重载汽车齿轮变速箱振动与噪声特性

１ 测试 信 号 的分析 方 法
在 齿 轮 箱 检 测 中 ， 动 检 测 是 目前 的 主 要 方 振
法 。齿 轮 的振 动通 常 包括 齿 轮 的周 向振 动 、 轮 的 齿
后 在靠 近轴承 座 的部位安排 测 点 ， 编号 为 ２ 。 测 点 的选 取 如 图２ 示 。测点 （ ） 示第 １ 所 １表 组测
之 间插 入橡 皮 圈 以防 止 振 动和 噪 声 的论 文 。 １７ ９６
年 ， 口修等 论 述 了齿轮 传动 过 程 中振动 产 生 的原 谷
理 并 分 析 了齿轮 振 动 与 噪 声 的关 系 。 １８ ９ ４年 ， Ｋ．
ｚｗ 和 Ｔ ｒｉｎ 齿轮 箱 系统 振动 的预测 方 法和 耦 ａａ ｏｄｏ 对
振 动信 号 的频谱 分析 是齿轮 故障信 息 的最基 本
的研 究方法 。
对 于 高速大 型旋 转机械 ， 旋转状 况是 复杂 的 ， 其 尤其 当设 备 出现 不对 中 ， 承或 齿轮 的缺 陷 、 轴 油膜 涡 动、 磨擦 、 陷流及 质量 不 对称 等现象 时 ， 则振 动 更为 复 杂 ， 一般 频谱 分析 方法 已经 难于 辩识 （ 用 识别 反映
噪
声
与
振
动
控
制
第３ 期
２１ 测 点布置 ．
本 文 针对 重 载汽 车 齿轮 变 速箱 的工 作特 点 ， 对
该齿轮 箱 的空档 、 十个前 进档 、 个倒档 的稳 态运行 两
变速 器在 正常情 况 下 的振 动 是 由齿轮 在 工作过 程 中的 啮合 力波 动 、 允许 范 围 内的 齿轮 轴 中心 距偏
ｂ ｘ ｏ ｅ ｔ ｌ ｅ ｒ ｔ ｎ ｆｏ ｔ ｔ ｎ ｎ ｅ ｅｓ ｓ ｓｃ ｒ ｅ ｕ ． ｈ ａ ｕ ｅ ｉｎ ｌ ｗｅｅ ａ ａｙ ｅ ｅｔ ｏ ｏ ｎ ｎ ｕ ｒ ａ ， ｅ ｎ ａｇ ｒ ｍｏ ｉ ｓａ ｄ ｔ ｒ ｖ ｒ ｅ ａｒ ｄ ｏ ｔ Ｔ ｅｍｅ ｓ ｒ ｄ ｓｇ ａｓ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ｉ ｔ ｉ ｄ — ｏ ｗｏ ｗａ ｉ ｎ ｈ ｍｅ ｍａｎ ａ ｄ ｔ ｅｓ ｅ ｔ ｌ ｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｉ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｖ ｏ ｉ ｎ ｆ ａ ｃ ｏ ｎ ｅ ｓａ ｄ ｎ ｅｃ ａ ａ ｔｒｓ ｃｏ ｅｖ ｂ ａ ｉ ｎ ｐ ｃｒ ｅ ｕ ｎ ｙ ｄ ｍａｎ Ｔ ｅｒ ｓ ｌ ａ ｅｓ ｍｅｓｇ ｉ ｃ ｎ ｅｆ ｒ ｄ ｒ ｔｎ ｉ ｇ ｔ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｆ ｈ ｉ ｒ — ｈ ａｆ ｓ ｉ ｕ ｈ ｉ ｔ ｔ ｎ ａ ｄ ｎ ｉｅｏ ｅｇ ａ ｂ ｘ ａ ｄ ｉ ｕ ｌｙ ｅ ａｕ ｔ ｎｏ ｅｇ ａ ｂ ｘｂ ｓ ｄ ｏ ｅｖｂ ａｉ ｎ ａ ｄ ｎ ｉ ｉｎ ｌ． ｉ ｎ ｏ ｓ ｆ ｈ ｅ ｒ ｏ ｎ ｑ ａｉ ｖ ｌａ ｉ ｆ ｈ ｅ ｒ ｏ ａ ｅ ｎ ｔ ｉ ｒ ｔ ｎ ｏ ｓ ｓ ａｓ ｏ ｔ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｏ ｅ ｇ
