变速箱NVH测试与分析-ch

孙卫青[e-mail]变速箱噪声振动测试与分析2copyrightLMSInternational-2007目录变速箱信号特征分析-频谱及阶次分析变速箱传动轴扭振分析总结变速箱故障诊断-包络分析变速箱故障诊断-倒谱分析变速箱结构特性分析-模态分析变速箱NVH测试简介及常用分析工具及方法3copyrightLMSInternational-2007目录变速箱NVH测试简介及常用分析工具及方法变速箱信号特征分析-频谱及阶次分析变速箱传动轴扭振分析总结变速箱故障诊断-包络分析变速箱故障诊断-倒谱分析变速箱结构特性分析-模态分析4copyrightLMSInternational-2007LMSCAEProductsPreferredPartnerofDassaultSystèmes测试目的变速箱NVH测试目的ƒ对新型号产品进行验证试验ƒ对新的设计进行全面评价ƒ需要进行长期的进行改进验证…在实验过程中需要考虑降低项目成本ƒ故障诊断ƒ客户抱怨ƒ返修…需要快速得到测试结果并提出解决方案!ƒ持续不断的进行产品的研究和开发深入研究产品的性能，以为未来的新产品设计做准备ƒ对标试验对竞争对手进行分析5copyrightLMSInternational-2007变速箱NVH测试目的噪声问题故障诊断客户抱怨噪音太大或存在异常噪音......因此第一步进行噪音测试但是什么是噪音的根源所在?►振动►机械运转Noise6copyrightLMSInternational-2007有效的测试方法系统的测试方法将噪声，振动等表象指标分解到接收点，传递途径以及源，对测试分析流程会有很大的帮助。想象一个医生是如何发现一种奇怪的流行性疾病的。对于疾病的研究，他们首先要：源|传递途径|接收点1.听诊器然后他们会思考疾病的可能传播途径2.载体3.根本原因最终找到根源1.接收点...噪声2.传递途径...结构形式3.源...机械运动噪声=接收点结构形式+振动=传递途径动力扭矩+负载作用力矩=源7copyrightLMSInternational-2007测试流程的建议接收点=传递途径x源测试流程工况下状态接收点结构特性工作载荷传递途径源=x▪噪声▪振动▪应力▪疲劳▪结构模态特性▪惯量/质量▪流体(空气)特性▪力▪力矩=x噪声结构形式动力扭矩负载力矩齿间啮合冲击不平衡…8copyrightLMSInternational-2007接收点测试对工况下的变速箱的实验数据进行分析，时域，频域，与转速相关（阶次域）。工况测试噪声振动噪声传声器及主观评价▪声压▪声功率▪主观评价振动加速度计或激光测振▪振动加速度▪振动速度▪位移应力力传感器或应变片疲劳视觉检查(是否已破坏/是否有裂纹?)应力疲劳9copyrightLMSInternational-2007接收点分析工况下的测试结果说明了该型号产品的NVH性能表现但是，仅仅有工况下的测试结果，并不能判断出为什么该产品会有这样的NVH性能测试中出现的噪声峰值到底是由于结构的设计形式不合适所引起的，还是由于这个工况下的载荷力所造成的？或者是两者都起了作用？在工作状态下测试得到的结果=x结构不平衡力噪声f=50Hz…;f=50Hz…7f=50Hz…原因???接收点传递途径源10copyrightLMSInternational-2007系统的进行噪声振动的测试与源-传递途径-接收点这样的思路关联起来工作状态下的试验结果载荷/力的确定ƒ谐次分析ƒ谱分析ƒ倍频程分析ƒ滤波回放ƒ谐次分析ƒ谱分析ƒ相干性分析=XReceiverTransmitterSource结构动力特性问题=XReceiverTransmitterSource载荷问题=XReceiverTransmitterSource最恶劣的情况ƒ时域振型模拟ƒ工作变形分析ƒ相干性分析ƒ包络分析ƒ时频分析ƒ时频分析ƒ工作变形分析ƒ包络分析ƒ声强扫描ƒ间接法进行力识别ƒ燃烧分析结构系统的特性分析ƒ传递函数测试ƒ模态分析ƒ自动提取模态参数ƒ工况下的模态分析11copyrightLMSInternational-2007动力总成相关NVH结构声与空气声空气声空气声结构声结构声激励激励减震减震传递传递车内噪声车内噪声ΣΣ2ndorder2ndorderexcitationexcitationaccelaccelspectrumspectrumshapeshapeSPLSPLdiscretediscretefrequenciesfrequenciesSPLSPL2ndorder2ndorderexcitationexcitationaccelaccelharmonicharmonicpatternpatternaccelaccelmountmountcharactercharacter--isticsisticsdyndynstiffnessstiffnessBodyBodyNoiseTFNoiseTFdB/NdB/Nlevel&level&linearitylinearitydBdBdiscretediscretefrequenciesfrequenciesSPLSPLspectrumspectrumshapeshapeSPLSPLharmonicharmonicpatternpatternAccelAccelchassischassisdynamicsdynamicstransfertransferfunctionfunctionTransTrans--missionmissionLossLossdB/dBdB/dB12copyrightLMSInternational-2007LMS动力总成NVH测试旋转机械分析结构测试声学分析动力总成动力总成整车集成路试P13copyrightLMSInternational-2007LMS动力总成NVH测试旋转机械分析结构测试声学分析信号特征分析阶次跟踪角度域分析扭振测试ODS声全息/声聚焦声强测试