【正文】 得其在運(yùn)行工況下部分點(diǎn)的振動(dòng)加速度，然后將振動(dòng)加速度映射到有限元模型上，計(jì)算出箱體各階模態(tài)參與因子，依據(jù)模態(tài)參與因子和特征向量來識(shí)別箱體有限元模型中所有點(diǎn)的振動(dòng)加速度． 在測量變速器箱體振動(dòng)加速度的試驗(yàn)中，將加速度傳感器均勻分布，以減小箱體相應(yīng)特征向量的線性相關(guān)度．傳感器共 30 個(gè)，每個(gè)傳感器測量 X， Y 和 Z 3個(gè)方向的加速度，共測量得到 90個(gè)加速度值，大于模態(tài)階數(shù) 16．各傳感器的坐標(biāo)方向與整車坐標(biāo)方向保持一致，加速度的測量頻率范圍為 700～ 1200 Hz．為減少外界不確定因素對(duì)箱體振動(dòng)加速度的干擾，在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測試．試驗(yàn)結(jié)果 如圖 52 所示． 圖 52 變速器箱體運(yùn)行狀況下加速器測量 江西理工大學(xué) 20xx屆本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 19 將有限元計(jì)算的變速器箱體自由模態(tài)結(jié)果和試驗(yàn)測得的加速度導(dǎo)入LmsVirtualLab 軟件后，使加速度映射到鄰近的有限元節(jié)點(diǎn)上，根據(jù)式 (9)計(jì)算得到對(duì)此工況下箱體振動(dòng)起主要作用的特征向量矩陣 ，由式 (10)得出其逆矩陣 ，并通過式 (4)計(jì)算出 車輛在 1檔運(yùn)行工況下箱體各階模態(tài)的模態(tài)參與因子 q(w)。然后將 n個(gè)自由度的振動(dòng)特性 X映射到相鄰近的有限元節(jié)點(diǎn)上，由 X及其對(duì)應(yīng)有限元節(jié)點(diǎn)的模態(tài)振型矩陣可得 ： Xa(w)=Pa(w){q(w)} (3) 式中： Xa 為試驗(yàn)測得的運(yùn)行工況下箱體上 n 個(gè)自由度的振動(dòng)特性； Pa 為有限元方法計(jì)算出的箱體 m 階模態(tài)主振型矩陣．根據(jù)公式 (3)可推導(dǎo)出箱體各階模態(tài)參與因子矩陣 {q(w)}，即 : {q(w)}= Pb(w)1 Xa(w) (4) 在已知模態(tài)參與因子矩陣和特征向量矩陣條件下，可得到變速器箱體上所有點(diǎn)在運(yùn)行工況下的振動(dòng)特性． Xb(w)=Pb(w){q(w)} (5) 式中： Xb(w)為箱體上所有點(diǎn)的振動(dòng)特性矩陣； Pb(w)為有限元模型中所有節(jié)點(diǎn)的特征向量矩陣． 結(jié)合公式 (3)， (4)和 (5)可知，求解 Xb(w)的關(guān)鍵是通過 Pb(w) 1計(jì)算模態(tài)參與因子 {q(w)}．由于運(yùn)行工況下測得的振動(dòng)特性的自由度數(shù)量 n小于有限元模型的 自由度數(shù)量，所以， Pb(w) 1 的求解成為難點(diǎn)．本文采用奇異值分解法，得到此工況下對(duì)箱體振動(dòng)特性影響較大的模態(tài)頻率和特征向量，將這些影響較大的特征向量組成的矩陣 Pb(w)逼近 Pb(w)，以 Pb(w) 1求解矩陣 。 偏心的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng) 圖 45 偏心的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng) 圖 45中的譜線可以看出軸頻 fn 以及他的二次諧波，從信號(hào)的特征可以判斷轉(zhuǎn)軸 的旋轉(zhuǎn)狀況 . 齒輪嚙合故障 圖 46 齒輪嚙合故障 圖 46中出現(xiàn)了齒輪嚙合的基波 fz以及它的多次諧波。