汽车变速器齿轮故障诊断方法综述
王在峰
(浙江省玉环县质量技术监督检测中心 浙江 玉环 317600 )
[摘要]对汽车变速器齿轮在不解体的情况下进行故障检测诊断技术进行了介绍,阐述了磨损残余物分析技术、振动监测技术、声发射技术、光纤传感技术以及人工神经网络诊断等各种方法的特点及优缺点,以及对故障诊断的进一步发展进行了展望。
[关键词] 齿轮; 监测技术; 故障诊断
[中图分类号] TH165 .3 [文献标识码] A [文章编号]1003-773X(2007)04-0041-03
0 引 言
由于汽车的特殊运行条件和运行环境，以及汽车行驶过程中经常性换档,使得变速箱中齿轮副、轴、轴承等常发生故障。据统计由齿轮失效引起的汽车变速器故障占全部原因的60%。在这里齿轮失效的主要形式有齿面过度磨损、较严重的点蚀剥落和弯曲疲劳引起的断齿等，在良好的工作条件下，疲劳断齿的现象较少，且一旦出现容易判别。因而随着汽车技术的发展,对变速箱实施故障诊断、特别是对齿轮的诊断变得尤为重要。
目前，对汽车变速器齿轮故障诊断的实施方法有很多种,如磨损残余物分析技术、声发射技术、光纤传感技术、振动监测技术等。文中主要介绍了各种故障诊断方法,并对各种方法进行了比较。
1 常见故障诊断方法
机械设备故障诊断技术以机器学为基础与信息科学、系统科学、人工智能和计算机技术相结合的多学科:交叉的综合性实用技术。它以计算机、传感器、信号分析与处理为基础,通过设备状态检测、故障诊断,能定性、定量地掌握设备运行状态参数,预测设备可靠度,对故障产生原因、部位和严重程度进行识别，判断和决策。
1.1 磨损残余物分析诊断法
磨损失效是变速箱齿轮最常见、最主要的失效形式之一,在运行过程中当发生齿面磨损时,磨损的残余物可以在润滑油中找到。而所谓磨损残余物分析法就是通过测定机械零部件磨损残余物在润滑油中残余物含量来迅速获取机器失效的有关信息。目前测定的方法分为三种[1]:一种是直接检查残余物,以及测定油膜间隙内电容或电感的变化、润滑油的混浊度变化等方法以迅速获得零件失效的信息。第二种是残余物的收集,例如采用磁性探头、特殊的过滤器等收集齿轮、滚动轴承等工作表面疲劳引起的大块剥落颗粒。第三种方法是油样分析。
油液分析技术对研究机械磨损的部位和过程、磨损失效的类型、磨损的机理、油品的评价有着重要的作用，它是在不停机.不解体的情况下对机械设备进行状态监测和故障诊断的重要手段。而油液分析技术又分为两大类:(1)油液本身的物理化学性能分析，即采用润滑油综合分析检查仪,对使用中的润滑油黏度酸值、水分及不溶物质等主要理化指标进行分析;(2)油液中的不溶物质的分析技术,也称为磨屑监测技术。
磨屑检测方法有光谱分析法和铁谱分析法口。目前常用的是铁谱分析法，铁谱分析利用高梯度强磁场将油液中金属磁性颗粒分离出来制成谱片在显微镜下观察磨屑的成分、形貌和尺寸,用光密度计检测磨屑的相对含量。可判断磨损状况,预报零部件的失效,该方法能分离出润滑油较宽尺寸范围的磨屑,应用范围广,由于采用专门的铁谱仪,(直读式铁谱仪、分析式铁谱仪)可对磨损程度进行定性分析和定量测量,诊断的结果可靠性高，但它对润滑油中非铁系颗粒的监测能力较低，所需设备复杂,需有经验的专业人员完成。
利用磨损残余物故障分析技术来检测诊断变速器中的磨损类故障比较有效。振动诊断法虽然也可在一定程度上对磨损类故障进行诊断,但有很大的局限性。因此该方法是判断变速器磨损故障的有力工具。
1.2 振动监测技术诊断法
目前在诊断技术上应用最多的是机械振动信号，其原因是由振动引起的机械损坏比率很高。据统计,因振动引起的机械故障占60%以上;其次是机械运转过程中振动信号的获取容易，且振动信号中包括大量反映机械设备状态的信号，很多机械故障都能以振动状态的异常反应出来。振动监测诊断技术是通过检测设备的振动参数及其特征来分析设备的状态和故障的方法。由于振动的广泛性、参数多维性、测振方法的无损性和在线性，决定了人们将机械设备振动监测诊断作为机械设备故障诊断的首选方法。汽车变速箱齿轮表面失效后，在运行过程中产生了与正常齿轮啮合有别的振动和噪音[4]。利用振动检测技术,通过测取汽车运行过程中的振动信号,振动的测量参数有速度、加速度和位移,可根据变速箱频率来选择测量的参数和传感器。为了检测到足够数量,又能真实地反映变速箱齿轮状态的信号，要恰当地选择振动测量点。通常选择能够对变速箱齿轮振动状态作全面反映的振动敏感点，离诊断的核心部位最近的关键点和容易发生劣化现象的易损点，以保证振动信号测量的有效性。由于振动监测诊断技术能实时地、直观地、精确地表征机械动态特征及其变化过程,监测诊断方法简单实用,而被广泛应用。如赵风强等人[5]利用振动信号对长春一汽集团变速箱厂的变速箱噪声声压进行标定,对其叮能存在的故障进行诊断，取得了比较满意的效果。郑殿旺等人[6]研究了基于振动监测技术，探讨了倒谱分析机理，通过汽车变速器台架模拟故障试验分析，得出用倒谱分析汽车变速器齿轮故障的阙值，理论分析与实验结果一致。
