【分　 类】 机械与建筑工程
【关 键 词】 扭振信号；加速度信号；测试方法；故障特征
【来 　源】 互联网
【收　 录】 中文学术期刊网

正文：
摘要：本文在总结前人关于发动机故障的研究方法和频谱分析校正方法的基础上，采用扭振信号和加速度信号进行了发动机的故障特征分析。并通过采用能量重心法对发动机扭振信号和加速度信号校正后的对比分析，得出了采用扭振信号分析发动机的振动故障是更加快捷有效的。
关键词：扭振信号；加速度信号；测试方法；故障特征
中图分类号：TK45+8　　　　　文献标识码：A
 
汽车发动机是汽车的动力源，其运行状态的好坏，将直接影响汽车的性能和寿命，因此对发动机进行状态检测和故障诊断，对于发动机工作在最佳运行状态，提高其维修质量和工作效率具有非常重要的意义。本文主要对如何利用发动机曲轴扭振信号和缸体表面振动加速度信号进行故障诊断进行试验研究，在运用离散频谱校正方法来提高分析精度的基础上，分析对比了扭振信号和加速度信号在发动机振动故障检测上的方便性和有效性。

1. 发动机故障诊断方法

1.1 利用机体表面振动信号诊断
发动机的振动信号的激励力可以分为：由燃烧产生的直接激励力和由发动机机械工作产生的间接激励力。某些引起振动的间接力，与某种非线性方式和直接激励力相关，如活塞敲击、轴承冲击产生的激励力等。另外，由于发动机结构布置和设计关系，发动机存在不平衡力、力偶或力矩，就多了一类激励力。即使整机得到平衡，从发动机局部讲，也存在不平衡的激励力。同时惯性力出现在曲轴不同部位，形成内力矩，并通过曲轴使曲轴箱变形。因此，发动机振动信号中包含有其工作过程及其零部件工作状态的丰富信息，能反映转速对汽缸压力的影响、活塞的敲击状态、正时齿轮工作的状态、工作零件间的冲击、喷油系统状态及配气系统工作状态等。发动机在正常运转条件下，传感器所接收到的振动信号一般是周期性和平滑的，并且高频分量的能量较低，而非正常的故障信号则会附加上冲击力或随机力，这时高频分量的能量就较高。所以，利用振动信号进行发动机状态监测和故障诊断，具有诊断范围广，信号容易获得，便于在线监测等优点^[1-4]。
1.2 利用扭振信号诊断
发动机是“天生”的扭振装置，曲轴的弹性和作用于轴系的周期性复谐扭矩使发动机扭转振动成为必然^[5]。扭转振动是发动机等旋转机械轴系的一种特殊的振动形式，它本质上是由于轴系并非绝对刚体，存在弹性，因而在以平均转速进行旋转的过程中，各弹性部件间会因各种原因而产生不同大小、不同相位的瞬时速度的起伏，形成沿旋转方向的来回扭动，就是旋转轴在旋转过程中沿旋转方向扭转角的来回摆动^[6]。
故障诊断中应用最广泛的振动加速度信号，由于传递途径复杂、干扰源多等不利因素，从中提取故障特征的难度很大。而扭振的传播方式简单，不易受到其他振源以及复杂多界面反射现象的干扰，所以信噪比高，易于获得故障信息。另外，一般机械系统轴系振动的激励过程，边界条件以及参数分布(转动惯量、扭转刚度和阻尼)等比箱体、机座振动简单，所以信号形式与故障现象之间的关系更加直接，更容易获取故障信息。
发动机的工作周期性使作用于曲轴轴系的扭矩成为一周期性的复谐扭矩。对一个四冲程发动机进行单曲拐转矩谐量分析，令单曲拐转矩为：
                                                                                                   (1)
式中表示平均扭矩，只引起曲轴的静扭转变形，不起激振作用；表示第阶分量的幅值，是扭振的激励源。由于四冲程发动机的工作周期为曲轴旋转两转，因此曲轴的扭振激励信号是阶分量的叠加。根据谐波信号的响应特性可知，扭振信号可以看作是基频(1/2转频)及其高倍频谐波成分的叠加：
                                                                                                                   (2)
其中和分别表示扭振信号各阶分量的幅值和相位，。
随着传感器技术、电子技术的发展，扭振测量技术从机械惯性式扭振测量法、非接触式模拟测量法发展到基于PC的数字化非接触式测量法，测量方法日趋简单，测量精度越来越高^[6-7]。

2. 试验台架和测试分析设备
   1.  试验系统总体构成

 

图1 发动机实验台架与测试分析系统框图

试验主要采集发动机分别在正常工作和发生故障时的曲轴扭振信号和缸体表面的振动加速度信号。整个试验系统由普联FC2000发动机测控系统、电涡流测功机、雅绅特汽油机组成，测试分析系统由EPC260型光电编码器、PCB三向ICP加速度传感器、

 1/5    1 2 3 4 5 下一页 尾页