專利名稱：汽車變速器振動分析試驗方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車變速器振動分析試驗技術(shù)，具體是一種汽車變速器振動分析試驗方法及裝置。
背景技術(shù)：
汽車變速器在生產(chǎn)和裝配過程中，存在著大量由于制造和裝配不良等原因引起的質(zhì)量問題，新汽車變速器失效形式主要體現(xiàn)在齒輪、軸零件的制造及裝配誤差上，如齒形偏差、齒輪制造誤差、裝配偏心和輪齒毛刺等。從生產(chǎn)過程管理和質(zhì)量控制、跟蹤角度出發(fā)，檢驗人員必須通過最后的質(zhì)量檢驗環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)存在的質(zhì)量問題，并且希望能夠?qū)⒐收显蚨ㄎ坏骄唧w的失效部件，即實現(xiàn)零件級別的裝配過程故障診斷，對提高汽車變速器質(zhì)量控制水平和保證產(chǎn)品質(zhì)量是非常重要的。汽車變速器故障可以通過對異常振動噪聲進(jìn)行譜分析的方法加以檢測。由于檢測過程是一個變速運動的過程(包括倒擋、最低擋至最高擋各擋位的升速及降速過程)，所以階次譜分析的方法被普遍地采用。階次分析是旋轉(zhuǎn)體機械振動監(jiān)測及故障診斷的最重要方法之一，基于重采樣原理的階次分析是實現(xiàn)信號從等時采樣到等角度采樣的一種信號處理方法，它主要能解決因轉(zhuǎn)速波動而產(chǎn)生的諧波分量重疊所帶來的困難。汽車變速器振動分析和故障診斷軟件是采用階次分析原理進(jìn)行開發(fā)的，而進(jìn)行階次分析需要同步采集汽車變速器殼體振動信號和輸入軸的轉(zhuǎn)速信號。在研制與開發(fā)汽車變速器振動分析和故障診斷軟件過程中，需要驗證和測試開發(fā)的振動信號分軸、時域同步平均、FFT傅氏變換、階次譜等算法的正確性和可靠性。實際操作過程中，在客戶應(yīng)用現(xiàn)場的汽車變速器綜合性能試驗臺上進(jìn)行測試從時間、成本和客戶滿意度等方面都存在較多的困難。另外，在實驗室環(huán)境下使用市場化的汽車變速器綜合性能試驗臺進(jìn)行軟件測試，其成本也較高。目前，尚未檢索到這方面的專利申請情況。因此，有必要研制與開發(fā)適合試驗室環(huán)境下，進(jìn)行汽車變速器振動分析軟件可靠性測試的模擬試驗臺，其應(yīng)該具有成本低、能夠模擬汽車變速器基本運行環(huán)境等特點。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、集成度高、 裝置擴(kuò)展性強、能實現(xiàn)模擬汽車變速器基本運行環(huán)境、提供升速、降速、加載、空載、不同擋位等工況功能的一種汽車變速器振動分析試驗方法及裝置。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種汽車變速器振動分析試驗裝置，包括一底座， 總控模塊，變頻器，調(diào)速器，驅(qū)動電機，負(fù)載直流電機，汽車變速器，工控機，數(shù)據(jù)采集卡，計數(shù)卡；所述總控模塊輸出端與變頻器連接，還與調(diào)速箱連接；所述變頻器通過驅(qū)動電機與汽車變速器連接；所述調(diào)速箱通過負(fù)載直流電機與汽車變速器連接；所述驅(qū)動電機一端設(shè)有編碼器，另一端設(shè)有聯(lián)軸器，通過該聯(lián)軸器與汽車變速器連接；所述汽車變速器上設(shè)置有振動加速度傳感器，所述汽車變速器通過聯(lián)軸器與負(fù)載直流電機連接；所述數(shù)據(jù)采集卡通過振動加速度傳感器與汽車變速器連接；所述計數(shù)卡通過編碼器與驅(qū)動電機連接；所述工控機通過PCI總線與數(shù)據(jù)采集卡及計數(shù)卡連接；所述底座上設(shè)置有負(fù)載直流電機，汽車變速器，驅(qū)動電機。所述底座與汽車變速器之間設(shè)置有減震墊。所述底座與減震墊中間開設(shè)有方形孔；將所述振動加速度傳感器穿過該方形孔粘貼于汽車變速器底部，實現(xiàn)汽車變速器振動信號的數(shù)據(jù)采集。所述聯(lián)軸器為彈性柱銷聯(lián)軸器；連接汽車變速器與驅(qū)動電機、負(fù)載直流電機，保證汽車變速器與驅(qū)動電機、負(fù)載直流電機同步旋轉(zhuǎn)。