CN110887660B - 减速器啮合侧隙撞击异响的主撞击点检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减速器啮合侧隙撞击异响的主撞击点检测方法，包括以下步骤：步骤1、加工减速器样件及重新装配：步骤2、搭建检测台架；步骤3、检查摇臂安装状态；步骤4、安装振动加速度传感器及连接测试系统：步骤5、采集振动信号：步骤6、分析撞击点；步骤7、复查撞击点。利用本方法能够对啮合侧隙进行撞击点检测，无需对减速器样件内零组件进行换装，避免了样件更换操作导致的撞击点误判。该方法能够完成多个啮合侧隙的同步检测，快速定位主要撞击点，操作简单，检测效率高。

Description

减速器啮合侧隙撞击异响的主撞击点检测方法

技术领域

本发明属于减速器检测技术领域，具体涉及一种减速器啮合侧隙撞击异响的主撞击点检测方法。

背景技术

传动系统间隙撞击异响是电动汽车常见的NVH问题之一。减速器是纯电动汽车传动系统的关键部件，其内部存在多组齿轮传动副和花键传动副，这些传动副的啮合侧隙是引发撞击异响的潜在因素。纯电动汽车在踩油门和松油门的瞬间，减速器内各啮合副传递扭矩发生正负切换，齿轮或花键齿的接触面也在正、反面之间切换，啮合副间隙撞击会激发结构振动和噪声。撞击引起振动的大小与啮合侧隙大小、齿轮箱及轴组件物理特性、扭矩正负切换瞬间的变化快慢程度(扭矩随时间的变化梯度)等因素有关。若出现间隙撞击异响的批量问题，其后果非常严重，引起客户强烈抱怨。

当减速器出现间隙撞击异响批量问题时，开发团队首先需要基于异响减速器样件对主要撞击点进行排查定位，而后针对主要撞击点制定异响改善措施。常见的撞击点排查定位方法是零组件换装排查法。这种方法需要逐个更换减速器内轴组件、齿轮或与之配合的轴样件，匹配不同间隙状态的减速器并装车测试评价，以分析异响对每个啮合副间隙的敏感程度，评价小间隙状态下的异响表现，最终确定主要撞击点。在工程应用中，该方法主要存在两方面的问题。一方面，为匹配某个特定啮合副侧隙而进行的零组件换装操作，常常致使与该件相关的其他啮合侧隙也发生改变，可能导致对主撞击点的误判。另一方面，减速器内存在多个啮合侧隙，对啮合侧隙逐个排查所需工作量大，效率低。

因此，有必要开发一种新的减速器啮合侧隙撞击异响的主撞击点检测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种减速器啮合侧隙撞击异响的主撞击点检测方法，以解决样件换装带来的撞击点误判问题，且能对减速器内多个潜在啮合侧隙撞击点进行同步检测，快速定位主要撞击点，且操作简单，检测效率高。

本发明所述的一种减速器啮合侧隙撞击异响的主撞击点检测方法，包括以下步骤：

步骤1、加工减速器样件及重新装配：将发生啮合侧隙撞击异响的减速器样件拆解、清洗、机械加工和重新装配，以使得减速器样件满足传感器安装条件；

步骤2、搭建检测台架：检测台架包括基座、减速器、电机轴、摇臂、左半轴、右半轴、左锁止法兰和右锁止法兰；基座固定于地面上，减速器固定于基座上；电机轴的一端与摇臂焊接，电机轴的另一端与减速器输入轴花键配合；左半轴的一端与减速器的差速轴3#花键配合，左半轴的另一端与左锁止法兰花键配合；右半轴的一端与减速器的差速轴4#花键配合，右半轴的另一端与右锁止法兰花键配合；左锁止法兰和右锁止法兰均固定于基座上；

步骤3、检查摇臂安装状态：检查摇臂及其安装状态是否满足检查要求；

步骤4、安装振动加速度传感器及连接测试系统：测试系统包括上位机和数据采集前端；在电机轴、左半轴、右半轴以及减速器的输入轴、中间轴、输出轴、差速轴1#、差速轴2#、差速轴3#和差速轴4#上或对应轴上的齿轮端面上分别安装振动加速度传感器，各振动加速度传感器分别与数据采集前端连接，数据采集前端与上位机连接，通过上位机来处理、显示和记录测试到的振动数据；

