张小龙
陕西法士特齿轮有限责任公司 陕西宝鸡 722409
摘要：汽车变速箱是一个多自由度的弹性振动系统，由于各种激振力的作用致使变速箱极易产生复杂振动。而在高速运行下，变速箱长期连续工作容易出现振动故障。由于某公司某型号变速箱出现振动故障给该公司带来了经济损失，鉴于此，在试验台上，对该型号变速箱的5个前进挡和1个倒挡的升速过程、稳态运行过程以及降速过程进行振动测试，在2档工况下，对故障附近的测点信号进行时频域分析，以及对变速箱壳体进行了约束模态分析，找出了汽车变速箱振动故障原因所在，为变速箱结构进行动力学修改奠定基础。
关键词：变速箱；振动；故障
1变速箱的构成原理
在介绍汽车变速箱故障之前，应对变速箱的构成原理有个大致的了解。汽车发动机的物理特性决定了变速箱的存在。任何发动机都有其峰值转速，发动机最大功率及最大扭矩在一定的转速范围内出现。变速箱可以在汽车行驶过程中在发动机和车轮之间产生不同的变速比，换档可以使得发动机工作在其最佳的动力性能状态下。理想情况下，变速箱应具有灵活的变速比。变速箱通过离合器与发动机相连，以保证变速箱的输入轴和发动机达到同步转速。
通过，变速箱的简单模型，可以看出输入轴通过离合器和发动机相连，轴与其上面的齿轮是一个部件。当发动机旋转时，输入轴同步旋转，输入轴通过啮合的齿轮来带动中间轴1旋转。这样，中间轴就传递了发动机的动力。与中间轴啮合的另一个轴是花键轴，花键轴直接和驱动轴相连，通过差速器来驱动汽车。车轮转动会带着花键轴一起转动。花键轴上与中间轴啮合的齿轮可以在其上自由转动。当发动机停止，但车辆仍在运动时，花键轴上的齿轮和中间轴都在静止状态，而花键轴依然随车轮转动。花键轴和其上面的齿轮是由套筒3来连接的，套筒可以随着花键轴转动，同时也可以在花键轴上左右自由滑动来啮合其上的齿轮。
2汽车变速箱的常见故障及原因
1.变速箱打滑汽车在起步或行驶时，踩下油门，发动机的转速升高但车速并未明显升高，或汽车在平路正常行驶时，发动机转速升高但上坡困难，导致这些现象发生是由于变速箱发生打滑故障，其主要原因可能为变速箱油面太高或太低或其他原因导致漏油等。2.换挡冲击大在汽车起步时挂倒档或前进挡时，汽车振动较大或在行驶中由于升档时使汽车发生明显闯动，导致换挡冲击过大，其主要原因可能为发动机怠速转速太高、主油路油压过高、减震活塞被卡、真空软管松脱或破损等。3.升档过迟升档过迟的现象是在汽车行驶时，升档的行驶速度远大于标准值，使发动机转速偏高，或变速箱不能直接调超速档需先松油门提前调档。其主要原因为调速器卡带、节气门位置传感器故障以及调速器问题等。.4无超速档无超速档故障的现象为汽车在行驶时，车速高于超速档之外，然而变速箱却不执行调到超速档。引起其故障的主要原因为超速档的开关、电磁器可能故障，或档位开过故障以及某传感器故障等。5.频繁跳档汽车在行驶时，在加速踏板没动的情况下，变速箱突然降挡，而发动机转速却升高产生换挡冲击导致频繁跳档。其原因主要是节气门或车速的传感器及线路故障、换挡电磁阀故障以及变速箱ECu问题等。
3变速箱齿轮的失效类型
