郭明
摘 要 本文通過(guò)實(shí)際中使用德?tīng)査治鰞x對(duì)變速器疲勞壽命試驗(yàn)中早期故障進(jìn)行分析診斷的一個(gè)案列,介紹一種變速器疲勞壽命試驗(yàn)早期故障分析診斷的方法,同時(shí)說(shuō)明早期故障分析診斷在疲勞壽命試驗(yàn)過(guò)程中的意義。
關(guān)鍵詞 德?tīng)査治鰞x;振動(dòng);諧波;序值;故障分析診斷
1引言
德國(guó)萊爾浩福公司旗下的產(chǎn)品—德?tīng)査治鰞x在變速器疲勞壽命試驗(yàn)早期故障分析診斷中運(yùn)用比較廣泛。它基于對(duì)試件的實(shí)時(shí)頻譜分析,利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,在定工況或變工況的動(dòng)態(tài)耐久性試驗(yàn)中,對(duì)試件振動(dòng)譜中信號(hào)成份的當(dāng)前分布特性和其初始的分布特性進(jìn)行在線,實(shí)時(shí),連續(xù)的比較,通過(guò)比較結(jié)果的差異提供故障開(kāi)始發(fā)生,或加劇的信息。
2故障分析案列
以下針對(duì)一個(gè)16擋手動(dòng)變速器在整個(gè)疲勞壽命試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)德?tīng)査治鰞x采集的振動(dòng)信號(hào),進(jìn)行早期故障分析診斷。
2.1 確定故障發(fā)生時(shí)的擋位及時(shí)間
根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),設(shè)定該變速器各擋位的報(bào)警閥值為800(由于該值為經(jīng)驗(yàn)值,故在試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注振動(dòng)趨勢(shì)指數(shù)曲線的變化,而不是僅僅關(guān)注報(bào)警時(shí)的曲線)。圖1為1、2和3擋疲勞壽命試驗(yàn)振動(dòng)趨勢(shì)指數(shù)曲線,從圖中可以看出,在疲勞壽命試驗(yàn)過(guò)程中,德?tīng)査治鰞x第一次報(bào)警時(shí)間發(fā)生第三循環(huán)3擋試驗(yàn)過(guò)程中,并且曲線有明顯劇變,說(shuō)明在此時(shí)變速器可能發(fā)生了故障;而在第三循環(huán)1擋和2擋的振動(dòng)趨勢(shì)指數(shù)曲線幾乎沒(méi)有變化,說(shuō)明在該循環(huán)的這兩個(gè)擋位試驗(yàn)過(guò)程中可能未發(fā)生任何故障,即故障發(fā)生的起始時(shí)間可能就在第三循環(huán)3擋。
圖2為3擋疲勞壽命試驗(yàn)振動(dòng)趨勢(shì)指數(shù)曲線,從圖中可以看出,曲線起始變化時(shí)間到報(bào)警時(shí)間之間間隔17分鐘,說(shuō)明故障不是瞬間發(fā)生的,是一個(gè)漸變過(guò)程。
2.2 確定故障發(fā)生部位
圖3為基于變速器機(jī)械結(jié)構(gòu)的3擋疲勞壽命試驗(yàn)?zāi)芰總鬟f圖,其中1-GJ代表前副箱傳動(dòng)齒輪,Z-GJ代表中間軸傳動(dòng)齒輪,2-G2代表主箱二軸上3擋齒輪,Z-G2代表中間軸3擋齒輪,GFS-GG代表副箱驅(qū)動(dòng)齒輪,Z-GG代表副箱中間軸驅(qū)動(dòng)齒輪,Z-GD代表副箱中間軸軸齒,F(xiàn)S-GD代表副箱減速齒輪。
同步化輸入軸轉(zhuǎn)速(即不管輸入軸的轉(zhuǎn)速是多少,都假設(shè)其特征頻率為1)后,通過(guò)德?tīng)査治鰞x自帶的軟件“Rhf Order Calculator”計(jì)算出3擋疲勞壽命試驗(yàn)過(guò)程傳遞路線上各個(gè)齒輪及軸的特征頻率和諧波對(duì)應(yīng)的序值如表1所示:
圖4為3擋疲勞壽命試驗(yàn)第三循環(huán)過(guò)程中的瀑布圖,其中X軸表示試件序值,Y軸表示振幅的變化大小,Z軸表示時(shí)間。瀑布圖中隨時(shí)間新出現(xiàn)的、振幅連續(xù)的變化,通常表示故障始發(fā)或加劇時(shí),振動(dòng)譜線中信號(hào)成分分布特性的變化。
