浅谈双离合变速器稳态耐久试验故障诊断

吴有兴，马 勇，谭艳军，孙 艳，方少权

浅谈双离合变速器稳态耐久试验故障诊断

吴有兴，马 勇*，谭艳军，孙 艳，方少权

（宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江 宁波 315336）

在台架耐久性试验过程中，部分零部件可能在早期失效造成试验失败，对关联零部件也有二次损伤风险，为降低研发及试验成本，文章通过专门用于处于开发阶段中动力总成系统的测试仪器，在试验过程中监控试验数据变化，在变速器总成故障的初始阶段能够快速识别异常点，通过数据分析能够准确判断故障具体位置，保障变速器总成不会因为个别零部件疲劳故障导致整机失效。结果表明：试验过程中通过借助辅助设备，监控和分析试验过程中数据变换情况，可以在早期发现故障，对失效零部件进行准确预判，从而快速进行决策，节约大量试验成本及缩短验证周期。

变速器；故障诊断；台架耐久试验；疲劳

前言

双离合器变速器稳态耐久试验一般持续时间为300 h～500 h，整个试验周期内若出现变速器故障，则整个试验需要重新验证，成本较大。若在试验过程中通过借助辅助设备，监控和分析试验过程中数据变换情况，可以在早期发现故障，对失效零部件进行准确预判，从而快速进行决策，节约大量试验成本并缩短验证周期。

1 双离合器变速器稳态耐久试验方法介绍

通过实车采集或者CAE仿真的载荷谱计算各挡位试验的相应转速、扭矩和试验时间，得出台架试验使用的载荷谱，通过载荷谱设计试验，一般试验按从低挡到高挡的顺序进行。整个试验可分为10个循环进行[1]。

1.1 稳态试验台架介绍

目前项目研发过程中用来进行变速器耐久试验的设备为一套动力总成台架。该台架包含三个交流异步测功机，一个为驱动测功机，用于变速器驱动端动力输入，另外两个为加载测功机，用于变速器半轴端输出。其中驱动测功机为扭矩控制模式，加载测功机为转速控制模式[2]。

图1 台架结构

1.2 德尔塔分析仪介绍

德尔塔分析仪是一种专门用于动力总成系统开发阶段的测试辅助仪器，其主要目的是提前预警被试样件故障，防止测试样件损坏，它可以应用零部件试验台（废气增压器试验台，凸轮轴试验台，平衡轴试验台等）、性能试验台及传统旋转类试验台，还可以通过移动式德尔塔分析仪应用在整车动力总成故障早期检测。

图2 德尔塔分析仪台架连接

德尔塔分析工作原理是借助机械振动检测被试物的振动能量变化。首先对测试件进行各测试工况学习（学习参数包括：转速、负荷、油温、挡位等），德尔塔分析仪将学习每个负荷工况中测试件的机械振动特性，在学习之后的试验运行中它将比较被试物当前振动特性与开始时的振动特性。如果被试物振动特性随时间发生了变化，则显示为一种变化趋势（趋势指数），没有变化则意味着趋势指数等于0。每个负荷工况中以图形方式描绘振动特性的变化系统由此记录故障的变化过程。小的变化不会导致试验台架停止运行，而是记录为被试物的健康状态。其次对于无人值守的耐久试验，运行时可以使用自动报警限值模式，在故障发生瞬间振动或严重失效情况下台架停止运行从而防止被试物损坏。

2 某湿式双离合器变速器故障案例

某湿式双离合变速器在进行稳态耐久试验过程中出现轴承失效故障，通过借助德尔塔分析仪进行故障分析诊断。在此过程中，实现了轴承早期故障诊断，及时停止台架试验，保护了被试样机，同时节省了台架占用时间，避免被试样机出现故障后继续进行无效试验的情况发生。

2.1 试验过程背景及故障描述

变速器在进行稳态耐久过程中，高挡位稳态工况时，德尔塔分析仪触发报警停机。通过对试验监控数据分析发现，故障从发生到恶化的时间比较短。重新启动低转速小扭矩进行主观评价，无异响，在高转速未加载荷工况下能够识别到明显异响。

