CN109540441A - 汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统及方法，包括变速箱，还包括支架、底座、加载电机、减速箱、微型激振器、加速度传感器、信号采集系统；所述支架固设在水平地面上；所述固定底座与变速箱内部差速器的传动轴固定连接；箱体上有悬置安装点，所述微型激振器安装在所述箱体悬置安装点上，用于发生激励信号，其数据线与信号采集系统连接；所述加速度传感器粘贴于箱体内部齿轮上，其数据线由箱体外表面开孔引出并与信号采集系统连接；所述信号收集系统收集激励信号和响应信号，然后计算传递函数。本发明具有使变速箱内部振动传递函数的测试环境为线性系统，使测量出的传递函数更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及汽车噪声、振动与声振粗糙度领域，具体涉及汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统及方法。
背景技术
汽车噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。车辆的NVH问题是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的问题之一。有统计资料显示，整车约有1/3的故障问题是和车辆的NVH问题有关系，而各大公司有近20％的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。
汽车变速箱的振动噪声是变速箱在动态激励(齿轮传递误差)作用下，由变速箱内部啮合齿轮传递到轴上，再由轴承经箱体传递到箱体悬置处，然后，通过车身并在车内产生的动态响应，如果动态激励的激振频率和传递路径上的零部件的某一固有频率相吻合时，就会产生共振，使振动噪声放大，因此有效的测试变速器内部传递函数显得尤为重要。
专利号为CN201711072108.1，专利名称为《变速器系统振动传函测试系统及方法》的专利中，此专利技术方案是将变速器系统用弹性绳悬空悬吊，通过使用自凝后一定刚度的义齿基托树脂将变速器对象传动链上配对齿轮接触齿面粘贴固定在一起，此过程啮合齿轮并没有真实啮合，不能反应齿面的啮合刚度，轴承处于放松状态，变速器系统为非线性系统，不满足传递函数测试理论，测试得到的传递函数不准确。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统及方法，以确保在测试变速箱内部振动传递函数的测试环境为线性系统，使测量出的传递函数更加准确。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统，包括变速箱，所述变速箱包括箱体，所述箱体内设有输入轴、中间轴及差速器，所述输入轴和中间轴上套设有相互啮合的齿轮，所述输入轴、中间轴两端分别安装有轴承，还包括水平固设在地面上的支架、底座、加载电机、减速箱、微型激振器、加速度传感器、信号采集系统；所述减速箱、变速箱分别设在所述支架两侧；
所述变速箱与所述减速箱之间通过输入法兰盘相连，所述加载电机与所述减速箱通过联轴器连接，所述固定底座与变速箱内部差速器的传动轴固定连接；
箱体上有悬置安装点，所述微型激振器安装在所述箱体悬置安装点上，用于发生激励信号，其数据线与信号采集系统连接；
所述加速度传感器粘贴于箱体内部齿轮上，其数据线由箱体外表面开孔引出并与信号采集系统连接；
所述信号收集系统收集激励信号和响应信号，然后计算传递函数。
进一步地，所述加速度传感器为三向加速度传感器，三向加速度传感器X方向垂直于齿轮螺旋线方向，三向加速度传感器Y方向为齿轮径向方向，三向加速度传感器Z方向平行于齿轮螺旋线方向。
进一步地，所述三向加速度传感器为多个，并一一安装在对应的齿轮上。
进一步地，所述微型激振器连接有信号发生器，所述信号发生器连接有功率放大器。
汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统的方法，包括以下步骤；
1)加速度传感器布置
拆箱变速箱，在变速箱内部齿轮上粘贴加速传感器，其数据线固定在输入轴上，并在输入轴上的轴花键与箱体做好定位标记；
关箱变速器，在箱体打一个小孔，将加速度传感器数据线伸出并与信号采集系统连接；
2)安装变速箱
首先将加载电机固设在水平地面上，将支架固设在水平地面上，变速箱与减速箱分别固设在支架两侧并通过输入法兰盘相连，固定底座将变速箱内部差速器传动轴固定防止其发生转动，以防齿轮转动和加速度传感器相撞，确保变速箱系统为线性系统；
3)安装微型激振器
将微型激振器安装在箱体悬置安装点上，用于发生振动激励信号，其数据线与信号采集系统连接，所述微型激振器连接有信号发生器，所述信号发生器连接有功率放大器；
4)信号采集
微型激振器在变速箱箱体悬置安装点位置发出振动激励信号，振动激励信号经由轴承、中间轴、输入轴、传递到齿轮而产生振动响应信号；数据采集分析系统采集振动激励信号及振动响应信号；
5)振动传递函数计算
定义振动激励信号为为F(t)，定义振动响应信号为Y(t)，将激励信号F(t)与响应信号Y(t)傅里叶变换分别得到F(ω)和Y(ω)，变速箱内部振动传递函数H(ω)＝Y(ω)/F(ω)。
