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摘 要 本文通过实际中使用德尔塔分析仪对变速器疲劳寿命试验中早期故障进行分析诊断的一个案列，介绍一种变速器疲劳寿命试验早期故障分析诊断的方法，同时说明早期故障分析诊断在疲劳寿命试验过程中的意义。
关键词 德尔塔分析仪;振动;谐波;序值;故障分析诊断
1 引言
德国莱尔浩福公司旗下的产品—德尔塔分析仪在变速器疲劳寿命试验早期故障分析诊断中运用比较广泛。它基于对试件的实时频谱分析，利用数理统计方法，在定工况或变工况的动态耐久性试验中，对试件振动谱中信号成份的当前分布特性和其初始的分布特性进行在线，实时，连续的比较，通过比较结果的差异提供故障开始发生，或加剧的信息。
2 故障分析案列
以下针对一个16挡手动变速器在整个疲劳寿命试验过程中通过德尔塔分析仪采集的振动信号，进行早期故障分析诊断。
2.1 确定故障发生时的挡位及时间
根据以往经验，设定该变速器各挡位的报警阀值为800（由于该值为经验值，故在试验过程中应该重点关注振动趋势指数曲线的变化，而不是仅仅关注报警时的曲线）。图1为1、2和3挡疲劳寿命试验振动趋势指数曲线，从图中可以看出，在疲劳寿命试验过程中，德尔塔分析仪第一次报警时间发生第三循环3挡试验过程中，并且曲线有明显剧变，说明在此时变速器可能發生了故障;而在第三循环1挡和2挡的振动趋势指数曲线几乎没有变化，说明在该循环的这两个挡位试验过程中可能未发生任何故障，即故障发生的起始时间可能就在第三循环3挡。
图2为3挡疲劳寿命试验振动趋势指数曲线，从图中可以看出，曲线起始变化时间到报警时间之间间隔17分钟，说明故障不是瞬间发生的，是一个渐变过程。
2.2 确定故障发生部位
图3为基于变速器机械结构的3挡疲劳寿命试验能量传递图，其中1-GJ代表前副箱传动齿轮，Z-GJ代表中间轴传动齿轮，2-G2代表主箱二轴上3挡齿轮，Z-G2代表中间轴3挡齿轮，GFS-GG代表副箱驱动齿轮，Z-GG代表副箱中间轴驱动齿轮，Z-GD代表副箱中间轴轴齿，FS-GD代表副箱减速齿轮。
同步化输入轴转速（即不管输入轴的转速是多少，都假设其特征频率为1）后，通过德尔塔分析仪自带的软件“Rhf Order Calculator”计算出3挡疲劳寿命试验过程传递路线上各个齿轮及轴的特征频率和谐波对应的序值如表1所示：
图4为3挡疲劳寿命试验第三循环过程中的瀑布图，其中X轴表示试件序值，Y轴表示振幅的变化大小，Z轴表示时间。瀑布图中随时间新出现的、振幅连续的变化，通常表示故障始发或加剧时，振动谱线中信号成分分布特性的变化。
从图4中的瀑布图可以看出，随着试验的进行，连续出现新的间隔为0.37的序值信号分布，基于表1的序值，0.37对应的是3挡疲劳寿命试验时的副箱中间轴，由此可知，故障始发或加剧造成了副箱中间轴的不平衡机械旋转，从而导致分布特性的变化，这表明故障部位与副箱中间轴相关。
图5为3挡疲劳寿命试验报警时刻的振动序谱放大图（采样时间为2014年3月11日，7：31：25 PM），其中X表示序值，Y轴表示振幅，上方的红色曲线是德尔塔分析仪在“实时监控阶段”采样到的变速器当前振动谱，而下方的黄色曲线是德尔塔分析仪在“实时监控阶段”采样到的变速器当前振动谱与德尔分析仪在“自学习阶段”同样工况下生成的上下容限之间比较形成的变化谱。