從圖4中的瀑布圖可以看出,隨著試驗(yàn)的進(jìn)行,連續(xù)出現(xiàn)新的間隔為0.37的序值信號(hào)分布,基于表1的序值,0.37對(duì)應(yīng)的是3擋疲勞壽命試驗(yàn)時(shí)的副箱中間軸,由此可知,故障始發(fā)或加劇造成了副箱中間軸的不平衡機(jī)械旋轉(zhuǎn),從而導(dǎo)致分布特性的變化,這表明故障部位與副箱中間軸相關(guān)。
圖5為3擋疲勞壽命試驗(yàn)報(bào)警時(shí)刻的振動(dòng)序譜放大圖(采樣時(shí)間為2014年3月11日,7:31:25 PM),其中X表示序值,Y軸表示振幅,上方的紅色曲線是德?tīng)査治鰞x在“實(shí)時(shí)監(jiān)控階段”采樣到的變速器當(dāng)前振動(dòng)譜,而下方的黃色曲線是德?tīng)査治鰞x在“實(shí)時(shí)監(jiān)控階段”采樣到的變速器當(dāng)前振動(dòng)譜與德?tīng)柗治鰞x在“自學(xué)習(xí)階段”同樣工況下生成的上下容限之間比較形成的變化譜。
從圖5可以看出,在報(bào)警時(shí)刻,變化譜上出現(xiàn)了連續(xù)的間隔為0.37的序值信號(hào),而且該信號(hào)是序值為4.75和9.625的零件對(duì)應(yīng)的邊頻信號(hào)。基于表1的序值,4.75和9.625分別是副箱中間軸軸齒的1次諧波和2次諧波對(duì)應(yīng)的序值(由于受采樣頻率的影響,實(shí)際采樣的振動(dòng)序值有0.125的偏差),而0.37對(duì)應(yīng)的是副箱中間軸的序值。由此可以得出,故障發(fā)生部位在副箱中間軸軸齒上。
2.3 故障分析總結(jié)
綜合2.1和2.2可以得出,該變速器在疲勞壽命試驗(yàn)過(guò)程中,在第三循環(huán)3擋運(yùn)行至2014年3月11日下午7:14時(shí),開(kāi)始有故障出現(xiàn),故障發(fā)生部位在副箱中間軸軸齒,并且隨著試驗(yàn)的繼續(xù)運(yùn)行,故障逐漸加劇。
試驗(yàn)停止后拆檢發(fā)現(xiàn),副箱中間軸軸齒一個(gè)齒斷裂,與其相鄰的一個(gè)齒出現(xiàn)嚴(yán)重點(diǎn)蝕,見(jiàn)圖6,與分析結(jié)果基本一致。
3早期故障分析診斷在疲勞壽命試驗(yàn)過(guò)程中的意義
早期識(shí)別試件機(jī)械結(jié)構(gòu)的變化;
同樣的工況下,若試件機(jī)械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化,其振動(dòng)信號(hào)頻譜就會(huì)隨之出現(xiàn)變化,變化值的絕對(duì)值之和形成的振動(dòng)趨勢(shì)指數(shù)曲線也會(huì)同時(shí)上升,從而被試驗(yàn)人員識(shí)別。
保護(hù)試件和試驗(yàn)臺(tái)架不被完全損壞;
故障發(fā)生后,振動(dòng)趨勢(shì)指數(shù)曲線會(huì)明顯上升,若報(bào)警值設(shè)置合適,可及時(shí)切斷試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行,終止試驗(yàn),從而保護(hù)試件和臺(tái)架。
縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研制周期;
借助于及時(shí)切斷試驗(yàn)運(yùn)行,產(chǎn)品測(cè)試工程師有最好的機(jī)會(huì)去發(fā)現(xiàn)故障產(chǎn)生原因,從而為設(shè)計(jì)人員提供有用信息,為其下一個(gè)開(kāi)發(fā)步驟提供依據(jù),從而縮短產(chǎn)品研制周期。
提高試驗(yàn)臺(tái)的利用率;
借助于振動(dòng)信號(hào)變化,及時(shí)切斷試驗(yàn)臺(tái),可有效提高試驗(yàn)臺(tái)的利用率。
降低試驗(yàn)成本。
如果能早期及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障,確定故障部位,分析故障原因,并更換發(fā)生故障的元件,試件就有可能更快的通過(guò)試驗(yàn)要求,從而降低試驗(yàn)成本。
參考文獻(xiàn):
[1] REILHOFER KG(Germany),德?tīng)査治鰞x(delta-ANALYSER)手冊(cè).2013.