六西格玛DMAIC模型在降低变速器噪音的应用Word文档下载推荐.docx
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Keywords:
Gearhowling;
MATLAB;
DMAIC
目录
第一章绪论……………………………………………………1
1.1课题研究对象…………………………………………………1
1.2齿轮噪音国内外研究现状……………………………………1
1.2.1国外研究现状……………………………………………1
1.2.2国内研究现状……………………………………………1
1.3课题的主要研究内容及研究意义……………………………2
1.3.1主要研究内容……………………………………………2
1.3.2研究意义…………………………………………………2
1.4论文的特点……………………………………………………2
第二章定义……………………………………………………3
2.1项目选题……………………………………………………3
2.2改进对象……………………………………………………3
2.3项目目标……………………………………………………3
2.4项目分析步骤………………………………………………3
2.5项目意义……………………………………………………3
第三章测量……………………………………………………4
3.1测量噪音时的注意事项………………………………………4
3.2汽车变速器噪音异常声响故障的查找方法与步骤…………4
3.3检测……………………………………………………………4
3.4汽车变速器噪音的测量数据及处理…………………………4
第四章分析……………………………………………………8
4.1变速器结构……………………………………………………8
4.2变速器振动噪音机理…………………………………………8
4.2.1刚度激励…………………………………………………8
4.2.2误差激励…………………………………………………8
4.2.3啮合冲击激励……………………………………………9
4.3振动信号处理技术方法………………………………………9
4.3.1同周期相加平均法………………………………………9
4.3.2频谱分析技术……………………………………………10
4.3.3倒频谱分析………………………………………………10
4.3.4细化谱分析………………………………………………10
4.3.5解调分析…………………………………………………10
4.4阶次分析与典型故障信号特征………………………………11
4.4.1阶次分析…………………………………………………11
4.4.2典型故障信号特征………………………………………11
4.4.2.1不平衡机械转动……………………………………11
4.4.2.2偏心的机械转动……………………………………12
4.4.2.3齿轮啮合故障………………………………………12
4.4.2.4齿轮啮合严重故障…………………………………13
第五章改进………………………………………………………14
5.1汽车变速器噪音的优化模型…………………………………14
5.2关于汽车变速器噪音的优化方法……………………………14
5.3基于模态扩展技术的变速器箱体振动特性识别的基本原理14
5.4变速器箱体振动加速度的识别及辐射噪声优化……………16
5.4.1变速器箱体模态分析及验证……………………………17
5.4.2变速器箱体有限元模型中各点振动加速度的识别及验证…………………………………………………………18
5.4.3结论………………………………………………………20
第六章控制………………………………………………………21
6.1面板辐射声功率分析及优化…………………………………21
6.2基于MATLAB对齿轮振动的改进……………………………22
第七章案例分析--变速箱拱板结构的降噪优化设计………23
7.1引言…………………………………………………………23
7.2拱板结构造价优化模型的建立……………………………23
7.2.1目标函数………………………………………………23
7.2.1.1目标函数的确定…………………………………23
7.2.1.2目标函数表达式…………………………………23
7.2.2设计变量………………………………………………24
7.2.3约束条件………………………………………………24
7.2.3.1振动加速度级约束函数…………………………24
7.2.3.2几何参数约束……………………………………25
7.2.4拱板结构造价优化模型………………………………25
7.3优化模型的转换……………………………………………25
7.4振动加速度级约束函数的显式化…………………………26
7.4.1一次响应面拟合约束函数……………………………26
7.4.2响应面拟合精度检验…………………………………27
7.5优化结果……………………………………………………31
7.6优化流程图…………………………………………………31
第八章总结和展望………………………………………………32
8.1总结……………………………………………………………32