所述數(shù)據(jù)采集單元包括數(shù)據(jù)采集卡和計數(shù)卡；實現(xiàn)振動信號和轉(zhuǎn)速信號的同步數(shù)據(jù)采集；采用編碼器測量汽車變速器輸入軸轉(zhuǎn)速信號，采用振動加速度傳感器采集汽車變速器殼體振動信號。一種汽車變速器振動分析試驗方法，包括如下步驟第一步，通過總控模塊實現(xiàn)變頻器、驅(qū)動電機的啟動和停止；第二步，通過總控模塊實現(xiàn)調(diào)速箱、負(fù)載直流電機的啟動和停止；第三步，通過變頻器控制和調(diào)節(jié)汽車變速器輸入軸轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)汽車變速器的升速和降速過程；第四步，通過調(diào)速箱控制負(fù)載直流電機的扭矩；第五步，手動調(diào)節(jié)汽車變速器擋位，實現(xiàn)不同擋位下振動分析試驗；第六步，數(shù)據(jù)采集完成汽車變速器在不同擋位下升速、降速、加載、空載工況的振動信號和轉(zhuǎn)速信號的數(shù)據(jù)采集。還包括如下步驟，數(shù)據(jù)采集單元同步采集汽車變速器在不同擋位下升速、降速、加載、空載的振動和轉(zhuǎn)速信號，通過PCI總線傳輸至工控機中進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析。本發(fā)明的優(yōu)點1、能夠模擬汽車變速器基本運行環(huán)境。驅(qū)動電機模擬發(fā)動機輸入，負(fù)載直流電機模擬差速器、汽車車輪等負(fù)載。汽車變速器模擬輸入轉(zhuǎn)速最高可達(dá)到3000rpm，符合實際汽車變速器運行條件。2、成本低。本試驗臺采用微型汽車變速器進(jìn)行模擬運行試驗，驅(qū)動電機和負(fù)載直流電機功率均較小，整體上造價較低。3、易于維護(hù)和保養(yǎng)。采用聯(lián)軸器等進(jìn)行模塊化連接，可方便更換損壞的電機、聯(lián)軸器、汽車變速器等試驗臺組成部分，設(shè)備選型中使用市場上較易于購買的產(chǎn)品，整體試驗臺易于維修和維護(hù)。同時方便于合格汽車變速器和不合格汽車變速器之間的更換，用于采集標(biāo)準(zhǔn)樣本和故障樣本。4、本發(fā)明的負(fù)載使用負(fù)載直流電機實現(xiàn)。使用直流發(fā)電機作為負(fù)載，相對于機械扭矩負(fù)載方式具有更低的成本。5、本發(fā)明能采集到較好的汽車變速器振動信號。使用彈性柱銷聯(lián)軸器和減震墊等實現(xiàn)汽車變速器與其它振動信號的隔離，有效減小其他因素對汽車變速器振動信號采集的干擾，有利于故障診斷軟件對振動信號進(jìn)行分析。
6、本發(fā)明滿足振動分析和故障診斷軟件可靠性測試的基本需求。試驗臺采用手動微型汽車變速器進(jìn)行模擬運行，可以有效測試振動分析和故障診斷軟件算法的正確性和可靠性。測試的軟件算法同樣適用于自動汽車變速器等其它汽車變速器。


圖1為本發(fā)明的汽車變速器振動分析試驗裝置框圖；圖2為本發(fā)明的汽車變速器振動分析試驗裝置結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的汽車變速器振動分析試驗方法中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。如圖1所示，一種汽車變速器振動分析試驗裝置，包括一底座14，總控模塊1，變頻器2，調(diào)速器6，驅(qū)動電機11，負(fù)載直流電機7，汽車變速器8，工控機3，數(shù)據(jù)采集卡5，計數(shù)卡4 ；所述總控模塊1輸出端與變頻器2連接，還與調(diào)速箱6連接；所述變頻器2通過驅(qū)動電機11與汽車變速器8連接；變頻器2，控制和調(diào)節(jié)驅(qū)動電機11轉(zhuǎn)速。所述調(diào)速箱通過負(fù)載直流電機7與汽車變速器8連接；調(diào)速器6，控制和調(diào)整負(fù)載直流電機7扭矩；所述汽車變速器8，用于振動分析和故障診斷軟件測試；驅(qū)動電機11，模擬汽車變速器8動力輸入，驅(qū)動汽車變速器8輸入軸。