它可以獲得不隨轉(zhuǎn)速變化的平穩(wěn)的振動(dòng)或噪音信號(hào)，以便利用傅里葉變換進(jìn)行分析。 當(dāng)對(duì)多段平均的功率譜取對(duì)數(shù)后，功率譜中與調(diào)制變頻帶無關(guān)的噪聲和其他信號(hào)也得到較大 的權(quán)系數(shù)而放大，所以當(dāng)調(diào)制邊頻的幅值不大或信號(hào)中含有較大噪聲時(shí)， 倒頻譜中得到的調(diào)制頻率的幅值并不明顯，這種方法在實(shí)際工程運(yùn)用中有較大的局限性。在檢測過程中，通過相同頻率下的振幅變化情況以及是否有新頻率產(chǎn)生 ，可以分析變速箱的運(yùn)行狀況，是變速箱故障診斷中最重要的信號(hào)處理方法之一。在旋轉(zhuǎn)部件的故障診斷中齒輪的嚙合階次具有非常重要的診斷價(jià)值 。 嚙合沖擊激勵(lì) 由于齒輪誤差的存在，在一對(duì)齒輪的嚙合過程中，存在嚙入沖擊和嚙出沖擊兩種。它與齒輪的旋轉(zhuǎn)速度、齒輪側(cè)隙、齒輪頂隙、變速器的潤滑油、潤滑油量大小以及潤滑的方式等有直接關(guān)系，通常它不是齒輪嚙合傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲的主要來源。 5 一、二軸孔與中間軸 孔軸心線平行度 結(jié)合多次解體汽車變速器檢測發(fā)現(xiàn) ： 汽車變速器殼體的一、二軸軸心線對(duì)前端面的垂直度只要達(dá)到 0． 15mm 以上就會(huì)引起汽車變速器噪音異常聲響。 首先， A、 B 兩臺(tái)汽車變速器先后裝在同一輛試驗(yàn)車上并置于空檔中，在距離汽車變速器總成前部的左、右、下 3 個(gè) 方向和后部的左、右、下 3 個(gè)方向各300mm 處使用 HS5633 數(shù)字聲級(jí)計(jì)并以 A 計(jì)權(quán)頻特性測量結(jié)合和分離離合器時(shí)噪聲 (表 3表 32)，環(huán)境噪聲 A聲級(jí)值為 59． 5dB。 3) 掛上汽車前進(jìn)檔正常運(yùn)行一段時(shí)間后突然緊急制動(dòng)。 ” 汽車的噪聲源有多種，例如發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、驅(qū)動(dòng)橋、傳動(dòng)軸、車廂、玻璃窗、輪胎、繼電器、喇叭、音響等等都會(huì)產(chǎn)生噪聲。最后對(duì)變速器齒輪的頻率進(jìn)行介次分析，并找出變速器的典型故障特征。 江西理工大學(xué) 20xx屆本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 3 第二章 定義 項(xiàng)目選題 項(xiàng)目小組經(jīng)過討論及分析 ， 從 國內(nèi)所生產(chǎn) 變速器的齒輪嘯叫 問題 出發(fā)， 確定選題 .項(xiàng)目小組擬通過 優(yōu)化某型 變速器的設(shè)計(jì)要求和改善 變速器 制造過程 從 而 達(dá)到減少齒輪嘯叫 的目的 ,從而提升國內(nèi)變速器的質(zhì)量， 減少汽車變速器的噪音，支撐 國內(nèi)變速器產(chǎn)品進(jìn)入全球市場 。并利用 Ansys 有限元法分析得出了沖擊速度，齒寬與沖擊力的數(shù)值關(guān)系和沖擊時(shí)間。通過研究軸承的剛度變化以及齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)由于制造公差的影響對(duì)變速器振動(dòng)的影響，指出軸承的剛度變化會(huì)對(duì)齒輪的嚙合剛度產(chǎn) 生影響，進(jìn)而影響到變速器殼體的振動(dòng)。 通過將齒輪激勵(lì)力描述為齒輪嚙合剛度和齒輪誤差的乘積，給出了齒輪嚙合沖擊力的計(jì)算方法。 