三個交流異步測功機，一個為驅動測功機，用于變速器驅動端動力輸入，另外兩個為加載測功機，用于變速器半軸端輸出。其中驅動測功機為扭矩控制模式，加載測功機為轉速控制模式[2]。

圖1 臺架結構

1.2 德爾塔分析儀介紹

德爾塔分析儀是一種專門用于動力總成系統開發階段的測試輔助儀器，其主要目的是提前預警被試樣件故障，防止測試樣件損壞，它可以應用零部件試驗臺（廢氣增壓器試驗臺，凸輪軸試驗臺，平衡軸試驗臺等）、性能試驗臺及傳統旋轉類試驗臺，還可以通過移動式德爾塔分析儀應用在整車動力總成故障早期檢測。

圖2 德爾塔分析儀臺架連接

德爾塔分析工作原理是借助機械振動檢測被試物的振動能量變化。首先對測試件進行各測試工況學習（學習參數包括：轉速、負荷、油溫、擋位等），德爾塔分析儀將學習每個負荷工況中測試件的機械振動特性，在學習之后的試驗運行中它將比較被試物當前振動特性與開始時的振動特性。如果被試物振動特性隨時間發生了變化，則顯示為一種變化趨勢（趨勢指數），沒有變化則意味著趨勢指數等于0。每個負荷工況中以圖形方式描繪振動特性的變化系統由此記錄故障的變化過程。小的變化不會導致試驗臺架停止運行，而是記錄為被試物的健康狀態。其次對于無人值守的耐久試驗，運行時可以使用自動報警限值模式，在故障發生瞬間振動或嚴重失效情況下臺架停止運行從而防止被試物損壞。

2 某濕式雙離合器變速器故障案例

某濕式雙離合變速器在進行穩態耐久試驗過程中出現軸承失效故障，通過借助德爾塔分析儀進行故障分析診斷。在此過程中，實現了軸承早期故障診斷，及時停止臺架試驗，保護了被試樣機，同時節省了臺架占用時間，避免被試樣機出現故障后繼續進行無效試驗的情況發生。

2.1 試驗過程背景及故障描述

變速器在進行穩態耐久過程中，高擋位穩態工況時，德爾塔分析儀觸發報警停機。通過對試驗監控數據分析發現，故障從發生到惡化的時間比較短。重新啟動低轉速小扭矩進行主觀評價，無異響，在高轉速未加載荷工況下能夠識別到明顯異響。

2.2 故障初步分析

圖3為本次試驗的被試變速器結構圖。

圖4為各擋位試驗振動能量趨勢曲線，從曲線中可以得出三擋及四擋振動能量均有升高的結論。

將被試變速器的輸出端作為基準階次，同時根據軸承的位置及傳動系相應的擋位，可以得出被試變速器某軸承的階次表；從德爾塔分析儀可以讀取四擋振動能量瀑布圖。

圖3 變速器結構圖

圖4 能量趨勢圖

表1 階次表

四擋階次表 諧波123456 保持架0.711.432.152.873.594.30 軸承內圈15.5531.1146.6762.2377.7993.35 軸承外圈10.7721.5432.3143.0853.8564.62 滾動體4.669.3314.0018.6723.3328.00 三擋階次表 諧波123456 保持架0.531.071.612.142.683.22 軸承內圈11.6223.2534.8846.5158.1469.77 軸承外圈8.0516.1024.1532.2040.2548.30 滾動體3.486.9710.4613.9517.4420.93

圖5 三擋振動能量瀑布圖

現根據結構判定故障件及故障件位置：

三擋、四擋（本文以三擋舉例，未具體描述四擋振動能量圖形）瀑布圖和頻譜圖相近，出現的簇狀均勻間隔，漸進性升高，判斷符合軸承損壞特征或離合器滑擦特性。

圖6 三擋振動頻譜圖

三擋order=16.1、order=24.15 、order=56.35對應的是某軸承外圈階次，軸承外圈階次分別為2次諧波、3次諧波、7次諧波從低階次區域一直延續到高階次區域，故障趨勢指數上升較突然符合剝落特征點。

四擋order=10.77、order=21.54 、order=56.35對應的也是該軸承外圈階次，軸承外圈階次分別為1次諧波、2次諧波、5次諧波。

從各擋位試驗振動能量趨勢曲線變化大小可以分析看出，一擋、三擋、四擋趨勢指數升高幅度最大，二擋、六擋、五擋、整體趨勢指數基本不變。

以此可以排除離合器滑膜因素帶來的影響——因為離合器滑擦異常會導致所有擋位都出現趨勢指數升高，不會只出現在一擋、三擋及四擋。

根據圖7，可以繼續分析軸承故障：

若軸承①出故障：各擋位趨勢線應均有相似升高。

若軸承④和⑤出故障：各擋位趨勢線應均有相似升高。

若軸承⑥和⑦出故障：二擋、六擋、五擋、整體趨勢指數應該異常升高。

因此故障可以鎖定在②號和③號軸承上。

圖7 軸承位置圖

3 拆解情況

樣機拆解后發現，故障異常為②號軸承，經過工具測試[3]，軸承滾道最大剝落面積約20 mm2，個別滾針表面有輕微點蝕。

4 結束語

臺架耐久試驗過程中，會因為部分零部件疲勞或受清潔度影響，導致零部件損傷失效，如果沒有提前發現，造成被試樣機其余零部件二次損傷。通過利用德爾塔分析儀的早期故障檢測預警功能快速的預警并保護被測樣機，使其免于二次損傷的風險，更重要的是利用故障分析診斷功能在變速器未拆解之前準確定位了故障部件，很好地引導了后續的拆箱檢查。

[1] 全國汽車標準化技術委員會.汽車機械式變速器總成臺架試驗方法第1部分:輕微型:QC/T 568.1—2011[S].北京:中國計劃出版社,2011.

[2] 張寧濤,馬勇,程立勇.機械式變速器臺架耐久試驗工況優化[J].科技和產業,2021,21(02):289-292.

[3] 符金滔,馬勇,程立勇.GL-7DCT變速器機械零件故障量化和評價方法研究[J].汽車實用技術,2020(01):152-155.

Fault Diagnosis of DCT in Steady State Durability Test

WU Youxing, MA Yong*, TAN Yanjun, SUN Yan, FANG Shaoquan

( Ningbo Geely Royal Engine Components Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315336 )

Some parts may have early failure during the bench durability test, resulting in test failure, and the associated parts also have the risk of secondary damage. In order to reduce the cost of R&D and test, the test instrument specially used for powertrain system in the development stage can monitor the change of test data in the test process, quickly identify the abnormal points in the initial stage of transmission assembly failure, and accurately determine the specific location of failure through data analysis, so as to ensure that the transmission assembly will not be damaged due to fatigue failure of individual parts machine failure. The results show that: with the help of auxiliary equipment, monitoring and analyzing the data transformation in the test process, the fault can be found early, and the failure parts can be accurately predicted, then the decision can be made quickly, a lot of test costs can be saved and the verification cycle can be shortened.

Transmission; Fault diagnosis;Bench durability test; Fatigue

A

1671-7988(2022)01-141-04

U463.212

A

1671-7988(2022)01-141-04

CLC NO.:U463.212

吳有興，助理工程師，就職于寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司，研究方向：變速器開發。

馬勇，高級工程師，就職于寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司，研究方向：變速器設計及試驗。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.001.032