2.2 故障初步分析

图3为本次试验的被试变速器结构图。

图4为各挡位试验振动能量趋势曲线，从曲线中可以得出三挡及四挡振动能量均有升高的结论。

将被试变速器的输出端作为基准阶次，同时根据轴承的位置及传动系相应的挡位，可以得出被试变速器某轴承的阶次表；从德尔塔分析仪可以读取四挡振动能量瀑布图。

图3 变速器结构图

图4 能量趋势图

表1 阶次表

四挡阶次表 谐波123456 保持架0.711.432.152.873.594.30 轴承内圈15.5531.1146.6762.2377.7993.35 轴承外圈10.7721.5432.3143.0853.8564.62 滚动体4.669.3314.0018.6723.3328.00 三挡阶次表 谐波123456 保持架0.531.071.612.142.683.22 轴承内圈11.6223.2534.8846.5158.1469.77 轴承外圈8.0516.1024.1532.2040.2548.30 滚动体3.486.9710.4613.9517.4420.93

图5 三挡振动能量瀑布图

现根据结构判定故障件及故障件位置：

三挡、四挡（本文以三挡举例，未具体描述四挡振动能量图形）瀑布图和频谱图相近，出现的簇状均匀间隔，渐进性升高，判断符合轴承损坏特征或离合器滑擦特性。

图6 三挡振动频谱图

三挡order=16.1、order=24.15 、order=56.35对应的是某轴承外圈阶次，轴承外圈阶次分别为2次谐波、3次谐波、7次谐波从低阶次区域一直延续到高阶次区域，故障趋势指数上升较突然符合剥落特征点。

四挡order=10.77、order=21.54 、order=56.35对应的也是该轴承外圈阶次，轴承外圈阶次分别为1次谐波、2次谐波、5次谐波。

从各挡位试验振动能量趋势曲线变化大小可以分析看出，一挡、三挡、四挡趋势指数升高幅度最大，二挡、六挡、五挡、整体趋势指数基本不变。

以此可以排除离合器滑膜因素带来的影响——因为离合器滑擦异常会导致所有挡位都出现趋势指数升高，不会只出现在一挡、三挡及四挡。

根据图7，可以继续分析轴承故障：

若轴承①出故障：各挡位趋势线应均有相似升高。

若轴承④和⑤出故障：各挡位趋势线应均有相似升高。

若轴承⑥和⑦出故障：二挡、六挡、五挡、整体趋势指数应该异常升高。

因此故障可以锁定在②号和③号轴承上。

图7 轴承位置图

3 拆解情况

样机拆解后发现，故障异常为②号轴承，经过工具测试[3]，轴承滚道最大剥落面积约20 mm2，个别滚针表面有轻微点蚀。

4 结束语

台架耐久试验过程中，会因为部分零部件疲劳或受清洁度影响，导致零部件损伤失效，如果没有提前发现，造成被试样机其余零部件二次损伤。通过利用德尔塔分析仪的早期故障检测预警功能快速的预警并保护被测样机，使其免于二次损伤的风险，更重要的是利用故障分析诊断功能在变速器未拆解之前准确定位了故障部件，很好地引导了后续的拆箱检查。

[1] 全国汽车标准化技术委员会.汽车机械式变速器总成台架试验方法第1部分:轻微型:QC/T 568.1—2011[S].北京:中国计划出版社,2011.

[2] 张宁涛,马勇,程立勇.机械式变速器台架耐久试验工况优化[J].科技和产业,2021,21(02):289-292.

[3] 符金滔,马勇,程立勇.GL-7DCT变速器机械零件故障量化和评价方法研究[J].汽车实用技术,2020(01):152-155.

Fault Diagnosis of DCT in Steady State Durability Test

WU Youxing, MA Yong*, TAN Yanjun, SUN Yan, FANG Shaoquan

( Ningbo Geely Royal Engine Components Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315336 )

Some parts may have early failure during the bench durability test, resulting in test failure, and the associated parts also have the risk of secondary damage. In order to reduce the cost of R&D and test, the test instrument specially used for powertrain system in the development stage can monitor the change of test data in the test process, quickly identify the abnormal points in the initial stage of transmission assembly failure, and accurately determine the specific location of failure through data analysis, so as to ensure that the transmission assembly will not be damaged due to fatigue failure of individual parts machine failure. The results show that: with the help of auxiliary equipment, monitoring and analyzing the data transformation in the test process, the fault can be found early, and the failure parts can be accurately predicted, then the decision can be made quickly, a lot of test costs can be saved and the verification cycle can be shortened.

Transmission; Fault diagnosis;Bench durability test; Fatigue

A

1671-7988(2022)01-141-04

U463.212

A

1671-7988(2022)01-141-04

CLC NO.:U463.212

吴有兴，助理工程师，就职于宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，研究方向：变速器开发。

马勇，高级工程师，就职于宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，研究方向：变速器设计及试验。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.001.032