采用 DMAIC 模型對(duì)該型變速器進(jìn)行 定義、測量、分析、優(yōu)化和控制，并 著重介紹了 MATLAB 在 齒輪振動(dòng) 中的優(yōu)化 ，通過 有限元分析 發(fā)現(xiàn)故障 原因 ，并進(jìn)一步鎖定故障零件， 為降低 汽車 變速器噪音確定了方向 。各大汽車廠商紛紛努力將噪音控制在最小狀態(tài)，來為乘客提供一個(gè)舒適的乘坐環(huán)境 。 汽車變速器噪音一般是指變速器 運(yùn)行中產(chǎn)生的 刺耳 并且 令人不愉快的 齒輪嘯叫 。 MATLAB。通過齒輪嚙合過程的分布計(jì)算，研究了齒輪的誤差激勵(lì)和剛度激勵(lì) 。通過齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的 CAE 模型，計(jì)算了齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)在不同誤差參數(shù)的激勵(lì)影響下的振動(dòng)響應(yīng)，結(jié)果表明，齒輪嚙合傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)主要方向是橫向振動(dòng) 。 課題的主要研究內(nèi)容及研究意義 主要研究內(nèi)容 通過對(duì)故障變速器振動(dòng)信號(hào)的檢測和分析，找到產(chǎn)生噪音的異常部件，通過對(duì)制造數(shù)據(jù)和傳遞誤差計(jì)算結(jié)果的分析，進(jìn)一步優(yōu)化齒輪參數(shù)，達(dá)到降低變速器噪音的目的。 三個(gè)月之內(nèi)找出齒輪嘯叫的原因并 改進(jìn)該變速器的性能和質(zhì)量。噪聲會(huì)損傷聽力。 江西理工大學(xué) 20xx屆本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 4 第 三 章 測量 測量噪音時(shí)的注意事項(xiàng) 首先不要輕易將汽車變速器拆離整車再去 查找噪音異常聲響故障原因。 檢測 1) 首先檢測齒輪副裝配質(zhì)量包括齒輪副的軸向或徑向間隙是否合格，有無卡滯、咬死等情況；同步器是否異常磨損，有無卡滯、咬死等情況。 汽車變速器殼體前端與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)接，汽車變速器的一軸通過軸承支承于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的中心孔內(nèi)。齒輪嚙合過程中的所產(chǎn)生的摩擦和沖擊是齒輪產(chǎn)生振動(dòng)噪聲的主要方面。 誤差 激勵(lì) 在實(shí)際的生產(chǎn)制造中，齒輪的制造誤差和裝配誤差是不可避免的。 齒輪的嚙入沖擊和嚙出沖擊統(tǒng)稱為嚙合沖擊。 同周期相加平均 法 對(duì)于時(shí)域信號(hào)來說，不同時(shí)刻采集的時(shí)域信號(hào)由于相位不同的原因是不能平均的。 加窗，為了能使計(jì)算機(jī)對(duì)有限的樣本進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)又可以避免由于截?cái)喽鸬哪芰啃孤叮l率分辨率降低或振幅降低，一種窗函數(shù)營運(yùn)而生，常用的窗函數(shù)種類有以下幾種 ： 矩形窗 (無窗 )，主要應(yīng)用于區(qū)分頻域與振動(dòng)幅值相近的 信號(hào)或瞬時(shí)信號(hào)寬度小于窗 。 江西理工大學(xué) 20xx屆本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 11 解調(diào)分析 在齒輪箱的故障診斷中，齒輪，滾動(dòng)軸承或軸發(fā)生集中或分析性故障，對(duì)其振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析時(shí)，頻譜圖上一般都會(huì)出現(xiàn)以齒輪的嚙合頻率、齒輪的固有頻率或滾動(dòng)軸承內(nèi)、外環(huán)的固有頻率為中心頻率，以齒輪所在軸的轉(zhuǎn)頻或滾動(dòng)軸承通過頻率為調(diào)制頻率的調(diào)制邊頻帶。