汽车变速器振动与噪声在线监测系统设计
目 录
1 绪论5
1.1 选题背景及意义5
1.2 国内外研究现状6
1.3 主要研究内容7
2 汽车变速器产生振动与噪声的机理分析及振动噪声评估7
2.1 变速器振动与噪声的评价指标7
2.2 汽车变速器振动与噪声产生的机理分析9
2.3 变速器常见的振动与噪声信号特征13
3 变速器振动与噪声测试与方案设计15
3.1 监测点确定15
3.2 振动与噪声测试方案16
4 在线监测系统设计17
4.1 硬件部分17
4.2 系统软件设计18
5 振动与噪声的控制措施22
总结24
致谢25
参考文献26
1 绪论
随着我国汽车行业的迅速发展，汽车需求数量和档次的要求的不断提升，对
汽车专业人员，特别是对汽车检测和汽车维修的人员的需求量日益剧增。本文对汽车变速器振动与噪声在线监测系统设计，主要思路是先表述这个论题的背景、意义和国内外研究现状，然后对汽车变速器振动与噪声的产生机理和主要信号特征进行研究，最后在前面的理论基础上设计出振动与噪声的测试方案，并且设计出在线监测平台。
1.1 选题背景及意义
随着社会的发展，汽车已经逐渐地进入到家家户户的日常生活中。汽车行业在国民经济占了很重的比例，也就是说汽车技术在一定意义上代表了科学技术的发展程度。21世纪以来，纵观世界，很多工业发展快的国家都十分地重视汽车行业的发展，它已经跻身为很多国家的国民经济的支柱。自从1886年世界上第一台汽车问世以来，汽车的发展速度突飞猛进。 1956年,我国生 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
产的首辆汽车—-“解放”从长春第一汽车厂诞生，中国的汽车业从那时起才真的开始,打开了中国汽车业的源头。改革开放后，我国的汽车行业发展越来越步入高速的轨道，汽车已经逐渐的发展成为我国重要的经济来源。在2008年，我国汽车销售量位居世界前列，从此各国都将汽车业的核心转移到了中国[1]。虽然我国的汽车产业成长很快，但是对比于发展的速度，更值得重视的是汽车监测领域方面的提高。汽车的性能和安全性能的监测是最重要的一项工作，在监测的时候发现不足并及时做出修正，这对汽车很好发展有很大的意义。
变速器在整车中起到很重要的作用，变速器的工作状态直接影响到汽车的效能。如果汽车变速器存在振动与噪声问题，那么直接反映了汽车的质量和档次高低。变速器运转时产生振动的同时发出噪声，严重破坏了驾乘的舒适性，同时让乘客对于乘坐环境产生反感直接影响到对于整车的质量评价。因此说，必须严肃面对汽车变速器的振动与噪声的问题。变速器的振动与噪声得到有效控制的话，那么整个汽车的档次会提升很多。因此，汽车变速器振动与噪声的在线监测问题也得到了汽车行业的高度重视。
本文主旨是汽车变速器振动与噪声在线监测系统的设计，重在理论研究，得到实际的监测系统方案，设计监测系统。全面分析产生的理论因素，总结各信号的特征，最后设计出在线监测平台。通过对本文的研究，旨在说明汽车变速器振动与噪声在线监测系统水平的提高，在丰富实践经验的同时，也加强了理论知识的学习，希望可以在汽车变速器振动与噪声在线监测系统的设计中起到一定的帮助作用。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
近看我国这几年在汽车振动与噪声这方面的研究，也是做了无数的试验的。例如，张培昌在对水泥球磨机上用隔音材料包裹发现，外部测到的噪声减少了30dB。在2010年，北京大学的应怀樵教授对变速器吸收动态激励方面做了无数次的研究表明了变速器是如何产生激励，这是人们对于这方面的研究的有一个显著的成果。2013年,上海车辆工程研究中心的林江发现齿轮的制造误差对汽车的传动也有一定的影响。他用数字仿真技术计算了齿轮的振动，并给出了综合误差的演算方法[3]。2014年,江苏大学的周长江教授在齿轮的外齿轮上搭建了虚拟的摩擦模型，推算出测试点的摩擦系数对齿轮的振动与噪声的干扰，并且对控制振动噪声又做了更深的研究。
1.2.2 国外研究现状
在国外,变速器振动与噪声的探索开始地很早,更是在后来因为降噪的明文法规颁布，在汽车振动与噪声方面又有了近一步的提高。李卡多试验室用在大车上采取屏障和隔音器的测试证明，把带有吸收声音材料的屏障贴层贴在发动机的表面上，这样可以完全的屏蔽4dB的噪声。在2011年,Penon.J.david采取了半分解法对齿面的接触问题进行了探索。HamoHoujoh将轴承作为弹性体做了测试,并在此基础上具体分析了齿轮啮合时的刚度和阻尼。2013年,L.Vedmor将模态解析与齿轮啮合巧妙的结合，通过轮齿和轴承的变量来推算出刚度。因此,模态解析与公式计算相联系,理论己经一步步完整。2015年,FU-Jun Wanga和Li-Ping Wang推算出齿轮的外作用压力，对振动监测有很大的实际意义[2]。