所述驅(qū)動電機11 一端設(shè)有編碼器12，另一端設(shè)有聯(lián)軸器，通過該聯(lián)軸器與汽車變速器8連接；所述汽車變速器8上設(shè)置有振動加速度傳感器，所述汽車變速器8通過聯(lián)軸器與負(fù)載直流電機7連接；所述數(shù)據(jù)采集卡5通過振動加速度傳感器與汽車變速器8連接；所述計數(shù)卡4通過編碼器12與驅(qū)動電機11連接；所述工控機3通過PCI總線與數(shù)據(jù)采集卡 5及計數(shù)卡4連接；所述底座14上設(shè)置有負(fù)載直流電機7，汽車變速器8，驅(qū)動電機11。所述底座14與汽車變速器8之間設(shè)置有減震墊13。所述底座14與減震墊13中間開設(shè)有方形孔；將所述振動加速度傳感器穿過該方形孔粘貼與汽車變速器8底部，實現(xiàn)汽車變速器8 振動信號的數(shù)據(jù)采集。所述聯(lián)軸器10為彈性柱銷聯(lián)軸器10 ；連接汽車變速器8與驅(qū)動電機11、負(fù)載直流電機7，保證汽車變速器8與驅(qū)動電機11、負(fù)載直流電機7同步旋轉(zhuǎn)。所述調(diào)速器6輸出端接有壓敏電阻，在感性負(fù)載下防止過壓時損壞調(diào)速器6晶閘管。所述數(shù)據(jù)采集單元包括數(shù)據(jù)采集卡5和計數(shù)卡4 ；實現(xiàn)振動信號和轉(zhuǎn)速信號的同步數(shù)據(jù)采集；采用編碼器12測量汽車變速器8輸入軸轉(zhuǎn)速信號，采用振動加速度傳感器采集汽車變速器8殼體振動信號。一種汽車變速器振動分析試驗方法，包括如下步驟第一步，通過總控模塊1實現(xiàn)變頻器2、驅(qū)動電機11的啟動和停止；第二步，通過總控模塊1實現(xiàn)調(diào)速箱、負(fù)載直流電機7的啟動和停止；第三步，通過變頻器2控制和調(diào)節(jié)汽車變速器8輸入軸轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)汽車變速器8的升速和降速過程；第四步，通過調(diào)速箱控制負(fù)載直流電機7的扭矩；第五步，手動調(diào)節(jié)汽車變速器8擋位，實現(xiàn)不同擋位下振動分析試驗；第六步，數(shù)據(jù)采集完成汽車變速器8在不同擋位下升速、降速、加載、空載工況的振動信號和轉(zhuǎn)速信號的數(shù)據(jù)采集。還包括如下步驟，數(shù)據(jù)采集單元同步采集汽車變速器8在升速、降速、加載、空載、 不同擋位等工況下的振動和轉(zhuǎn)速信號，通過PCI總線傳輸至工控機3中進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析。如圖2所示，汽車變速器8振動分析試驗裝置中設(shè)備選型的理論計算依據(jù)如下(1)汽車變速器8的選擇汽車變速器8—般選擇具有輸入軸、中間軸和輸出軸的微型汽車變速器8，能夠滿足軟件測試試驗基本要求。本試驗裝置中選擇重慶青山生產(chǎn)的青山MR406汽車變速器8，其基本參數(shù)如下最大輸入扭矩56. 74N · m最大輸入轉(zhuǎn)速5500rpm各檔速比1檔 3. 428，2 檔 2. 108，3 檔 1. 379，4 檔 1. 00，倒檔 3. 600結(jié)構(gòu)形式四前進(jìn)檔、一倒檔且全同步輪廓尺寸453.5 X 325 X 285換檔方式拉索式，手動換檔重量 22. 5kg。(2)驅(qū)動電機11的選擇根據(jù)汽車變速器8的參數(shù)，驅(qū)動電機11的功率可取較小些，也可減少不必要的浪費，可選取功率為2KW的電機。同時，使用變頻器2調(diào)速，使其驅(qū)動速度為2000 3000r/min。選取驅(qū)動電機11型號為Y90L-2，其基本參數(shù)如下額定功率2. 2千瓦額定電壓380伏額定轉(zhuǎn)速J840轉(zhuǎn)/分額定電流4. 7安培最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩2. 3。(3)聯(lián)軸器10的選擇驅(qū)動電機11與汽車變速器8之間使用聯(lián)軸器10，為了隔離振動與沖擊，選用彈性柱銷聯(lián)軸器10。