步骤5、采集振动信号：开始测试，利用摇臂对电机轴进行扭矩激励，激发传统系统各啮合侧隙撞击，采集和记录各传感器振动信号；

步骤6、分析撞击点：分析振动加速度数据，通过对振动信号幅值及振动信号发生的先后顺序的判断，确定出主要撞击点；

步骤7、复查撞击点：重复步骤5和步骤6至少两次，若对主撞击点的判断与第一次的结论一致，则判定主撞击点检测成功。

进一步，所述步骤1具体如下：

拆解减速器，分离出箱体及轴系组件，并对箱体及轴系组件进行清洗，去除表面润滑油脂，对拆解后的左右箱体进行铣削加工，去除部分壳体材料，合箱后壳体为镂空状态；清洗和加工完成后，重新装配减速器。

进一步，所述摇臂角度转动的两个极限位置分别为上锁止位置和下锁止位置；摇臂的结构需满足如下条件：

(a)摇臂处于水平位置时，其自重相对于电机轴轴线产生的扭矩不小于5Nm；

(b)将摇臂手动移动至上锁止位置并短暂保持在该位置，松手后摇臂在自重力臂作用下能快速下降至下锁止位置。

进一步，所述摇臂的安装需满足条件：摇臂上锁止位置与水平面之间的夹角α满足：α≤2π/z，其中，z为花键齿轮副A的齿数。

进一步，所述步骤5具体为：将摇臂移动到上锁止位置并保持住，启动信号采集，快速松开摇臂，摇臂在自重作用下向下转动，带动整个传动系统轴系旋转，各啮合侧隙依次发生撞击，直至两个半轴与锁止法兰花键啮合侧隙发生撞击，各轴组件运动被锁止，摇臂达到下锁止位置，当摇臂于下锁止位置静止后，结束采集并保存信号。

进一步，所述步骤6具体为：将所有振动加速度传感器采集到的振动加速度绝对值的时间历程曲线绘制于同一图中；找出图中最大振动加速度峰值，并对该峰值附近的撞击振动信号进行时间轴拉伸，形成振动信号局部放大图；在局部放大图中观察各曲线首个上升沿发生的先后顺序，将最先出现上升沿的曲线对应的传感器命名为振动加速度传感器1，将第二个出现上升沿的曲线命名为振动加速度传感器2；明确振动加速度传感器1和振动加速度传感器2的安装位置对应轴组件的编号，并基于传感器及轴组件的对应关系，确定主撞击点发生的间隙位置。

本发明具有以下优点：利用本方法能够对啮合侧隙进行撞击点检测，无需对减速器样件内零组件进行换装，避免了样件更换操作导致的撞击点误判。该方法能够完成多个啮合侧隙的同步检测，快速定位主要撞击点，操作简单，检测效率高。

附图说明

图1是减速器撞击点检测台架安装示意图；

图2是振动加速度传感器安装在轴上的布置示意图；

图3是振动加速度传感器安装在齿轮上的布置示意图；

图4是电机轴及摇臂安装示意图；

图5是振动加速度绝对值曲线图；

图6是图5中t1到t2之间的局部放大图；

图中：1、电机轴，2、输入轴，3、中间轴，4、输出轴，5、差速轴1#，6、差速轴2#，7、差速轴3#，8、差速轴4#，9、左半轴，10、右半轴，11、左锁止法兰，12、右锁止法兰，13、箱体，14、摇臂，15、振动加速度传感器，16、下锁止位置，17、上锁止位置，18、水平面；

花键啮合副：A、H、I；齿轮啮合副：B、C、D、E、F、G。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种减速器啮合侧隙撞击异响的主撞击点检测方法，包括以下步骤：

步骤1、加工减速器样件及重新装配：将发生啮合侧隙撞击异响的减速器样件拆解，清洗，机械加工和重新装配，以满足振动加速度传感器15的安装条件。将减速器拆解，分离箱体及轴系组件，并对箱体及轴系组件进行清洗，去除表面润滑油脂。对拆解后的左右箱体进行铣削加工，去除部分壳体材料，合箱后壳体为镂空状态。去除壳体材料的铣削加工必须满足以下条件：去除足够多的壳体材料，使得合箱后减速器轴组件得以露出，通过镂空后的箱体孔洞能够将振动加速度传感器15布置于各轴组件的传动轴或齿轮上；保留左右箱体上的轴承限位面和轴承孔结构，使得加工后的箱内能够与轴系组件再次装配；保留的壳体材料不能过少，以保证重新装配后减速器的结构稳定。

