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1、,第七讲 机械故障的检测诊断,11 汽车机械故障的特点,汽车机械系统的故障具有如下特点： 机械运行过程是动态过程，就其本质而言是随机过程。机械系统不同时刻观察的数据通常是不重复的，不同时刻观察值不一致，只能从统计意义上比较它们的差异。 从系统特性上看，汽车机械系统故障除了如连续性、离散性、间歇性、缓变性、突发性、随机性、趋势性和模糊性等一般特性外，零部件间相互耦合，决定了汽车各总成故障的多层次性，一种故障由多层次故障原因所构成。故障现象与故障原因之间没有一一对应关系，很难从一个侧面或某个检测信息的分析结果作出正确的决策。,1. 2 汽车机械故障分析方法,第一种是理论分析方法，它主要用于分析发动
2、机机械故障。如活塞敲缸响，活塞销子响，连杆轴承响，曲轴轴承响等。通过理论计算，可以确定某一配合副最响振动转速、最大振动部位、特征频带、最大振动相位等。 第二种是振动分析方法，通过传感器测取信号进行分析。,异响诊断参数振动波形、(振幅)、频率、振动速度、振动加速度 一、发动机异响检测与诊断 正常声响：发动机是一种自运转式的周期性怠速运转时，只能听到轻微的机械振动、排气等声音；加速运转时，将发出有力且过渡圆滑的轰鸣声；高速运转时，则为平稳的轰鸣声。 不正常的声音称之为异响一台技术状况良好的发动机，在正常时，其声音也随之产生变化，如出现间歇的金属敲击声、连续的金属敲击声、无规律的金属碰擦声，通常把这
3、些不正常的声音称之为异响。,异响类型与原因： 机械异响 主要是运动副配合间隙太大和配合面有损伤，运转中引起冲击和振动造成的。 燃烧异响 主要是发动机不正常燃烧造成的。 空气动力异响 主要是在发动机进气口、排气口和运转中的风扇处，气流振动造成的。 电磁异响 主要是在发电机、电动机和某些电磁元件内，由于磁场的交替变化，引起机械中某些部件或某一部分空间容积产生振动而造成的。,异响的影响因素和诊断条件 异响与发动机的转速、温度、负荷和润滑条件等有关。 转速 一般情况下，转速愈高机械异响愈强烈。但有时高转速时各种响声混杂一起，听诊某些异响反而不易辨清。所以，诊断转速不一定是高速，要具体异响具体对待。 温
4、度 有些异响与发动机温度有关，而有些异响与发动机温度无关或关系不大。在机械异响诊断中，对于热膨胀系数大的配合副要特别注意发动机的热状况，最典型的例子是活塞敲缸。发动机温度也是燃烧异响的影响因素之一。 负荷与润滑条件,诊断方法：经验诊断法、振动测试法、动力学分析法 典型故障： 活塞销异响 连杆轴承异响 曲轴轴承异响 活塞敲缸响 气门响,典型波形： 一般地，在点火提前角正常情况下，销子响出现在波形前部、敲缸响出现在中部、小瓦响出现在后部、大瓦响出现在波形最后部。,汽车发动机异响理论分析,研究发动机异响的理论方法是计算运行轨迹。 所谓运行轨迹是指运动件在运转过程中，把每一瞬时的负荷当作大小、方向已知
5、的稳定载荷，计算运动件的平衡位置。当运动件所受的负荷变化时，便会有新的平衡位置，这样由一系列平衡位置便得出了运行轨迹。 由于运动件负荷的周期变化性，这一系列平衡位置将形成封闭曲线，称之为运行轨迹曲线。,（1） 汽车发动机异响理论分析,活塞销子响 活塞敲缸响 连杆轴承响 曲轴轴承响,活塞销子响,正常间隙时，不论断火与否活塞销均不产生冲击，但在异常配合间隙下，活塞销运动轨迹明显变化。诊断故障时，传感器位置应设置在故障缸缸盖上，此处可感受最大冲击。 诊断活塞销子异响的最佳转速应为怠速或高速。在怠速时，故障缸不工作能感受到第二次冲击，在高速时，随着间隙增大，不论故障缸工作与否，均能感受到明显二次冲击。
6、 活塞销子响最明显的二次冲击时刻为该缸作功行程上止点后120附近。当出现异响时，若利用示波器观察，能看到此时的二次明显冲击。 经验诊断活塞销子响时，故障缸不工作后异响更明显，其原因是由于销子受力后产生的二次冲击引起的。,（a） 配合间隙0.01mm (b)配合间隙0.15mm 500r/min，发动机点火时活塞销运行轨迹,垂直方向上下运动幅度大，横向运动幅度小，振动幅度随配合间隙的增大而明显增大,（a）间隙0.01mm （b）间隙0.12mm （c）间隙0.15mm 500r/min， 发动机断火时活塞销运行轨迹,垂直方向上下运动幅度大，横向运动幅度小，振动幅度随配合间隙的增大而明显增大,(a