度 出发 ， 出合 理设 计齿 轮箱 的 各部 分结 构对 降低 指 齿轮箱 的振动 噪声有 重要 的作用 。文 中提 到德 国奥 比 兹 教 授 认 为 ， 确 设 计 齿 轮 箱 ， 使 噪 声 下 降 正 可 ２ ５％ 。１９ 年 ， ９ ８ 姚德源 对 齿轮箱 的噪 声进 行 了统计
据。
辐射 的机械 故 障诊 断方法 奠定基 础 。 由于 振动 信号
的频 谱 分 析与 齿轮 箱 转频 具 有 一 定 的函 数关 系 ， 因
此， 还接 一路 输入 轴 的转 速 信 号 。齿轮 箱 由空档 升 速 至第 １ ， 升速 至 １ ， 换成 倒 ｌ ， ２ ， 档 再 Ｏ档 再 档 倒 档 测试 在 齿 轮箱 正 常稳 定运 作 的情况 下 进 行 ， 一共 测
重载汽 车齿轮 变速箱 振动与 噪声特性
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文章编 号 ：０ ６ １５ （０ １ ３０ ６ —４ １０ —３ ５２ １） －０ ９０ ０
重 载汽 车齿 轮 变速 箱振 动 与噪 声特 性
黄平平 马维金 葛玉珉 王俊元 ， ， ，
（． １ 中北 大学 机械 工程 与 自动化 学 院 太原 ００ ５ ； ３０ ｌ ２ 中国重汽集 团 大 同齿轮有 限公 司，山西 大 同 ０７ ０ ． ３０ ６）
合非 线性 特性 进 行 了探 讨 ， 其成 果 还难 于 应用 在 但
工程 实际 中。ｌ９ 年 ， ｏ ｋ ｏ ｄＥ 于 结构导纳 方 ９６ Ｒ ｏ Ｔｄ 基
法 ， 噪声和 振 动控 制观 点对 齿轮 箱 的结 构 噪 声功 从 率 流进 行 了理论 分析 和 实验 研究 ， 并指 出有 必要 从
（１ Ｃｏｌ ｇ ｆＭ ｅ ｈａ ｉ ａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄＡｕ ｏ ｔｚ ｔ ｎ，Ｎｏ ｔ ｉ ｅ ｓｔ ｆＣｈ ｎ ， ． ｌ ｅｏ ｃ ｎ ｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｔ ｍａ ｉａｉ ｅ ｏ ｒｈ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｉ ａ ｙ
Ｔａｙ ｎ ３ ０ ， Ｃｈ ｎ ； ｉｕａ ０ ０ ５１ ｉａ
缺 陷的频 率分量１而 用倒频谱 ， ， 则会 增强 识别 能力 。
得 了空档 、 升速过 程及 ｌ 个 档 的信 号 。 ２
试 点布 置 ； 点 （ ） 示第 ２组测 试 点布置 图。每 组 测 ２表 包括 ４路加 速 度 信 号 、 路 声压 信 号 以及 一路 输 入 一
径 向和轴 向振动 及齿 轮 的固有振 动等 。齿轮 的振 动
又会 引起轴 的振动 ， 并通 过轴 承 将 振动 传 递给 齿轮