步骤2、搭建检测台架：检测台架包括基座、减速器、电机轴1、摇臂14、左半轴9、右半轴10、左锁止法兰11和右锁止法兰12。将所述重新装配的减速器按照图1所示方法进行安装定位。所述摇臂14由一圆柱形金属杆及一金属质量块连接而成。基座为台架的固定部分，固定于地面上，减速器的箱体13通过螺栓连接固定于基座上；电机轴1与摇臂14交叉成90度角焊接成一个整体，电机轴1无外花键的一端与摇臂14焊接，电机轴1有外花键结构的一端与减速器输入轴2的内花键配合；左半轴9和右半轴10的两端均具有外花键结构，左半轴9的一端与减速器的差速轴3#7花键配合，左半轴9的另一端与左锁止法兰11花键配合；右半轴10的一端与减速器的差速轴4#8花键配合，右半轴10的另一端与右锁止法兰12花键配合；左锁止法兰11和右锁止法兰12均通过螺栓固定于基座上。

步骤3、检查摇臂14安装状态：检查摇臂14结构及其安装状态是否满足检查要求。如图1，左锁止法兰11限制了左半轴9的旋转运动，右锁止法兰12限制了右半轴10的旋转运动，从而限制了整个传动系统的旋转运动。由于传动系统各啮合副均存在一定的啮合侧隙，摇臂14安装好后仍可绕电机轴1在一定角度θ范围内转动。摇臂14结构及其安装示意图如图4所示，摇臂14角度转动的两个极限位置分别为上锁止位置17和下锁止位置16。摇臂14结构需满足如下条件：a)摇臂14处于水平位置时，其自重相对于电机轴1轴线产生的扭矩不小于5Nm；b)将摇臂14手动移动至上锁止位置17并短暂保持在该位置，松手后摇臂14在自重力臂作用下能够快速下降至下锁止位置16，否则就需要更换扭矩更大的摇臂14。摇臂14安装需满足条件：摇臂14上锁止位置17与水平面18之间的夹角α应尽量小，满足α≤2π/z(其中z为花键副A的齿数)。

步骤4、安装传感器及连接测试系统：将振动加速度传感器15布置于减速器内各轴组件上，连接测试设备。图1中，在电机轴1、左半轴9、右半轴10，以及减速器的输入轴2、中间轴3、输出轴4、差速轴1#5、差速轴2#6、差速轴3#7和差速轴4#8的轴组件上均布置振动加速度传感器15。振动加速度传感器15的布置方式如图2和图3所示，振动加速度传感器15应布置于轴上或对应轴上的齿轮端面上，具体位置视结构及空间情况确定，振动加速度传感器15的正方向沿旋转运动的圆周切线方向(垂直于图2中的纸面方向)。振动加速度传感器15通过数据传输线缆与数据采集前端(数据采集前端的型号LMS SCADAS Mobile)相连，数据采集前端通过线缆与上位机(电脑)相连。电脑上安装有分析软件(分析软件的名称LMSTest Lab)，可处理、展示和记录测试到的振动数据。

步骤5、采集振动信号：启动振动信号采集系统，利用摇臂14对传递系统进行扭矩加载，进行撞击振动信号采集。具体操作方法：手动将摇臂14移动到上锁止位置17并保持住，启动信号采集，快速松开摇臂14，摇臂14在自重作用下向下转动，带动整个传动系统轴系旋转，各啮合侧隙依次发生撞击，直至两个半轴与锁止法兰花键啮合侧隙发生撞击，各轴组件运动被锁止，摇臂14达到下锁止位置16。当摇臂14于下锁止位置16静止后，结束采集并保存信号。

步骤6、撞击点分析：分析振动加速度数据，定位主要撞击点。将所有振动加速度传感器15采集到的振动加速度绝对值的时间历程曲线绘制于同一图中，图例可参考图5。找出图中最大振动加速度峰值，并对该峰值附近的撞击振动信号进行时间轴拉伸，形成振动信号局部放大图，图例可参考图6。在局部放大图中观察各曲线首个上升沿发生的先后顺序，将最先出现上升沿的曲线对应的振动加速度传感器15命名为传感器1，将第二个出现上升沿的曲线命名为传感器2。明确传感器1和传感器2的安装位置对应轴组件的编号，并基于表1内的传感器及轴组件对应关系，确定主撞击点发生的间隙位置。例如，若传感器1和传感器2分别位于1号和2号轴组件上，则主撞击点为A，即主撞击点为电机轴1及输入轴2的花键配合间隙。若传感器1和传感器2分别位于4号和3号轴组件上，则主撞击点为C，即主撞击点为中间轴3及输出轴4之间的齿轮啮合侧隙。通过表1的确定主撞击点所在间隙后，做好记录。

表1传感器位置与主撞击点的对应关系

步骤7、复检撞击点：重复步骤5和6至少两次，若对主撞击点的判断与第一次的结论一致，则判定主撞击点检测成功。

Claims (3)