其基本原理是 :根據(jù)轉(zhuǎn)速定義一個(gè)正弦比較信號(hào)，與真實(shí)測量信號(hào)中對(duì)應(yīng)的該頻率信號(hào)做比較，使用梯度迭代的方法，使兩者之間的差別最小化 .其優(yōu)點(diǎn)是相比數(shù)字階次跟蹤法分析時(shí)間快，適合于轉(zhuǎn)速快速變化，信號(hào)幅值波動(dòng)較快，較大的情況。 江西理工大學(xué) 20xx屆本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 14 第五章 改進(jìn) 汽車變速器噪音的優(yōu)化模型 關(guān)于汽車變速器噪音的優(yōu)化， 本文 提出一種基于模態(tài)擴(kuò)展技術(shù)的變速器箱體振動(dòng)識(shí)別方法．以該型變速器為例，應(yīng)用有限元方法計(jì)算出變速器箱體的模態(tài)頻率和特征向量，通過試驗(yàn)測得箱體在運(yùn)行工況下部分點(diǎn)的振動(dòng)加速度，將振動(dòng)加速度映射到有限元模型上，得到各階模態(tài)的參與因子，依據(jù)模 態(tài)參與因子與特征向量識(shí)別箱體有限元模型中所有節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)加速度．研究表明，識(shí)別出的加速度值與實(shí)測值的最大平均殘差為 9． 7％，基于模態(tài)擴(kuò)展技術(shù)的箱體振動(dòng)識(shí)別方法有效．最后根據(jù)識(shí)別的加速度計(jì)算變速器箱體輻射聲功率，確定了 3個(gè)輻射聲功率較大的區(qū)域并進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的變速器箱體輻射聲功率最大下降 1． 8dB。由式 (6)和 (10)可看出，在 中，隨著 減小， 增大，對(duì) 貢獻(xiàn)也增大， 較小的特征向量會(huì)在矩陣求逆時(shí)放大誤差，因此必須通過設(shè)置濾波門限呀去 除．根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在變速器箱體分析中， 設(shè)置為 0． 1％．在利用有限元方法計(jì)算出變速器箱體的特征向量 后，利用奇異值分解技術(shù)舍棄計(jì)算結(jié)果中不重要的特征向量，將重要的特征向量張成可逆空間，使在求解 減小非主要特征向量的影響，提高振動(dòng)信號(hào)識(shí)別的精度和效率． 在識(shí)別變速器箱體振動(dòng)特性時(shí)，由于運(yùn)行工況下的加速度值容易測量，因此本文主要運(yùn)用模態(tài)擴(kuò)展技術(shù)識(shí)別箱體有限元模型中各點(diǎn)的加速度．由公式 (6)～(10)的理論可知，加速度測量試驗(yàn)中有以下 幾點(diǎn)注意事項(xiàng) (1)測量中如果測量點(diǎn)間距離較近，將導(dǎo)致特征向量矩陣 中相應(yīng)行向量出現(xiàn) 線性相關(guān)，引起小奇異值，導(dǎo)致求解出的 精度降低，岡此在變速器箱體運(yùn)行工況的振動(dòng)特性測量中，測量點(diǎn)間需要保證一定的距離。 krad取 ； P為空氣的密度； C 為聲音在空氣中的傳播速度；詬 vn2為表面振動(dòng)的均方速度； S 為輻射聲的表面積． 為了便于比較各個(gè)區(qū)域的輻射聲功率大小，根據(jù)聲功率級(jí)計(jì)算公式計(jì)算出每個(gè)區(qū)域的總輻射聲功率級(jí)． 式中： Lwt為總輻射聲功率級(jí)； Lwi為每一輸出頻率的輻射聲功率級(jí)； n 為輸出頻率點(diǎn)的個(gè)數(shù)．由公式 (13)計(jì)算得到第 1至 第 4輻射面板區(qū)域的總輻射聲功率級(jí)分別為 66． 