进一步地，步骤3)中，箱体悬置安装点处粘贴有正方体铝块，并将微型激振器安装到所述正方体铝块上，从而保证微型激振器能从X、Y、Z三个方向施加力信号。
进一步地，步骤1)中，所述加速度传感器为三向加速度传感器且数量为多个，并一一安装在对应的齿轮上，三向加速度传感器X方向垂直于齿轮螺旋线方向，三向加速度传感器Y方向为齿轮径向方向，三向加速度传感器Z方向平行于齿轮螺旋线方向。
进一步地，步骤4)中，筛选振动激励信号与振动响应信号，接收三组信号做平均处理，选出离平均信号最接近的一组信号
进一步地，所述正方体铝块体积为1立方厘米。
本发明有益的技术效果是：本发明采用加载电机为变速箱施加不同稳定的扭矩，固定底座约束变速箱内部差速器转动，使变速箱内部齿轮正确啮合，并在齿轮轴向力、径向力作用下使轴承压紧状态，使齿轮经由中间轴、输入轴、轴承到箱体悬置安装点的传递路径成为线性系统，可以真实准确的测得整个传递路径的传递函数。还可以测得不同输入扭矩下，使齿轮经由中间轴、输入轴、轴承到箱体悬置安装点的传递函数。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1变速箱内部结构立体图；
图3为图2变速箱俯视图；
附图标记
变速箱1；输入轴2；中间轴3；差速器4；齿轮5；轴承6；支架7；底座8；信号采集系统9；减速箱10；微型激振器11；加速度传感器12；加载电机13；悬置安装点14。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
具体实施例中，参考附图1-3，本发明提供了一种汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统，包括变速箱1，变速箱包括箱体，箱体内设有输入轴2、中间轴3及差速4器，输入轴2和中间轴3上套设有相互啮合的齿轮5，输入轴1、中间轴3两端分别安装有轴承6，还包括水平固设在地面上的支架7、底座8、加载电机13、减速箱10、微型激振器11、加速度传感器12、信号采集系统9；减速箱、变速箱分别设在支架两侧；
变速箱1与减速箱10之间通过输入法兰盘相连，加载电机13与减速箱通过联轴器连接，加载电机13为变速箱1提供稳定扭矩，减速箱10为加载电机减速增扭，固定底座7与变速箱内部差速器4的传动轴通过输出法兰相连，使变速箱内部轴齿不发生转动，减速箱10及变速箱1连接面通过螺栓固定在支架上；
箱体上有悬置安装点14，微型激振器11安装在箱体悬置安装点14上，用于发生激励信号，其数据线与信号采集系统连接；微型激振器连接有信号发生器，信号发生器连接有功率放大器。
加速度传感器12粘贴于箱体内部齿轮5上，其数据线由箱体外表面开孔引出并与信号采集系统9连接；本实施例中，加速度传感器优选为三向加速度传感器，三向加速度传感器X方向垂直于齿轮螺旋线方向，三向加速度传感器Y方向为齿轮径向方向，三向加速度传感器Z方向平行于齿轮螺旋线方向。三向加速度传感器为多个，并一一安装在对应的齿轮5上。
信号收集系统9收集激励信号和响应信号，然后计算传递函数。
本发明还提供了一种汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统的方法，包括以下步骤；
1)加速度传感器布置
拆箱变速箱1，在变速箱内部齿轮5上粘贴加速传感器12，其数据线固定在输入轴1上，并在输入轴上的轴花键与箱体做好定位标记；
关箱变速器，在箱体打一个小孔，将加速度传感器数据线伸出并与信号采集系统连接；
加速度传感器为三向加速度传感器且数量为多个，并一一安装在对应的齿轮上，三向加速度传感器X方向垂直于齿轮螺旋线方向，三向加速度传感器Y方向为齿轮径向方向，三向加速度传感器Z方向平行于齿轮螺旋线方向。
2)安装变速箱
首先将加载电机13固设在水平地面上，将支架7固设在水平地面上，变速箱1与减速箱10分别固设在支架两侧并通过输入法兰盘相连，固定底座将变速箱内部差速器4传动轴固定防止其发生转动，以防齿轮转动和加速度传感器相撞，确保变速箱系统为线性系统；
3)安装微型激振器
将微型激振器11安装在箱体悬置安装点上，用于发生振动激励信号，其数据线与信号采集系统9连接，微型激振器连接有信号发生器，信号发生器连接有功率放大器；在箱体悬置安装点处粘贴有正方体铝块，并将微型激振器11安装到所述正方体铝块上，从而保证微型激振器能从X、Y、Z三个方向施加力信号，正方体铝块体积优选为1立方厘米。
4)信号采集
微型激振器11在变速箱箱体悬置安装点位置发出振动激励信号，振动激励信号经由轴承6、中间轴3、输入轴2、传递到齿轮5而产生振动响应信号；数据采集分析系统采集振动激励信号及振动响应信号；
微型激振器发出正弦扫频信号，设置振幅为5g，频率为0-3000Hz，频率增量为1Hz，扫频速率为10Hz/s；三向加速度传感器的采样频率为0-6000Hz，频率分辨率为1Hz，对加速度信号施加矩形窗；加载电机分别施加50Nm、100Nm、150Nm、200Nm、250Nm稳定扭矩，信号采集系统采集三组微型激振器发出的激励信号以及加速度传感器的响应信号，筛选振动激励信号与振动响应信号，接收三组信号做平均处理，选出离平均信号最接近的一组信号。