8.2展望……………………………………………………………32
致谢………………………………………………………………33
参考文献……………………………………………………………34
第一章绪论
1.1课题研究对象
某型汽车手动变速箱在行驶过程中产生啸叫。
返回的变速箱经过再次测试依然能明显听到啸叫,测试时检测到异常振动和声音信号特征。
1.2齿轮噪音国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
20世纪90年代以来,国内外学者对齿轮传动系统的振动特性进行了广泛和深入的研究。
Mr.AoKahamna等人对齿轮振动特性做了大量的研究工作,分析了轴向振动对斜齿轮传动特性的影响,以及多对斜齿轮和行星齿轮在啮合条件下的动力学特性,还通过动态试验的方法分析了齿轮渐开线重合度、齿顶修缘和齿轮受迫响应特征对齿轮动态性能的影响。
T.Tsuta通过将齿轮激励力描述为齿轮啮合刚度和齿轮误差的乘积,给出了齿轮啮合冲击力的计算方法。
Haruo.Houjoh等通过对弹性齿轴上的斜齿轮进行振动分析,发现了轴承阻尼特性、啮合面特性和齿轮啮合刚度的变化对斜齿轮的啮合特性的影响。
2000年,R.CzParker通过CAE方法建立的齿轮啮合的动力学模型,其计算结果和试验数据吻合。
通过齿轮啮合过程的分布计算,研究了齿轮的误差激励和刚度激励。
2002年,P.Velex通过齿轮模型,分析了齿轮的摩擦性质,并给出了FFT函数的形式的齿轮激励的等值线,得出了齿轮的几何参数的变化对齿轮啮合激励结果的影响。
2003年,L.Vedmar发现了齿轮的动力载荷计算的新方法,通过对起支撑作用的轴承和齿轮的变形进行分析,来计算齿轮在运转过程中的齿轮的啮合特性。
从计算结果发现,齿形变化是对齿轮的啮合接触有较大影响。
E.Riud等学者认为齿轮参数的制造公差是齿轮系统的啮合振动和传动噪声主要因素。
通过研究轴承的刚度变化以及齿轮设计参数由于制造公差的影响对变速器振动的影响,指出轴承的刚度变化会对齿轮的啮合刚度产生影响,进而影响到变速器壳体的振动。
并通过计算,得出了轴承的刚度变化对变速箱振动和噪声的影响。
2004年,YuanH.G等学者对齿轮传动系统的传递误差激励进行了模拟。
通过齿轮传动系统的CAE模型,计算了齿轮传动系统在不同误差参数的激励影响下的振动响应,结果表明,齿轮啮合传动系统的振动主要方向是横向振动。
在设备和软件研制方面,国外企业对噪声的研究相比国内企业走在前面。
如英国的变速器虚拟原型仿真软件Romax,德国的HEADacoustics股份有限公司,MuellerBBM公司,比利时的LMSVirtual.lab公司等。
1.2.2国内研究现状
2000年以来,国内许多高校学者对齿轮啮合特性进行了深入细致的研究。
唐进元等学者通过多年的分析和研究,推导出来齿轮线外啮合的刚度计算方法。
并利用Ansys有限元法分析得出了冲击速度,齿宽与冲击力的数值关系和冲击时间。
周长江等学者通过对线外啮合的进一步研究,得出了摩擦力的特性关系,得出了在线外啮合阶段的准确结果,为修行、降噪提供了很好的理论工具。
吉林大学的梁杰等教授在对齿轮箱振动噪声的分析研究中认为齿轮的制造误差,装配误差是齿轮振动噪声的主要原因,同时也指出了通过振动分析,相干函数分析是找到齿轮振动噪声故障问题的有力工具。
1.3课题的主要研究内容及研究意义
1.3.1主要研究内容
通过对故障变速器振动信号的检测和分析,找到产生噪音的异常部件,通过对制造数据和传递误差计算结果的分析,进一步优化齿轮参数,达到降低变速器噪音的目的。
在整个课题的调查和分析中,主要完成以下几方面的工作:
●故障变速器在台架下线检测系统中的振动信号的分析和诊断;
●齿轮变速器在台架下线检测系统中的振动历史数据分析;
●齿轮加工历史数据分析;
●Romax的变速器系统建模及传动误差分析;
●变速器整车HeadAcoustic测试分析和对比验证。
1.3.2研究意义
通过对变速器齿轮噪声的问题分析,以及齿轮优化,进一步降低了变速器的齿轮噪音,提高了产品合格率,为企业创造了可观的经济效益.同时也为今后的变速器齿轮噪音的改善,奠定了良好的基础。
1.4论文的特点
该课题研究将虚拟仿真、故障信号分析与生产制造紧密联系,有效地实现了齿轮分析和优化,主要有以下几方面的特点:
●通过Reilhofer系统的变速器台架测试,提取故障变速器的振动信号,通过对故障振动信号的阶次分析,快速识别出故障部位;
●通过Reilhofer系统的客观测试,获取了该型号变速器在台架检测的所有振动数据,为下一步的故障分析、评价改进效果和故障监控起到了重要作用:
●通过采用Romax的虚拟建模将齿轮的微几何参数融入计算,通过对目标微几何参数的随机抽样组合,对传动误差进行分析,完全模拟了在实际制造误差条件下的实际装配过程,为大批量制造条件下的齿轮优化提供重要的参考信息。
第二章定义
2.1项目选题
项目小组经过讨论及分析,从国内所生产变速器的齿轮啸叫问题出发,确定选题.项目小组拟通过优化某型变速器的设计要求和改善变速器制造过程从而达到减少齿轮啸叫的目的,从而提升国内变速器的质量,减少汽车变速器的噪音,支撑国内变速器产品进入全球市场。
2.2改进对象