பைடு நூலகம்
轴转 速信 号 。其 中 ， 号加 速度 计 为 参考 测试 点 ， １ 两
控 制 理论 出发 ， 究 了齿 轮箱 箱 体 以及齿 轮本 体 的 研 结构 参数 对 动态特 性 的影响 ， 用结 构动 力 学有 利 元法 ， 出了通 过改 变 结构 参数 来 改善齿 轮 箱振动 提
的方法 。２ ０ 年 ， 小华从齿轮箱 的设计 角度 出发 ， ０４ 李 论 述 了影 响 齿轮传 动 噪 声的 因素 及其控 制 方法 ， 文
Ｋｅ ｒ ｓ： ｉ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｗａ ｅ； ｅ ｒ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｉ ｎ ｌ ｓｓ； ｒ ｑ ｅ ｃ ｐ ｃｒ ｍ ｎ ｌ ｓｓ ｙｗｏ ｄ ｖ ｂ ａ ｉ ｎ ｖ ｇ ａ ｘ； ｏ ｓ ｏ ｂ ｅ； ｉ ｄ ｍａｎ ａ ａｙ ｉ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｓ ｅ ｔ ｍｅ ｕ ａ ａｙ ｉ
２ Ｃ ｉａ ｔ ｎ ｌ ａｙ ＤｕｙＴ ｕ ｋＧｒ ｕ ｔｎ ａ ，Ｔ ，Ｄａｏ ｇ ０ ７ ０ ，Ｓ ａ ｘ ｉａ） ． ｈｎ ｉ ａ ｖ ｔ ｒｃ ｏ ｐＤａｏ ｇＧｅ ｒ Ｎａ ｏ Ｈｅ ＣＯ． Ｄ． Ｌ ｔｎ ３ ０ ６ ｈ ｎ ｉＣｈｎ
Ａｂ ｔ ｃ Ａｉ ｎ ｔ ｈ ｐ ｒｔ ｇ ｃ ａ ａ ｔｒｓ ｃ ｆｈ ａ ｙ ｖ ｈ ｃｅ Ｓｇ ａ ｏ ， ｉ ｒｔ ｎ ａ ｄ ｎ ｉｅｔ ｓｉ ｇ ｏ ｅ ｇ ａ ｓ ａ ｔ： ｍｉｇ ａ ｅ ｏ ｅａ ｉ ｈ ｒ ｃｅｉ ｔ ｓｏ ｅ ｖ ｅ ｉ ｌ ’ ｅ ｒｂ ｘ ａｖ ｂ ａｉ ｎ ｏ ｓ ｅ ｔ ｆ ｈ ｅ ｒ ｒ ｔ ｎ ｉ ｏ ｎ ｔ
收 稿 日期 ： ００ １—１ 修 改 日期 ： ００１－９ ２ １—０１ ： ２ １．１１ 项 目基 金 ： 西 省 同 国 留 学 人 员 科 研 基 金 （ 金 编 号 ： 山 基
２ １ ４ ７ ０ ０１ ７ ）
能量 分析 ， 为实现 齿 轮箱 的结 构 噪声控 制 提供 了有
益的参考 。２ ０ 年 ， 军工程 大学的薛 延华 ， ０１ 海 从振 动
及其 升 速过 程进 行 了振动 与 噪声 测试 ， 并对 振 动信 号进行 了时域和 频谱分 析 。分析 结果对 于 了解 齿轮 变速箱 的振 动与 噪声特 性 以及 基 于振动和 噪 声信号 的齿轮 箱质 量 评价 具 有重 要 意义 ， 并且 为研 究 以减
振 降噪为 目的 的齿轮箱 结构 动力 学优化 设计 与振动
从这 个 角度 出发 ， 在变 速 器箱 体 输 入和 输 出 的前 后
结构 的声辐 射机 理和基 于声辐 射 的机械 故障 诊断方
法奠 定 了基础 。
面 各部位 布置 测点 ， 号 为 １４ 编 ， 。在 壳体 的厚度最 薄
弱 、 动 最 厉害 的 中间部 位 布 置测 点 ， 振 编号 为 ３ 。最