公稱轉(zhuǎn)矩；=955*10 =9.55*106*20/2000=95.5*103(Ν. mm)該情況下，轉(zhuǎn)矩變化較小，工作情況系數(shù)KA取1. 3，則計算轉(zhuǎn)矩為Tca = KA*T = 1. 3*95. 5*103Ν· mm = 124. 15N. m從GB4323-84中查的TL6型彈性套柱銷聯(lián)軸器10的許用轉(zhuǎn)矩為250N. m，許用最大轉(zhuǎn)速為3800r/min，軸徑為32_42mm之間，故合用。(4)負(fù)載直流電機7的選擇負(fù)載直流電機7的功率與轉(zhuǎn)速按照大于驅(qū)動電機11的額定功率進(jìn)行參考選取。負(fù)載直流電機7選取Z2-32直流電機，其額定功率為2. 2kw，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min。(5)振動加速度傳感器的選擇汽車變速器8的轉(zhuǎn)速范圍在1500轉(zhuǎn)/分至3600 轉(zhuǎn)/分之間。也就是源振動信號的轉(zhuǎn)速頻率最大值大概在60Hz左右。由于分析的最大階次為150階左右，那么測量的振動頻率最大值為9KHz左右，這是選擇振動傳感器的重要指標(biāo)。選擇朗斯加速度傳感器內(nèi)置ICP式加速度傳感器。其特點包括低阻抗輸出，抗干擾噪聲小可進(jìn)行長距離傳輸；性價比高安裝方便；穩(wěn)定性高，抗粉塵，潮濕，抗有害氣體。具體參數(shù)如下型號LCOlMT靈敏度250mV/g頻率范圍0.2-7700HZ重量32gm量程20g(6)數(shù)據(jù)采集卡5的選擇振動信號采集卡需要滿足三個條件，合適的采樣頻率和精度，具備一定的信號調(diào)理能力，具備同步定時的功能。模擬信號的采樣頻率由最高轉(zhuǎn)速和分析的最高階次兩個參數(shù)決定。對于聲音和振動信號采集，采樣率根據(jù)以下公式得出采樣率=2. 56X最高計算階次X最高轉(zhuǎn)速 (RPM)/60。內(nèi)置電路式加速度傳感器需要直流供電和抗混疊濾波器兩種信號調(diào)理功能。階次分析需要同步采集振動信號與轉(zhuǎn)速時標(biāo)信號?；谶@三個標(biāo)準(zhǔn)，選擇了美國國家儀器(Ni)公司生產(chǎn)的產(chǎn)品PCI-4474動態(tài)信號采集卡和NI公司的PCI-6601計數(shù)器。如圖3所示，汽車變速器振動分析試驗方法及裝置中振動轉(zhuǎn)速信號同步數(shù)據(jù)采集步驟如下首先，由PCI-6601卡實時監(jiān)測變速箱輸入軸的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到采集要求時，啟動PCI-6601卡開始采集任務(wù)，并隨后啟動PCI-4474卡的采集任務(wù)。先啟動的PCI-6601 卡不是立即開始采集工作，而是等待PCI-4474卡啟動的同時發(fā)出的觸發(fā)信號，在接收到 PCI-4474通過RTSI數(shù)據(jù)線傳遞的觸發(fā)信號之后，兩塊卡開始同步采集數(shù)據(jù)。在采集過程中，PCI-6601卡通過循環(huán)實時累加每次從硬件緩沖區(qū)讀取到的脈沖個數(shù)，當(dāng)達(dá)到了預(yù)設(shè)值時，便退出循環(huán)，從而使兩塊采集卡停止從硬件緩沖區(qū)中讀取后續(xù)采集到的數(shù)據(jù)，之后結(jié)束采集任務(wù)。
權(quán)利要求
1.一種汽車變速器振動分析試驗裝置，其特征在于 包括一底座，總控模塊，變頻器，調(diào)速器，驅(qū)動電機，負(fù)載直流電機，汽車變速器，工控機，數(shù)據(jù)采集卡，計數(shù)卡；所述總控模塊輸出端與變頻器連接，還與調(diào)速箱連接； 所述變頻器通過驅(qū)動電機與汽車汽車變速器連接； 所述調(diào)速箱通過負(fù)載直流電機與汽車變速器連接；所述驅(qū)動電機一端設(shè)有編碼器，另一端設(shè)有聯(lián)軸器，通過該聯(lián)軸器與汽車變速器連接；所述汽車變速器上設(shè)置有振動加速度傳感器，所述汽車變速器通過聯(lián)軸器與負(fù)載直流電機連接；所述數(shù)據(jù)采集卡通過振動加速度傳感器與汽車變速器連接； 所述計數(shù)卡通過編碼器與驅(qū)動電機連接； 所述工控機通過PCI總線與數(shù)據(jù)采集卡及計數(shù)卡連接； 所述底座上設(shè)置有負(fù)載直流電機，汽車變速器，驅(qū)動電機。