7、)间隙0.01mm （b）间隙 0.12mm (c)间隙 0 .15mm 2400r/min， 发动机点火时活塞销运行轨迹,垂直方向上下运动幅度大，横向运动幅度小，振动幅度随配合间隙的增大而明显增大,(a)间隙0.01mm （b）间隙 0.12mm (c) 间隙 0.15mm 2400r/min， 发动机断火时活塞销运行轨迹,500r/min时活塞销偏心率曲轴转角曲线 虚线为该缸工作时曲线；实线为该缸工作时曲线,2400r/min时活塞偏心率曲轴转角曲线 虚线为该缸不工作时曲线；实线为该缸工作时曲线,活塞敲缸响,活塞与气缸壁的间隙大小是影响活塞敲缸响的一个最重要的原因。间隙越大，活塞敲缸响越明
8、显； 诊断活塞敲缸响的最佳转速应为500-1200r/min之间，在此转速范围内用传感器能够感受到最大的活塞侧向冲击力； 用仪器诊断活塞敲缸响时，传感器应安放在气缸上部即压缩行程上止点360附近的位置，这个位置上可以认为是诊断活塞敲缸响的最佳部位； 用经验法诊断活塞敲缸时，断火故障缸后异响消失或减弱，其原因是因为气缸内燃气压力降低，活塞所受到的侧向力减小； 改善润滑条件，提高机油压力，相对提高润滑油的动力粘度，能够减轻活塞敲缸响。,间隙0.08mm，转速500r/min 间隙0.08mm，转速1200r/min,间隙0.08mm，转速1600r/min 间隙0.08mm，转速2400r/min
9、 实线和虚线分别表示活塞裙底部和顶部的偏心率 正常间隙时各转速下的活塞运行轨迹曲线,间隙0.24mm，转速500r/min 间隙0.24mm，转速1200r/min,间隙0.24mm，转速1600r/min 间隙0.24mm，转速2400r/min 实线和虚线分别表示活塞裙底部和顶部的偏心率 配合间隙为0.24mm时各转速下活塞运行轨迹的曲线,连杆轴承响,连杆轴颈运行轨迹在500、800、2000和2400 r/min时，轴心轨迹无明显突变，即不产生明显敲击响。 当转速为1200r/min或者1600r/min时，随着间隙增大，油膜厚度变薄，冲击加大。 连杆轴承异响的相位起始于发动机压缩行程上
10、止点附近，在上止点后2530各种力作用达到平衡，随着转速提高，点火提前角变大，连杆轴承异响发生相位也提前。此时连杆处于作功行程，传感器位于发动机右下侧可测取连杆轴承最大振动信号。 若故障缸不工作，连杆轴颈对轴承的冲击明显减弱，轨迹曲线比较平缓。说明发动机负荷对连杆轴承异响产生很大影响。,500r/min时发动机连杆轴颈运行轨迹,转速为500r/min，连杆轴颈偏心率 （从下向上，配合间隙依次为0.08mm,0.16mm, 0.32mm）,1200r/min时连杆轴颈运行轨迹,（a） 0.08mm间隙 （b）0.16mm间隙 1200r/min发动机连杆轴颈轨迹展开图,曲轴轴承响,曲轴轴承异响最
11、佳诊断转速为1600r/min以上。在该转速范围，相邻缸不工作时，冲击强度明显减弱，其他转速变化不明显。最佳诊断部位为缸体下部曲轴轴承处或油底处。,（2） 汽车发动机故障振动分析,每一种敲击声都相应于一特定的频带，其中总有一组区别于其他敲击声的信息频率称为特征频率。 振动的振幅随冲击强度增强而变大，而冲击强度与配合副的间隙成正比。 发动机结构常常决定了发动机发出声响的部位。响声的能量随着离开振动部位距离的增加而减弱。 发动机不同机构的运动学不同，决定了出现机械敲击响声的时刻不同，即相位不同。,转速2300rpm、传感器位于发动机缸体右侧下 振动信号小波包-AR谱 (a) 曲轴轴承正常间隙；(b
12、)曲轴轴承配合间隙0.20mm；(c)曲轴轴承配合间隙0.40mm,转速1300rpm、传感器位于发动机缸体右侧下振动信号小波包-AR谱,（3） 汽车传动系机械故障振动诊断,汽车传动系中变速器、传动轴、前后桥主要运动部件由齿轮、轴和轴承组成。 齿轮故障主要与啮合频率有关。当齿轮技术状况变差时，齿轮啮合频率的幅值明显增大 。 汽车传动轴不平衡、弯曲时，轴的旋转频率对应的幅值对传动轴的不平衡度最为敏感，轴频的二次谐波对传动轴松旷故障最敏感。 可用特征频率的幅值来评价汽车传动系轴承故障。,汽车传动轴后桥处测量轴频基波幅值图 0方向上； 90方向上；180方向上； 270方向上,后桥处测量，十字轴磨损松旷各间隙条件下谱阵图,二、底盘异响检测与诊断 故障诊断表,