齿轮发生故障的比例很高，它的失效类型主要是齿面的破坏和齿断裂。a)齿面的剥落。齿面如发生相对滑动，在润滑不良、大载荷条件下会使工作面温度过高引起齿面金属熔融粘着并产生剥落。b)齿面机械磨损。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆齿面的机械磨损是由于污物、金属屑末、尘埃和砂粒等进入齿的工作表面所引起，还与润滑不良有关。当操作不当产生冲击时，会加速齿面的磨损。它使齿廓形状不准，从而产生或加大振动冲击。最终可导致齿的折断。c)齿面腐蚀。由于所用润滑油失效或其它腐蚀性杂质进入齿面造成化学腐蚀，出现锈班、点蚀，从而引发齿轮的失效。d)齿的断裂。断裂分疲劳断裂和过载断裂两种情况，工作中齿根截面受弯矩最大，且根部有较大的应力集中，是危险断面，当负荷超过一定值或在循环载荷下，齿根部会产生裂纹、断裂。e)齿轮温升、变色和软化。由于润滑不良引起散热能力不足或长时间超载运转引起齿轮温升超标，使齿面变色、退火软化，造成齿轮失效。
4汽车变速箱故障的诊断方法
4.1加强液压系统的日常维护管理，定期检查液压油箱的油位和油液污染程度，及时用清洁的兰炼8号液力传动油补加油液至规定的油位或更换被污染的油液；定期检查、清洗或更换液压系统的滤清器(包括空气滤清器)。
4.2(1)尽可能提高改造车液压油箱的充油油位(在原油位置上至少提高180mm)，减小油泵的吸油阻力。(2)严格按要求整定柴油机转速和液压系统的压力，避免油泵超速和系统超压。(3)重新安装柴油机时，应采用适当的定位工具，尽量保证油泵轴和电机轴同轴或平行，禁止两轴成大角度相交。(4)启动油泵时，所有控制元件应置于中位，使油泵无负载起动，同时应使柴油机怠速运转smin以上；如果是装车或修理后第一次起动，还应灌注油泵，排除油液中的空气。如果是低温起动，则应用加热器预热油液。
4.3闻
“闻”即用鼻子闻自动变速箱有无异味发出，判断故障部位。不过闻的应用范围相对较小，具有局限性，导线或油可以通过闻其是否有焦味来简单判断故障，其他的故障还需采用其他方法具体分析。
4.4a)维修方面建立严格的维修制度，把好品质关，不断地提高维修人员的技术水平，加强责任心，避免强制装配引起的配件损坏。在维修中对每一配件的更换都要经过专人检测。如轴发生疲劳断裂则应在维修中改变设计，消除应力集中。b)操作方面操作人员应根据不同的工况合理地使用档位轻摘轻挂，避免在高速档位上直接起步，经常检查润滑情况，保证变速箱有良好的润滑。另外，经过一定时期使用后，酶氧化变质及氢馏分的挥发，齿轮油的粘度将增加，同时油内杂质也逐渐增加，因此，必须按规定定期更换油脂。c)保养方面加强对汽车的保养，定期更换润滑油。选择润滑油时，必须注意润滑油的粘度，若粘度过大，机件得不到很好的润滑，既增加机件的磨损，同时也增加搅动阻力，降低了传动效率。在更换使用中，必须注意油脂的清洁，严防砂、尘、水和其他杂质侵入油脂。d)采用先进的技术状况诊断设备加强对变速箱的技术状况诊断。采用各种先进的诊断仪器，如噪声计、测振仪、测温仪等监测设备，帮助操作人员及时发现变速箱的不良技术状况，及时排除，保证变速箱的正常运转。
通过对汽车变速箱进行振动测试与分析，得出以下结论：（1）经时域分析可知：在2档工况条件下，变速箱的中后箱振动响应比较明显。（2）与振动故障测点频率对比发现：齿轮、轴承、轴不会引起变速箱强烈振动现象，壳体的第三阶和第四阶模态频率极有可能引起变速箱强烈振动，这也很可能是变速箱振动故障的原因所在。通过对汽车变速箱振动故障分析与诊断，为变速箱结构动力学修改奠定基础。
参考文献：
[1]刘正江，陈焕，李新民，黄建萍.基于振动分析的旋翼试验台变速箱故障诊断[J].直升机技术，2017(03):46-49.
论文作者:张小龙
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/20
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