从图5可以看出，在报警时刻，变化谱上出现了连续的间隔为0.37的序值信号，而且该信号是序值为4.75和9.625的零件对应的边频信号。基于表1的序值，4.75和9.625分别是副箱中间轴轴齿的1次谐波和2次谐波对应的序值（由于受采样频率的影响，实际采样的振动序值有0.125的偏差），而0.37对应的是副箱中间轴的序值。由此可以得出，故障发生部位在副箱中间轴轴齿上。
2.3 故障分析总结
综合2.1和2.2可以得出，该变速器在疲劳寿命试验过程中，在第三循环3挡运行至2014年3月11日下午7：14时，开始有故障出现，故障发生部位在副箱中间轴轴齿，并且随着试验的继续运行，故障逐渐加剧。
试验停止后拆检发现，副箱中间轴轴齿一个齿断裂，与其相邻的一个齿出现严重点蚀，见图6，与分析结果基本一致。
3 早期故障分析诊断在疲劳寿命试验过程中的意义
早期识别试件机械结构的变化;
同样的工况下，若试件机械结构出现变化，其振动信号频谱就会随之出现变化，变化值的绝对值之和形成的振动趋势指数曲线也会同时上升，从而被试验人员识别。
保护试件和试验台架不被完全损坏;
故障发生后，振动趋势指数曲线会明显上升，若报警值设置合适，可及时切断试验台运行，终止试验，从而保护试件和台架。
缩短产品开发研制周期;
借助于及时切断试验运行，产品测试工程师有最好的机会去发现故障产生原因，从而为设计人员提供有用信息，为其下一个开发步骤提供依据，从而缩短产品研制周期。
提高试验台的利用率;
借助于振动信号变化，及时切断试验台，可有效提高试验台的利用率。
降低试验成本。
如果能早期及时的发现故障，确定故障部位，分析故障原因，并更换发生故障的元件，试件就有可能更快的通过试验要求，从而降低试验成本。
参考文献：
[1] REILHOFER KG（Germany），德尔塔分析仪（delta-ANALYSER）手册.2013.
关键词 德尔塔分析仪;振动;谐波;序值;故障分析诊断
1 引言
德国莱尔浩福公司旗下的产品—德尔塔分析仪在变速器疲劳寿命试验早期故障分析诊断中运用比较广泛。它基于对试件的实时频谱分析，利用数理统计方法，在定工况或变工况的动态耐久性试验中，对试件振动谱中信号成份的当前分布特性和其初始的分布特性进行在线，实时，连续的比较，通过比较结果的差异提供故障开始发生，或加剧的信息。
2 故障分析案列
以下针对一个16挡手动变速器在整个疲劳寿命试验过程中通过德尔塔分析仪采集的振动信号，进行早期故障分析诊断。
2.1 确定故障发生时的挡位及时间
根据以往经验，设定该变速器各挡位的报警阀值为800（由于该值为经验值，故在试验过程中应该重点关注振动趋势指数曲线的变化，而不是仅仅关注报警时的曲线）。图1为1、2和3挡疲劳寿命试验振动趋势指数曲线，从图中可以看出，在疲劳寿命试验过程中，德尔塔分析仪第一次报警时间发生第三循环3挡试验过程中，并且曲线有明显剧变，说明在此时变速器可能發生了故障;而在第三循环1挡和2挡的振动趋势指数曲线几乎没有变化，说明在该循环的这两个挡位试验过程中可能未发生任何故障，即故障发生的起始时间可能就在第三循环3挡。
图2为3挡疲劳寿命试验振动趋势指数曲线，从图中可以看出，曲线起始变化时间到报警时间之间间隔17分钟，说明故障不是瞬间发生的，是一个渐变过程。
2.2 确定故障发生部位