8， 67． 5， 59． 8 和 54． 6 dB，面板區(qū)域 1， 2和 3的總輻射聲功率級(jí)較大，為降低箱體輻射噪聲，必須對(duì)這 3 個(gè)區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化． 基于 MATLAB 對(duì)齒輪振動(dòng)的改進(jìn) 以質(zhì)量單元模擬發(fā)動(dòng)機(jī)，用彈簧單元表示懸置系統(tǒng)，將齒輪和軸系劃分成六江西理工大學(xué) 20xx屆本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 22 面體單元，用質(zhì)量單元模擬同步器，約束懸置處 6 自由度，并進(jìn)行模態(tài)計(jì)算．約束模態(tài)計(jì)算結(jié)果表明，變速器箱體第 1階頻率為 464． 6 Hz，第 4階頻率為 917． 7 Hz．第 4 階箱體固有頻率與引起面板區(qū)域 1和 2的最大輻射聲功率級(jí)發(fā)生的激勵(lì)頻率接近 ，導(dǎo)致該頻率處輻射聲功率級(jí)較大．為此要對(duì)變速器箱體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，消除箱體在 917． 7 Hz 處的固有頻率．在 MATLAB 軟件中將面板區(qū)域 1， 2 和 3定義為設(shè)計(jì)區(qū)域，以變速器箱體第 4 階模態(tài)頻率最大為優(yōu)化目標(biāo)，約束條件為：①第 1階固有頻率不小于 464． 4 Hz，以保證箱體整體剛度不減弱；②箱體的質(zhì)量增加不超過 5％，以控制箱體的整體重量，然后對(duì)箱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化 ?；鶎愉摪迨呛穸葹? 8mm~20mm 的中板，約束層鋼板是厚度為 ~4mm 的薄板，法蘭板是厚度固定為 3mm 的 薄板，兩種板型的鋼板價(jià)格分別為中板 k1元 /tonne 和薄板 k3 元 /tonne。 約束條件 振動(dòng)加速度級(jí)約束函數(shù) 該變速箱屬于工業(yè)生產(chǎn)用的應(yīng)用箱體。綜上所述約束條件，可以得到約束條件表達(dá)式如下： （ 6） 拱板結(jié)構(gòu)造價(jià)優(yōu)化模型 綜合前面目標(biāo)函數(shù)式 (3)、設(shè)計(jì)變量 x=(x1,x2,x3)T 和約束條件表達(dá)式 (6)，建立拱板結(jié)構(gòu)造價(jià)優(yōu)化模型為： （ 7） 優(yōu)化模型的轉(zhuǎn)換 拱板結(jié)構(gòu)的造價(jià)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)是含有三個(gè)變量的一次函數(shù)，振動(dòng)加速度級(jí)約束函數(shù)是一個(gè)隱式的三元一次不等式函數(shù)，因此結(jié)構(gòu)造價(jià)優(yōu)化模型表達(dá)式(7)可以采用線性規(guī)劃進(jìn)行求解，但也可以通過變量轉(zhuǎn)換采用二次規(guī)劃求解。 利用上述試驗(yàn)點(diǎn)形成設(shè)計(jì)矩陣 X。δ 的距離上選取設(shè)計(jì)點(diǎn)，可以得到包括當(dāng)前設(shè)計(jì)點(diǎn)在內(nèi)的 n+2=3+2=5 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。 首先取 181。=2） 檢驗(yàn)點(diǎn) 擬合值 真實(shí)值 相對(duì)誤差值（ 101） 擬合精 度 u=(,)T u=(,)T u=(,)T u=(,)T u=(,)T u=(,)T u=(,)T u=(,)T 表 73 檢驗(yàn)點(diǎn)及誤差值（