同时，像宝马、奔驰、丰田等生产厂家均有特定的试验室用来做关于变速器的噪声振动的探究。他们不止对自己厂家的汽 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
车的振动噪声做出改良，还用来做变速器的探究研制。国外汽车工业开始的早，他们的变速器振动与噪声的控制研究和检测的技术也值得我国学习和借鉴。
1.2.3 国内外研究不足方面
虽然对汽车变速器振动与噪声的研究成果也越来越显著，但就现在汽车产业发展的趋势，还有很大一部分的提升空间。变速器的振动与噪声问题并没有得到完美的解决，在线监测系统也存在很多因素的限制，这些问题都需要不断的探索，不断的完善。
1.3 本文要研究的内容
本文主要针对汽车变速器振动与噪声在线监测系统设计展开研究，主要的研究内容是：
（1）阐明振动、噪声的评价指标；理论分析汽车变速器产生振动与噪声的主要机理；并总结各个情况的信号特征。
（2）设计变速器振动与噪声的测试方案。
（3）结合测试方案，发开测试平台。
如图1-1是汽车变速器振动与噪声测试系统框图
图1-1 汽车变速器振动与噪声测试系统框图
2 汽车变速器产生振动与噪声的机理分析及振动噪声评估
2.1 变速器振动与噪声的评价指标
2.1.1 振动的评价指标
现代汽车技术性能要求中，在振动加速度幅值（ Hz）影响方面有三个限度（暴露时间在1min到24h之间）是：
１） 减少的舒适限度；
２） 因疲劳减少的熟练限度；
３） 暴露限度（对于健康和安全）。
有关安全、特性和舒适性的限度指导有：
1）测量加速度有效值的加权公式
2.2 汽车变速器产生振动与噪声的主要机理
2.2.1 齿轮振动噪声产生机理
在变速器运转时，齿轮上受到力的作用使得齿轮发生振动噪声。
对于受径向载荷的大型滚动轴承，当转速较低时，滚动体受的离心力小，不受载的滚动体下落，碰撞保持架和内滚道，制造噪声。保持架转动时的噪声，基本上来自保持架的振动，这多数是与保持架的制造精度有关。当轴承承受力矩时，更能出现保持架噪声。另外，滚动体与滚道之间的摩擦、轴承安装后与轴承座产生的共振，也都是产生噪声的声源。但是当轴承由于下面原因受到损伤后会出现极大的振动与噪声:
1 绪论5
1.1 选题背景及意义5
1.2 国内外研究现状6
1.3 主要研究内容7
2 汽车变速器产生振动与噪声的机理分析及振动噪声评估7
2.1 变速器振动与噪声的评价指标7
2.2 汽车变速器振动与噪声产生的机理分析9
2.3 变速器常见的振动与噪声信号特征13
3 变速器振动与噪声测试与方案设计15
3.1 监测点确定15
3.2 振动与噪声测试方案16
4 在线监测系统设计17
4.1 硬件部分17
4.2 系统软件设计18
5 振动与噪声的控制措施22
总结24
致谢25
参考文献26
1 绪论
随着我国汽车行业的迅速发展，汽车需求数量和档次的要求的不断提升，对
汽车专业人员，特别是对汽车检测和汽车维修的人员的需求量日益剧增。本文对汽车变速器振动与噪声在线监测系统设计，主要思路是先表述这个论题的背景、意义和国内外研究现状，然后对汽车变速器振动与噪声的产生机理和主要信号特征进行研究，最后在前面的理论基础上设计出振动与噪声的测试方案，并且设计出在线监测平台。
1.1 选题背景及意义
随着社会的发展，汽车已经逐渐地进入到家家户户的日常生活中。汽车行业在国民经济占了很重的比例，也就是说汽车技术在一定意义上代表了科学技术的发展程度。21世纪以来，纵观世界，很多工业发展快的国家都十分地重视汽车行业的发展，它已经跻身为很多国家的国民经济的支柱。自从1886年世界上第一台汽车问世以来，汽车的发展速度突飞猛进。 1956年,我国生 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
产的首辆汽车—-“解放”从长春第一汽车厂诞生，中国的汽车业从那时起才真的开始,打开了中国汽车业的源头。改革开放后，我国的汽车行业发展越来越步入高速的轨道，汽车已经逐渐的发展成为我国重要的经济来源。在2008年，我国汽车销售量位居世界前列，从此各国都将汽车业的核心转移到了中国[1]。虽然我国的汽车产业成长很快，但是对比于发展的速度，更值得重视的是汽车监测领域方面的提高。汽车的性能和安全性能的监测是最重要的一项工作，在监测的时候发现不足并及时做出修正，这对汽车很好发展有很大的意义。