2.按權(quán)利要求1所述的汽車變速器振動分析試驗裝置，其特征在于所述底座與汽車變速器之間設(shè)置有減震墊。
3.按權(quán)利要求1所述的汽車變速器振動分析試驗裝置，其特征在于所述底座與減震墊中間開設(shè)有方形孔；將所述振動加速度傳感器穿過該方形孔粘貼于汽車變速器底部，實現(xiàn)汽車變速器振動信號的數(shù)據(jù)采集。
4.按權(quán)利要求1所述的汽車變速器振動分析試驗裝置，其特征在于所述聯(lián)軸器為彈性柱銷聯(lián)軸器；連接汽車變速器與驅(qū)動電機、負(fù)載直流電機，保證汽車變速器與驅(qū)動電機、 負(fù)載直流電機同步旋轉(zhuǎn)。
5.按權(quán)利要求1所述的汽車變速器振動分析試驗裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集單元包括數(shù)據(jù)采集卡和計數(shù)卡；實現(xiàn)振動信號和轉(zhuǎn)速信號的同步數(shù)據(jù)采集；采用編碼器測量汽車變速器輸入軸轉(zhuǎn)速信號，采用振動加速度傳感器采集汽車變速器殼體振動信號。
6.一種汽車變速器振動分析試驗方法，其特征在于 包括如下步驟第一步，通過總控模塊實現(xiàn)變頻器、驅(qū)動電機的啟動和停止； 第二步，通過總控模塊實現(xiàn)調(diào)速箱、負(fù)載直流電機的啟動和停止； 第三步，通過變頻器控制和調(diào)節(jié)汽車變速器輸入軸轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)汽車變速器的升速和降速過程；第四步，通過調(diào)速箱控制負(fù)載直流電機的扭矩； 第五步，手動調(diào)節(jié)汽車變速器擋位，實現(xiàn)不同擋位下振動分析試驗； 第六步，數(shù)據(jù)采集完成汽車變速器在不同擋位下升速、降速、加載、空載工況的振動信號和轉(zhuǎn)速信號的數(shù)據(jù)采集。
7.按權(quán)利要求6所述的一種汽車變速器振動分析試驗方法，其特征在于還包括如下步驟，數(shù)據(jù)采集單元同步采集汽車變速器在不同擋位下升速、降速、加載、空載的振動和轉(zhuǎn)速信號，通過PCI總線傳輸至工控機中進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析。
全文摘要
本發(fā)明公開一種汽車變速器振動分析試驗方法及裝置；包括一底座，總控模塊，變頻器，調(diào)速器，驅(qū)動電機，負(fù)載直流電機，汽車汽車變速器，工控機，數(shù)據(jù)采集卡，計數(shù)卡；采用電源轉(zhuǎn)換模塊為其他各模塊供電，采用變頻器控制和調(diào)節(jié)驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速，采用負(fù)載電阻及發(fā)電機調(diào)速箱調(diào)節(jié)和控制負(fù)載電機扭矩，采用基礎(chǔ)底座和減震墊支撐，采用減震墊隔離汽車變速器和底座之間的振動，采用彈性柱銷聯(lián)軸器連接汽車變速器和電機，并隔離振動信號；采用振動加速度傳感器采集汽車變速器殼體振動信號；本試驗方法及控制裝置集成度高、裝置擴(kuò)展性強、成本低、能有效模擬汽車變速箱基本運行，有效獲取汽車變速器振動、轉(zhuǎn)速信號，提供故障診斷分析的仿真環(huán)境。
文檔編號G01M13/02GK102564756SQ20111011320
公開日2012年7月11日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者史海波, 周曉鋒, 姚秀琴, 尚文利, 胡國良 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所