基于谱分析与相干分析的液力变速箱噪声源识别研究

发布时间：2011-08-29 23:18:49 来源：文档文库

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张宸维，李志远

（合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥230009）

摘要：通过噪声、振动自功率谱分析和相干函数分析技术，应用杭州亿恒公司的8通道动态信号测试分析系统，对一台内燃叉车的液力变速箱进行了噪声振动分析，从而得出了该台变速箱产生噪声的主要原因在于Z6-Z7齿轮轴的啮合激励。

关键词：液力变速箱；噪声源；自功率谱；相干

Study on the Noise Source Identification of Hydraulic Gearbox

Based on Spectrum Analysis and Coherence Analysis

ZHANG Chenwei，LI Zhiyuan

(School of Mechanical and Automotive Engineering，Hefei University of Technology，Anhui Hefei 230009，China)

Abstract:Throug the theory of self-power spectrum analysis and coherence function analysis of noise and vibration signal, Hangzhou AVANT’S 8-channel dynamic signal measurement and analysis system is applied in gearbox noise analysis in the paper．Noise and vibration analysis for a hydraulic gearbox of powered Forklift Truck．So that obtain the conclusion that the main reason of strong noise is the Z6-Z7 gear shaft’s meshing incentive in the gearbox．

Keywords: Hydraulic gearbox；Noise source；Auto-power spectrum；Coherence

0 引言

变速箱是工程机械最重要的核心元部件之一，它的工作是否正常涉及到整台机器的工作性能。变速箱的噪声水平可以从客观上反映变速箱的工作状态，其在工作过程中，内部的齿轮、轴承等不断产生振动冲击，当有故障存在时，其振动强度增大，噪声水平就超标。本文首先明确了内燃叉车变速箱的结构和工作原理，根据测得的液力变速箱噪声振动自功率谱及其相干函数分析，找出了该变速箱产生冲击噪声的主要原因。

1 液力变速箱的结构和工作原理

液力变速箱是随着车辆运行外阻力的改变而自动调节涡轮的转速和转矩，通过液力介质传递能量的。与机械变速箱相比，它具有传动平稳、噪声低、操纵舒适、工作可靠等优点，其缺点是传动效率比机械式低。

内燃叉车液力变速箱在结构上主要包括变速箱箱体、液力变矩器和补油泵等几个部分。图1所示为大吨位内燃叉车液力变速箱三维图，图2为液力变矩器实体安装图。

图1 液力变速箱三维图图2 液力变矩器安装图

液力变速箱内的齿轮传动结构主要是液力变速箱箱体内部的变速齿轮传动机构，如图3所示。它由连接在在一起的齿轮Z1和摩擦片组F2、齿轮Z2和摩擦片组F1、齿轮Z5和摩擦片组R1、齿轮Z6和摩擦片组R2以及定轴齿轮Z3、Z4、Z7、Z8组成。这部分的齿轮传动机构的主要作用是实现变速箱前进一挡、前进二挡、后退一挡、后退二挡、空挡5种挡位的变速功能。

液力变速箱的变速功能是通过改变变速箱内部齿轮的传递路线来实现的。齿轮传递路线的改变是通过控制油压来改变液力变速箱内部摩擦片的摩擦力来实现。换挡的过程可以归纳如下：首先是油路的改变导致了油压的降低或者升高，油压的变化将使摩擦片的摩擦力产生变化，摩擦力升高或者降低到一定程度就改变了齿轮的传动路线，进而实现了变速。

液力变速箱一共有5个挡位，而液力变速箱箱体内部齿轮的传递路线也有5种。大吨位内燃叉车液力变速箱齿轮传动如图3所示。

图3 液力变速箱箱体内部齿轮传动机构

现在根据图3，对空挡、前进一挡、前进二挡、后退一挡、后退二挡5种工况下，液力变速箱箱体内部齿轮的传动路线进行阐述。

空挡时：油压很低，所有摩擦片组摩擦力很低，只有定轴齿轮Z3与Z4啮合，动力只有输入没有没有输出。

前进一挡时：只有摩擦片组F1处油压升高，与摩擦片组F1对应的齿轮Z2变成定轴齿轮，Z2与Z8啮合。则动力通过Z2-Z8输出。

前进二挡时：只有摩擦片组F2处油压升高，与摩擦片组F2对应的齿轮Z1变成定轴齿轮，Z1与Z7啮合。则动力通过Z1-Z7输出。

后退一挡时：只有摩擦片组R1处油压升高，与摩擦片组R1对应的齿轮Z5变成定轴齿轮，Z5与Z8啮合。则动力通过Z3-Z4-Z5-Z8输出。

后退二挡时：只有摩擦片组R2处油压升高，与摩擦片组R2对应的齿轮Z6变成定轴齿轮，Z6与Z7啮合。则动力通过Z3-Z4-Z6-Z7输出。

2 测试系统的建立

本试验采用杭州亿恒公司8通道动态信号测试分析系统。共采集8路信号，其中2路噪声信号，6路振动信号。分别由2个传声器，6个加速度传感器测量。它们输出的信号被送到AVANT MI-7008信号采集器，经过信号采集器的处理再输出给计算机进行自功率谱和相干分析。仪器设备连线图详见图4。

图4 试验仪器设备连线图

3 试验结果分析

限于篇幅，本文对全速前进二挡进行分析，全速前进二挡通道1、通道2的自功率谱及它们的相干系数如图5所示，通过分析全速前进二档1、2通道自功谱和相干图得出噪声通道1和2的优势噪声频率，如表1所示。

图5 全速前进二挡通道1、通道2的自功率谱及它们的相干系数

表1 全速前进二挡噪声通道优势噪声频率表

CH1

CH2

全速前进二挡各振动测点优势振动频率与1、2通道相干分析表如表2所示；经计算，全速时五种工况下变速箱齿轮啮合频率和轴转频见表3。

表2 全速前进二挡各振动测点优势振动频率与1、2通道相干分析表

表3 全速时五种工况下变速箱齿轮啮合频率和轴转频表

4 结论

将表1和表2所得到的噪声和振动优势频率及相干系数和表3齿轮和轴的频率进行对比得出：

全速前进二挡时：振动测点CH6、CH8在70.3HZ时振动加速度值大；噪声通道CH1、CH2在70.3HZ时噪声也大（分别为93 dB和91dB），且振动测点CH6、CH8与噪声通道CH1、CH2在70.3HZ时的相干系数在0.93以上，表明噪声与各振动测量点的振动相干性都很好。而70.3HZ与全速前进二挡时的Z6-Z7齿轮轴转频70.37HZ一致，由此可以得出结论：在全速情况下，Z6-Z7齿轮轴的啮合激励是液力变速箱的主要噪声源。