图3为基于变速器机械结构的3挡疲劳寿命试验能量传递图，其中1-GJ代表前副箱传动齿轮，Z-GJ代表中间轴传动齿轮，2-G2代表主箱二轴上3挡齿轮，Z-G2代表中间轴3挡齿轮，GFS-GG代表副箱驱动齿轮，Z-GG代表副箱中间轴驱动齿轮，Z-GD代表副箱中间轴轴齿，FS-GD代表副箱减速齿轮。
同步化输入轴转速（即不管输入轴的转速是多少，都假设其特征频率为1）后，通过德尔塔分析仪自带的软件“Rhf Order Calculator”计算出3挡疲劳寿命试验过程传递路线上各个齿轮及轴的特征频率和谐波对应的序值如表1所示：
图4为3挡疲劳寿命试验第三循环过程中的瀑布图，其中X轴表示试件序值，Y轴表示振幅的变化大小，Z轴表示时间。瀑布图中随时间新出现的、振幅连续的变化，通常表示故障始发或加剧时，振动谱线中信号成分分布特性的变化。
从图4中的瀑布图可以看出，随着试验的进行，连续出现新的间隔为0.37的序值信号分布，基于表1的序值，0.37对应的是3挡疲劳寿命试验时的副箱中间轴，由此可知，故障始发或加剧造成了副箱中间轴的不平衡机械旋转，从而导致分布特性的变化，这表明故障部位与副箱中间轴相关。
图5为3挡疲劳寿命试验报警时刻的振动序谱放大图（采样时间为2014年3月11日，7：31：25 PM），其中X表示序值，Y轴表示振幅，上方的红色曲线是德尔塔分析仪在“实时监控阶段”采样到的变速器当前振动谱，而下方的黄色曲线是德尔塔分析仪在“实时监控阶段”采样到的变速器当前振动谱与德尔分析仪在“自学习阶段”同样工况下生成的上下容限之间比较形成的变化谱。
从图5可以看出，在报警时刻，变化谱上出现了连续的间隔为0.37的序值信号，而且该信号是序值为4.75和9.625的零件对应的边频信号。基于表1的序值，4.75和9.625分别是副箱中间轴轴齿的1次谐波和2次谐波对应的序值（由于受采样频率的影响，实际采样的振动序值有0.125的偏差），而0.37对应的是副箱中间轴的序值。由此可以得出，故障发生部位在副箱中间轴轴齿上。
2.3 故障分析总结
综合2.1和2.2可以得出，该变速器在疲劳寿命试验过程中，在第三循环3挡运行至2014年3月11日下午7：14时，开始有故障出现，故障发生部位在副箱中间轴轴齿，并且随着试验的继续运行，故障逐渐加剧。
试验停止后拆检发现，副箱中间轴轴齿一个齿断裂，与其相邻的一个齿出现严重点蚀，见图6，与分析结果基本一致。
3 早期故障分析诊断在疲劳寿命试验过程中的意义
早期识别试件机械结构的变化;
同样的工况下，若试件机械结构出现变化，其振动信号频谱就会随之出现变化，变化值的绝对值之和形成的振动趋势指数曲线也会同时上升，从而被试验人员识别。
保护试件和试验台架不被完全损坏;
故障发生后，振动趋势指数曲线会明显上升，若报警值设置合适，可及时切断试验台运行，终止试验，从而保护试件和台架。
缩短产品开发研制周期;
借助于及时切断试验运行，产品测试工程师有最好的机会去发现故障产生原因，从而为设计人员提供有用信息，为其下一个开发步骤提供依据，从而缩短产品研制周期。
提高试验台的利用率;
借助于振动信号变化，及时切断试验台，可有效提高试验台的利用率。
降低试验成本。
如果能早期及时的发现故障，确定故障部位，分析故障原因，并更换发生故障的元件，试件就有可能更快的通过试验要求，从而降低试验成本。
参考文献：
[1] REILHOFER KG（Germany），德尔塔分析仪（delta-ANALYSER）手册.2013.