中认 为通 过控 制 齿轮 线速 度 、 理设计 齿 轮参 数可 合
作者简介： 黄平平（ ９４一 ， 湖南省衡阳市人 ， 究生， １８ ） 男， 研 目
前 从 事 机械 故 障 诊 断学 研 究 。 Ｅｍａｌ ６ ０４ ３ ＠ｑ ． ｍ — ｉ２ ７ １３４ ｑ ｏ ： ｔ
２ １年 ６ ０１ 月 以达到 降低 噪声 的效 果 ［８ ５］ －。
Ｃｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ａｙ ｉ ｆ ｂ ａｉ ｎ ａ ｄＮｏ ｓ ｒ ａ ｙＶｅ ｉ ｌｓ ａ ａ ｔ ｒｓ ｃＡｎ ｌ ｓｓｏ Ｖｉ ｒ ｔ ｎ ｉｅｆ ｉ ｏ ｏ Ｈｅ ｖ ｈ ｃ ｅ
Ｇｅ ｒ ｏ ａｂ ｘ
ＨＵ ＡＮＧ Ｐｎ －ｉｇ ， ＭＡ ｉｉ Ｇ Ｙ － ｎ２ Ｗ ｉｇｐｎ Ｗｅ－ｎ ， Ｅ ｕｍｉ ｊ ５ ＡＮＧ ｕ －ｕｎ Ｊｎｙ ａ
奠 定 基础 。
关键 词 ： 动与 波 ；齿轮 变 速 箱 ｉ 声 ；时域 分 析 ；频谱 分 析 振 噪 中 图 分类 号 ： Ｂ Ｔ５ 文献 标 识 码 ： Ａ ＤＯ 编 码 ： ０３６ ／ｉ ｎ１０ ．３ ５２ １． ．１ Ｉ １ ． ９ ．ｓ．０ ６１ ５．０ １ ３０６ ９ ｊｓ ０
差 等 因素 引起 的 。这 类 振 动 一 般 是 啮 合 力 调制 振 动 。如 果齿轮 或轴 承 出现故 障 ， 会产 生冲击 ， 则 振动
信 号 发 生瞬 态变 化 。因此 ， 实 验过 程 中可 以在 不 在
同位 置 上布 置加 速 度 计来 监 测这 些 点 的振 动信 号 。
摘 要： 针对 重载 汽 车 齿 轮 变 速 箱 的 工 作特 点 ， 该 齿 轮 箱 的 空 档 、 个 前 进 档 、 个 倒 档 的稳 态 运 行 及 其 升速 过 对 十 两
程进行振动与噪声测试， 并对 振 动 信 号 进 行 时 域 和 频 谱 分 析 。分 析 结 果 对 于 了解 齿 轮 变 速 箱 的 振 动 与 噪 声特 性 以 及 基 于 振 动 和 噪 声 信 号 的 齿轮 箱质 量评 价 具 有 重 要 意 义 ， 且 为 研 究 以减 振 降 噪 为 目的 的 齿 轮 箱 结 构 动 力 学优 化 设 计 并
齿轮 箱振 动噪声 作为研 究课题始 于一 个多世 纪 以前 ， ｒ ｙ １６ 年 Ｍｏ ｅ（８ ３ 发表 了关 于在齿轮 轮体和 轮缘 ｌ
噪声观 点对 齿轮箱 噪声进 行进一步研 究 ［ ］ Ｉ。 － ４ １９ 年 ， 原重 型 机械 学院 的张 平 宽提 出 了应 ９６ 太 用薄膜 阻尼 降低齿轮 箱噪 声 的设计 思想和 方法 。西 安重型机 械研 究所 的种建 明从齿轮 箱结构 设计 的角
组相 同， 固定 的测试 点 。振动 与 噪 声有 着 非常 密 为
箱， 引起 箱 体 的振 动 。齿 轮 的缺 陷及 齿 轮 箱 的结 构
切 的关 系 ， 为研 究 振 动结 构 的 声辐 射机 理 和基 于 声
缺 陷会 反 映 到齿轮 箱 的振动 信 号 声音信 号 当中 ， 这
是运 用振 动噪 声信 号分析 法对齿 轮箱 进行 分析 的依