某型汽车手动变速箱。
2.3项目目标
通过本项目团队的对该型变速器的齿轮啸叫进行分析,测量。
三个月之内找出齿轮啸叫的原因并改进该变速器的性能和质量。
以期达到国际先进水平。
2.4项目分析步骤
首先分析变速器的结构,找出噪音产生的机理,并搞清楚齿轮啮合的动态激励方式。
一共有三种,分别是刚度激励,误差激励,齿轮冲击激励。
接下来对变速器的振动信号进行分析处理,通过对噪音这一故障产生的原因进行分析,并采用适当的方法进行处理,处理的方法有五种,分别是,同周期相加平均法,频谱分析技术,到频谱分析,细化谱分析,解调分析法。
最后对变速器齿轮的频率进行介次分析,并找出变速器的典型故障特征。
2.5项目意义:
在城市中,交通噪声约占各种声源的70%左右。
长期生活在这样的噪音环境中,就会得“噪音病”。
噪声会损伤听力。
人短期处于噪声环境时,即使离开噪声环境,耳朵也会发生短期的听力下降,但当回到安静环境时,经过较短的时间即可以恢复。
一般情况下,85分贝以下的噪声不至于危害听觉,而85分贝以上则可能发生危险。
统计表明,长期工作在90分贝以上的噪声环境中,耳聋发病率明显增加。
专家指出:
“汽车对环保造成的最大危害之一是噪音污染,这一问题必须引起特殊关注。
”汽车的噪声源有多种,例如发动机、变速器、驱动桥、传动轴、车厢、玻璃窗、轮胎、继电器、喇叭、音响等等都会产生噪声。
其中,变速器的齿轮啸叫噪声是最主要的。
因此,用DMAIC模型来减少汽车变速器的噪音意义重大,将会很大程度的减少城市汽车噪音污染,改善人类的生存环境,提升人类的健康水平。
第三章测量
3.1测量噪音时的注意事项
首先不要轻易将汽车变速器拆离整车再去查找噪音异常声响故障原因。
因为汽车变速器的噪音异常声响故障与发动机、传动轴及变速器内部的机械部分都有关系,出现噪音异常声响故障的可能原因和部位很多,采用排除法查找比较快速高效。
因此要把变速器放在整车上进行测试,弄清是哪一方面产生的故障和故障的大致部位。
3.2汽车变速器噪音异常声响故障的查找方法与步骤
1)检查润滑油加入量和牌号是否符合标准,润滑油清洁度是否符合要求,如合格则排除润滑油原因。
2)用千斤顶支起汽车后轮离地,将汽车变速器置于空档,分离开离合器,发动机转动,如果没有噪音异常声响故障则可排除汽车发动机原因。
3)挂上汽车前进档正常运行一段时间后突然紧急制动。
没有噪音异常声响和强烈振动,则排除汽车传动器的原因。
4)汽车离合器结合后汽车噪音异常声响,到此可判定原因在汽车变速器上,然后通过挂脱档试验判断汽车变速器是空档还是前进档噪音异常声响,或者二者兼而有之,至此可拆卸下汽车变速器进一步检测。
3.3检测
1)首先检测齿轮副装配质量包括齿轮副的轴向或径向间隙是否合格,有无卡滞、咬死等情况;
同步器是否异常磨损,有无卡滞、咬死等情况。
2)排除这些原因以后,再检测各配合齿轮的制造质量,包括如齿形误差、齿向误差等,若有条件,最好能采用双啮仪进行综合检测。
3)判断如能排除,汽车变速器空档噪音异常声响可能、且绝大多数是变速器壳体制造质量超差引起的。
4)如是汽车变速器前进档噪音异常声响,只需检测该前进档配对的齿轮副的装配质量和齿轮制造质量,如非齿轮问题,绝大多数汽车变速器前进档噪音异常声响是轴承磨损超差引起的,更换相应轴承一般可解决。
3.4汽车变速器噪音的测量数据及处理
为表述方便,把有异响的汽车变速器编为A,无异响的汽车变速器编为B。
首先,A、B两台汽车变速器先后装在同一辆试验车上并置于空档中,在距离汽车变速器总成前部的左、右、下3个方向和后部的左、右、下3个方向各300mm处使用HS5633数字声级计并以A计权频特性测量结合和分离离合器时噪声(表3-1、表3-2),环境噪声A声级值为59.5dB。
表3-1编号为A的汽车变速器噪声(A声级)
变速器A
分离
结合
结合相对于分离
前部
左
69.6
无异响
70.9
有异响
1.3
右
71.1
72
0.9
下
70
71
1
后步
70.3
-0.3
70.2
0.8
68.7
69.8
0.1
表3-2编号为B的汽车变速器噪声(B声级)
71.6
71.9
0.3
0.4
69.2
70.7
71.3
0.6
69.5
汽车变速器置于空档,离合器接合后汽车变速器输入轴带动汽车变速器中的4个前进档齿轮副旋转,也即带动8个常啮合齿轮一起旋转,如其中某一齿轮精度超差,都会造成齿轮传动不平稳,在高速转动中产生冲击,出现噪声和震动,因此,测量了汽车变速器A、B的8个齿轮的径向综合误差、齿形误差、齿向误差、公法线平均长度及齿轮副装配间隙(表3-3、3-4、3-5)。
表3-3齿轮的径向综合误差mm
齿轮名称
技术要求
变速器B
配合名称
Ⅰ档齿
0.05
0.043
0.04
0.041
0.037
Ⅱ档齿
0.042
0.048
0.045
Ⅲ档齿
0.047
一轴齿轮
0.051
Ⅳ档齿
表3-4各档齿轮的齿形、齿向误差和公法线平均长度mm
齿轮名
测量项目
公法线平均长度
41.166~41.201
41.170~41.180
41.170~41.190
齿形公差
0.011
0.012
0.010
齿向公差
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