1.一种减速器啮合侧隙撞击异响的主撞击点检测方法，特征在于：包括以下步骤：

步骤1、加工减速器样件及重新装配：将发生啮合侧隙撞击异响的减速器样件拆解，清洗，机械加工和重新装配，以满足振动加速度传感器（15）的安装条件；将减速器拆解，分离箱体及轴系组件，并对箱体及轴系组件进行清洗，去除表面润滑油脂；对拆解后的左右箱体进行铣削加工，去除部分壳体材料，合箱后壳体为镂空状态；去除壳体材料的铣削加工必须满足以下条件：去除足够多的壳体材料，使得合箱后减速器轴组件得以露出，通过镂空后的箱体孔洞能够将振动加速度传感器（15）布置于各轴组件的传动轴或齿轮上；保留左右箱体上的轴承限位面和轴承孔结构，使得加工后的箱内能够与轴系组件再次装配；保留的壳体材料不能过少，以保证重新装配后减速器的结构稳定；

步骤2、搭建检测台架：检测台架包括基座、减速器、电机轴（1）、摇臂（14）、左半轴（9）、右半轴（10）、左锁止法兰（11）和右锁止法兰（12）；基座固定于地面上，减速器固定于基座上；电机轴（1）的一端与摇臂（14）焊接，电机轴（1）的另一端与减速器输入轴（2）花键配合；左半轴（9）的一端与减速器的差速轴3#（7）花键配合，左半轴（9）的另一端与左锁止法兰（11）花键配合；右半轴（10）的一端与减速器的差速轴4#（8）花键配合，右半轴（10）的另一端与右锁止法兰（12）花键配合；左锁止法兰（11）和右锁止法兰（12）均固定于基座上；

步骤3、检查摇臂（14）安装状态：检查摇臂（14）及其安装状态是否满足检查要求；

步骤4、安装振动加速度传感器（15）及连接测试系统：测试系统包括上位机和数据采集前端；在电机轴（1）、左半轴（9）、右半轴（10）以及减速器的输入轴（2）、中间轴（3）、输出轴（4）、差速轴1#（5）、差速轴2#（6）、差速轴3#（7）和差速轴4#（8）上或对应轴上的齿轮端面上分别安装振动加速度传感器（15），各振动加速度传感器（15）分别与数据采集前端连接，数据采集前端与上位机连接，通过上位机来处理、显示和记录测试到的振动数据；

步骤5、采集振动信号：开始测试，利用摇臂（14）对电机轴（1）进行扭矩激励，激发传统系统各啮合侧隙撞击，采集和记录各传感器振动信号，具体为；将摇臂（14）移动到上锁止位置（17）并保持住，启动信号采集，快速松开摇臂（14），摇臂（14）在自重作用下向下转动，带动整个传动系统轴系旋转，各啮合侧隙依次发生撞击，直至两个半轴与锁止法兰花键啮合侧隙发生撞击，各轴组件运动被锁止，摇臂（14）达到下锁止位置（16），当摇臂（14）于下锁止位置（16）静止后，结束采集并保存信号；

步骤6、分析撞击点：分析振动加速度数据，通过对振动信号幅值及振动信号发生的先后顺序的判断，确定出主要撞击点，具体为：将所有振动加速度传感器（15）采集到的振动加速度绝对值的时间历程曲线绘制于同一图中；找出图中最大振动加速度峰值，并对该峰值附近的撞击振动信号进行时间轴拉伸，形成振动信号局部放大图；在局部放大图中观察各曲线首个上升沿发生的先后顺序，将最先出现上升沿的曲线对应的传感器命名为传感器1，将第二个出现上升沿的曲线命名为传感器2；明确传感器1和传感器2的安装位置对应轴组件的编号，并基于传感器及轴组件的对应关系，确定主撞击点发生的间隙位置；

步骤7、复查撞击点：重复步骤5和步骤6至少两次，若对主撞击点的判断与第一次的结论一致，则判定主撞击点检测成功。

2.根据权利要求1所述的减速器啮合侧隙撞击异响的主撞击点检测方法，其特征在于：所述摇臂（14）角度转动的两个极限位置分别为上锁止位置（17）和下锁止位置（16）；摇臂（14）的结构需满足如下条件：

（a)摇臂（14）处于水平位置时，其自重相对于电机轴（1）轴线产生的扭矩不小于5Nm；

（b)将摇臂（14）手动移动至上锁止位置（17）并短暂保持在该位置，松手后摇臂（14）在自重力臂作用下能快速下降至下锁止位置（16）。

3.根据权利要求1或2所述的减速器啮合侧隙撞击异响的主撞击点检测方法，其特征在于：所述摇臂（14）的安装需满足条件：摇臂（14）上锁止位置（17）与水平面（18）之间的夹角α满足：α≤2π/z，其中，z为花键齿轮副A的齿数。

Images