5)振动传递函数计算
定义振动激励信号为为F(t)，定义振动响应信号为Y(t)，将激励信号F(t)与响应信号Y(t)傅里叶变换分别得到F(ω)和Y(ω)，变速箱内部振动传递函数H(ω)＝Y(ω)/F(ω)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统，包括变速箱(1)，所述变速箱包括箱体，所述箱体内设有输入轴(2)、中间轴(3)及差速器(4)，所述输入轴和中间轴上套设有相互啮合的齿轮(5)，所述输入轴、中间轴两端分别安装有轴承(6)，其特征在于：还包括水平固设在地面上的支架(7)、底座(8)、加载电机(13)、减速箱(10)、微型激振器(11)、加速度传感器(12)、信号采集系统(9)；所述减速箱、变速箱分别设在所述支架两侧；
所述变速箱(1)与所述减速箱(10)之间通过输入法兰盘相连，所述加载电机(13)与所述减速箱(10)通过联轴器连接，所述固定底座(8)与变速箱内部差速器的传动轴固定连接；
箱体上有悬置安装点(14)，所述微型激振器(11)安装在所述箱体悬置安装点(14)上，用于发生激励信号，其数据线与信号采集系统(9)连接；
所述加速度传感器(12)粘贴于箱体内部齿轮(5)上，其数据线由箱体外表面开孔引出并与信号采集系统(9)连接；
所述信号收集系统(9)收集激励信号和响应信号，然后计算传递函数。
2.如权利要求1所述的汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统，其特征在于：所述加速度传感器为三向加速度传感器，三向加速度传感器X方向垂直于齿轮螺旋线方向，三向加速度传感器Y方向为齿轮径向方向，三向加速度传感器Z方向平行于齿轮螺旋线方向。
3.如权利要求2所述的汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统，其特征在于：所述三向加速度传感器为多个，并一一安装在对应的齿轮上。
4.如权利要求1所述的汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统，其特征在于：所述微型激振器连接有信号发生器，所述信号发生器连接有功率放大器。
5.采用权利要求1-4任一项所述的汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统的方法，其特征在于：包括以下步骤；
1)加速度传感器布置
拆箱变速箱(1)，在变速箱内部齿轮(5)上粘贴加速传感器，其数据线固定在输入轴(2)上，并在输入轴上的轴花键与箱体做好定位标记；
关箱变速器，在箱体打一个小孔，将加速度传感器(12)数据线伸出并与信号采集系统(9)连接；
2)安装变速箱
首先将加载电机(13)固设在水平地面上，将支架(7)固设在水平地面上，变速箱(1)与减速箱(10)分别固设在支架两侧并通过输入法兰盘相连，固定底座将变速箱内部差速器(4)传动轴固定防止其发生转动，以防齿轮(5)转动和加速度传感器(12)相撞，确保变速箱系统为线性系统；
3)安装微型激振器
将微型激振器(11)安装在箱体悬置安装点(14)上，用于发生振动激励信号，其数据线与信号采集系统连接，所述微型激振器连接有信号发生器，所述信号发生器连接有功率放大器；
4)信号采集
微型激振器在变速箱箱体悬置安装点位置发出振动激励信号，振动激励信号经由轴承(6)、中间轴(3)、输入轴(2)、传递到齿轮(5)而产生振动响应信号；数据采集分析系统采集振动激励信号及振动响应信号；
5)振动传递函数计算
定义振动激励信号为为F(t)，定义振动响应信号为Y(t)，将激励信号F(t)与响应信号Y(t)傅里叶变换分别得到F(ω)和Y(ω)，变速箱内部振动传递函数H(ω)＝Y(ω)/F(ω)。
6.如权利要求5所述的汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统的方法，其特征在于：步骤3)中，箱体悬置安装点(14)处粘贴有正方体铝块，并将微型激振器安装到所述正方体铝块上，从而保证微型激振器能从X、Y、Z三个方向施加力信号。
7.如权利要求5所述的汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统的方法，其特征在于：步骤1)中，所述加速度传感器为三向加速度传感器且数量为多个，并一一安装在对应的齿轮上，三向加速度传感器X方向垂直于齿轮螺旋线方向，三向加速度传感器Y方向为齿轮径向方向，三向加速度传感器Z方向平行于齿轮螺旋线方向。
8.如权利要求5所述的汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统的方法，其特征在于：步骤4)中，筛选振动激励信号与振动响应信号，接收三组信号做平均处理，选出离平均信号最接近的一组信号。
9.如权利要求6所述的汽车变速箱在预载荷下内部振动传递函数测试系统的方法，其特征在于：所述正方体铝块体积为1立方厘米。
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