声功率测试1/3倍频程分析小波分析激振器测试锤激测试扫频测试模态分析刚体特性识别信号特征分析阶次跟踪ODS扭振测试声全息/声聚焦声品质传递路径分析ASQ1/3倍频程分析室内通过噪声信号特征分析阶次跟踪ODS心理声学传递路径分析ASQ户外加速通过噪声报告–数据共享–自动化流程动力总成动力总成整车集成路试14copyrightLMSInternational-2007LMS动力总成NVH测试转速脉冲/增量型编码器电压/ICP/麦克风/电荷/QTV/桥路CAN-bus(J1939),缓变通道转速脉冲电压/ICP/麦克风/双耳录音人工头源输出电压/ICP/麦克风/电荷/桥路转速脉冲/增量型编码器电压/ICP/麦克风/电荷/QTV/桥路CAN-bus(J1939),缓变通道转速脉冲电压/ICP/麦克风/双耳录音人工头转速脉冲电压/ICP/麦克风/电荷/QTV/桥路CAN-bus(J1939),缓变通道,GPS转速脉冲电压/ICP/麦克风/双耳录音人工头ScadasIII及ScadasMobile数据采集前端动力总成动力总成整车集成路试旋转机械分析结构测试声学分析15copyrightLMSInternational-2007LMSTest.Lab软件介绍…1个用户操作环境–应对所有噪声振动任务旋转机械声学结构环境及耐久性报告数据共享高级分析16copyrightLMSInternational-2007目录变速箱信号特征分析-频谱及阶次分析变速箱传动轴扭振分析总结变速箱故障诊断-包络分析变速箱故障诊断-倒谱分析变速箱结构特性分析-模态分析变速箱NVH测试简介及常用分析工具及方法变速箱信号特征分析-频谱及阶次分析变速箱噪声振动信号特征分析一般流程：ƒ根据各档位的动力传递路径，确定各档位均有哪些齿轮对参与传动；ƒ根据参与动力传递的齿轮对的传动比，确定各轴的转速及相应转动频率；ƒ根据各轴转动频率及轴上各参与传动的齿轮的齿数，计算得到齿轮的啮合频率；ƒ跟踪动力输入轴或输出轴的转速，进行各档位的加速测试，测试相关位置的噪声振动；ƒ确定是否存在异常噪声振动；ƒ判断故障频率或阶次；ƒ故障频率：查找结构传递特性问题-定位到某个结构部件，优化结构ƒ故障阶次：查找对应的故障根源-定位到某组齿轮的啮合频率，优化齿轮-定位到某个轴的转动频率，优化装配17copyrightLMSInternational-2007变速箱信号特征分析-频谱及阶次分析18copyrightLMSInternational-2007变速箱存在异响:图中Point1:S为变速箱附近噪声信号通道；box:+Y为变速箱箱体振动信号通道。0.001000.00Hzbox:+Y(CH2)800.962048.44rpmTacho1(T1)-94.10-5.72dBgAutoPowerbox:+YWF126[800.96-2048.4rpm]H3run2Tp10.0050.00orderbox:+Y(CH2)800.962048.44rpmTacho1(T1)-87.39-3.44dBgSpectrumbox:+YWF126[800.96-2048.4rpm]H3run2Tp10.00500.00HzPoint1:S(CH1)800.962048.44rpmTacho1(T1)22.75109.48dBPa10.70145.00320.00AutoPowerPoint1:SWF126[800.96-2048.4rpm]H3run2Tp10.0030.00orderPoint1:S(CH1)800.962048.44rpmTacho1(T1)15.70108.70dBPa320.00145.0010.70SpectrumPoint1:SWF126[800.96-2048.4rpm]H3run2Tp1变速箱信号特征分析-频谱及阶次分析ƒ计算各档位参与动力传动的各轴转速，各对齿轮的啮合频率ƒ箱体振动信号中既表现出了发动机激励频率所对应的倍频，也表现出了变速箱内齿轮系传动的啮合频率成分（图中用红色圈出部分）；ƒ而噪声信号中变速箱的阶次成分很不明显，主要是发动机激励频率的倍频成分。这一点可以理解，因为是在实车上进行的测试，所以发动机的辐射噪声湮没了变速箱的辐射噪声。ƒ在噪声频谱中，可以看到存在两个明显的共振频率：145Hz和320Hz。ƒ结合Test.Lab的声音故障诊断功能，分别将两个共振频率成分滤掉后，与原始信号做回放听觉比较，最后断定是320Hz左右的共振现象所引起的异响。而另一个145Hz的共振由于频率太低，对人主观感受影响很小，并不是所听到的异响的根源。19copyrightLMSInternational-2007变速箱信号特征分析-频谱及阶次分析ƒ对比噪声频谱和变速箱壳体振动频谱，可以发现在320Hz左右的共振现象在变速箱壳体的振动频谱中并没有出现，所以可以进一步断定，这个共振现象并不是变速箱壳体所产生。ƒ由于320Hz所引起的共振响应频谱较宽，有可能是共振引起的齿轮Rattle（拍击声）。ƒ用力锤进行各个部件的传递函数测试，最后判断为变速箱内轴承座处的局部模态所引起。ƒ改进：在箱体与轴承座间加焊加强筋。20copyrightLMSInternational-200721copyrightLMSInternational-2007目录变速箱信号特征分析-频谱及阶次分析变速箱传动轴扭振分析总结变速箱故障诊断-包络分析变速箱故障诊断-倒谱分析变速箱结构特性分析-模态分析变速箱NVH测试简介及常用分析工具及方法22copyrightLMSInternational-2007变速箱传动轴扭振分析GearwhineGearwhine（低鸣声）（低鸣声）::在传送动力的齿轮之间，传动接触在传送动力的齿轮之间，传动接触点扭矩的波动所引起的噪声，与传点扭矩的波动所引起的噪声，与传动比及啮合频率相关动比及啮合频率相关RPMRPMFREQUENCYFREQUENCYGearratt