变速器在整车中起到很重要的作用，变速器的工作状态直接影响到汽车的效能。如果汽车变速器存在振动与噪声问题，那么直接反映了汽车的质量和档次高低。变速器运转时产生振动的同时发出噪声，严重破坏了驾乘的舒适性，同时让乘客对于乘坐环境产生反感直接影响到对于整车的质量评价。因此说，必须严肃面对汽车变速器的振动与噪声的问题。变速器的振动与噪声得到有效控制的话，那么整个汽车的档次会提升很多。因此，汽车变速器振动与噪声的在线监测问题也得到了汽车行业的高度重视。
本文主旨是汽车变速器振动与噪声在线监测系统的设计，重在理论研究，得到实际的监测系统方案，设计监测系统。全面分析产生的理论因素，总结各信号的特征，最后设计出在线监测平台。通过对本文的研究，旨在说明汽车变速器振动与噪声在线监测系统水平的提高，在丰富实践经验的同时，也加强了理论知识的学习，希望可以在汽车变速器振动与噪声在线监测系统的设计中起到一定的帮助作用。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
近看我国这几年在汽车振动与噪声这方面的研究，也是做了无数的试验的。例如，张培昌在对水泥球磨机上用隔音材料包裹发现，外部测到的噪声减少了30dB。在2010年，北京大学的应怀樵教授对变速器吸收动态激励方面做了无数次的研究表明了变速器是如何产生激励，这是人们对于这方面的研究的有一个显著的成果。2013年,上海车辆工程研究中心的林江发现齿轮的制造误差对汽车的传动也有一定的影响。他用数字仿真技术计算了齿轮的振动，并给出了综合误差的演算方法[3]。2014年,江苏大学的周长江教授在齿轮的外齿轮上搭建了虚拟的摩擦模型，推算出测试点的摩擦系数对齿轮的振动与噪声的干扰，并且对控制振动噪声又做了更深的研究。
1.2.2 国外研究现状
在国外,变速器振动与噪声的探索开始地很早,更是在后来因为降噪的明文法规颁布，在汽车振动与噪声方面又有了近一步的提高。李卡多试验室用在大车上采取屏障和隔音器的测试证明，把带有吸收声音材料的屏障贴层贴在发动机的表面上，这样可以完全的屏蔽4dB的噪声。在2011年,Penon.J.david采取了半分解法对齿面的接触问题进行了探索。HamoHoujoh将轴承作为弹性体做了测试,并在此基础上具体分析了齿轮啮合时的刚度和阻尼。2013年,L.Vedmor将模态解析与齿轮啮合巧妙的结合，通过轮齿和轴承的变量来推算出刚度。因此,模态解析与公式计算相联系,理论己经一步步完整。2015年,FU-Jun Wanga和Li-Ping Wang推算出齿轮的外作用压力，对振动监测有很大的实际意义[2]。
同时，像宝马、奔驰、丰田等生产厂家均有特定的试验室用来做关于变速器的噪声振动的探究。他们不止对自己厂家的汽 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
车的振动噪声做出改良，还用来做变速器的探究研制。国外汽车工业开始的早，他们的变速器振动与噪声的控制研究和检测的技术也值得我国学习和借鉴。
1.2.3 国内外研究不足方面
虽然对汽车变速器振动与噪声的研究成果也越来越显著，但就现在汽车产业发展的趋势，还有很大一部分的提升空间。变速器的振动与噪声问题并没有得到完美的解决，在线监测系统也存在很多因素的限制，这些问题都需要不断的探索，不断的完善。
1.3 本文要研究的内容
本文主要针对汽车变速器振动与噪声在线监测系统设计展开研究，主要的研究内容是：
（1）阐明振动、噪声的评价指标；理论分析汽车变速器产生振动与噪声的主要机理；并总结各个情况的信号特征。
（2）设计变速器振动与噪声的测试方案。
（3）结合测试方案，发开测试平台。
如图1-1是汽车变速器振动与噪声测试系统框图
图1-1 汽车变速器振动与噪声测试系统框图
2 汽车变速器产生振动与噪声的机理分析及振动噪声评估
2.1 变速器振动与噪声的评价指标
2.1.1 振动的评价指标
现代汽车技术性能要求中，在振动加速度幅值（ Hz）影响方面有三个限度（暴露时间在1min到24h之间）是：
１） 减少的舒适限度；
２） 因疲劳减少的熟练限度；
３） 暴露限度（对于健康和安全）。
有关安全、特性和舒适性的限度指导有：
1）测量加速度有效值的加权公式
2.2 汽车变速器产生振动与噪声的主要机理
2.2.1 齿轮振动噪声产生机理
在变速器运转时，齿轮上受到力的作用使得齿轮发生振动噪声。
对于受径向载荷的大型滚动轴承，当转速较低时，滚动体受的离心力小，不受载的滚动体下落，碰撞保持架和内滚道，制造噪声。保持架转动时的噪声，基本上来自保持架的振动，这多数是与保持架的制造精度有关。当轴承承受力矩时，更能出现保持架噪声。另外，滚动体与滚道之间的摩擦、轴承安装后与轴承座产生的共振，也都是产生噪声的声源。但是当轴承由于下面原因受到损伤后会出现极大的振动与噪声:
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