我国汽车行业进步飞速，部分产品已达到或接近国际先进水平，但仍有相当大一部分汽车的齿轮与变速箱产品在振动噪声与疲劳寿命等方面与国际先进水平差距明显。

　　随着汽车行业电动化、轻量化、智能化的方向发对汽车的设计生产加工制造提出了更高的要求，所以在汽车研发制造过程中测试工作是不可或缺的。

测试对象-汽车发动机　　　　　　　　　　　测试对象-汽车变速箱　　　　　　　　　　　测试对象-汽车底盘车桥

　　小编今天为大家介绍的正是由我院测试装备与技术研究所（简称“测试装备所”）研发的旋转类零部件故障监测系统。旋转类零部件故障监测系统基于被测件的结构振动信号，主要采用实时在线阶次分析法，实现自学习生成界限值，故障发生时能够提供及时有效的报警。让我们一起来了解下这个打破外国技术垄断的产品吧~

【科技研发】

　　随着市场上用户要求提升和相关法规政策的越来越严格，对汽车研发、生产制造提出了越来越高的要求，尤其对汽车发动机、变速箱、车桥等动力总成传动系统的效率、经济性、耐久性等要求更加严苛。为了满足以上要求就需要对产品设计和材料进行不断的优化，找到最优的实现方案，对生产制造工艺和管理进行严格的把控。这个过程中会出现大量的零部件不满足设计要求和失效问题，就需要在设计过程中除了仿真之外对零部件进行大量的试验测试，记录试验的全部数据，提供及时有效的失效报警，对设计进行严格验证；在生产制造过程中对产品进行实时在线检测，剔除不合格品，避免问题件流出。而常规的靠人员的经验主观判断和测试台架自身的报警机制显然不能满足需求。

　　首先简单给大家介绍下几个基本概念。

Q:什么是结构振动信号？

A:我们知道发动机、变速箱、车桥等零部件旋转时由于被激励会产生振动，当振动通过壳体辐射经空气向外传递时我们就听到了噪声；而在发动机、变速箱、车桥等零部件的内部同样有振动，在齿轮、轴、轴承与客体等结构中传递，这就是结构振动。

Q:什么是阶次分析？

A:我们知道频率是指某件事物每单位时间发生的次数，单位通常用单位Hz表示。而阶次则是指某件事物每个单位循环（转、往复循环）发生的次数，它与频率的关系如下：

　　其中f为频率，r为转速(rpm)，n为阶次。

　　例如：轴旋转一圈产生一次振动，其阶次为1阶；在这根轴上如果有一个7叶的风扇，轴转一圈风扇的每个叶片都受到空气阻力的作用，所风扇的阶次为7阶；缸4冲程发动机每转两圈4个缸都燃烧做工，所以4缸4冲程发动机的燃烧阶次是2阶。

　　测试装备所基于核心测试技术，立足研究解决齿轮与变速箱产品在振动噪声与疲劳寿命、早期失效监测等方面的早期发现问题，持续开展了大量研究工作。目前，该团队研发的旋转类零部件故障监测系统产品能够实现对早期故障的精准报警。

　　旋转类零部件故障监测系统可作为测试台架的配套产品，那么我们再给大家科普一下什么是测试台架！

　　针对汽车变速箱、发动机等传动部件的测试台架，主要用于产品研发阶段的设计试验验证，作为设计辅助及时对设计进行修正，以寻求最优的设计。

　　旋转类零部件故障监测系统正是汽车测试的重要组成部分。汽车的电动化使得电动机逐步取代内燃机成为新的动力源，而电动化正在朝着高速化的方向发展。电动机的高速化和汽车的轻量化会对汽车的设计生产加工制造提出一系列更高的要求。例如，对高速轴的动平衡精度要求越来越高；高速化和轻量化造成的因系统模态问题导致的共振问题；高速下对齿轮和轴承的寿命带来更大挑战等。故研发实时在线测试诊断设备满足汽车研发制造过程中的测试工作需求具有重要意义。

【科技创新】

　　产品基于振动信号阶次谱和功率谱分析实现齿轴系的运行状态监测和早期故障诊断。通过振动信号监测采集，针对现有算法进行改进并引入最优算法对阶次及功率谱进行分析，通过计算推测出问题发生位置，从而来实现对早期故障的精准定位和产生原因分析。

　　下面我们一起来探究产品的强大功能与优势~

01系统功能结构

主要功能包括：实时阶次分析；功率谱分析；包络解调分析；速度频率谱图分析；振动指标自学习；振动变化和趋势分析；振动报警输出；模型分析指导；模型数据指标存储；测试数据存储回放；模态分析测试。

02产品配置

　　显示：15.6“ 1080P Full HD；

　　CPU：Intel i5 6300U 2.4GHz；

　　RAM：8GB DDR3-1600；

　　硬盘：500G；

　　采样率：AIO整体200KHz；

　　　　　　DIO单通道40MHz。

03产品特点

监测标准：产品采用振动信号（RMS）与振动阶次谱能量指标作为评价标准，同时具有趋势谱分析已提供停机报警标准。

标准学习：通过使用若干样品进行标准自学习，在测试同时亦可点击”学习“按钮进行标准修正。标准使用拉依达准则，即3倍标准差。

分析手段：

　　阶次谱包络分析 - 发现问题并定位问题产生原因

　　强度图（瀑布图）- 从宏观上确定问题严重程度

04产品优势

　　目前国外多家公司研发出的相关产品都定位比较单一，要么只是针对早期失效和下线检测，要么只是针对模态分析。我们研发的此系统是一款功能丰富集成度高、高度模块化的实时在线监测系统。产品具有如下优势：:

1、便携式设计，携带方便；

2、配置方便灵活，支持多应用场景；

3、分析精度高，有专业的故障分析数据库，能够精准识别故障；

4、功能强大，能够支持发动机、变速箱、车桥、电机以及三合一动力总成。

【应用价值】

　　目前在机械传动领域，齿轴系故障的早期检测可有效预防由于传动机构缺陷造成的问题，对优化系统性能，延长使用寿命有重要作用。同时汽车行业在不断提高强劲动力的基础上，车辆不断轻量化、新能源动力的引入、日新月异的电子设计等，使汽车研发机构面临着新一轮的挑战。在未来，尤其是动力总成方面（发动机、变速箱、车桥和驱动轮），汽车生产商不得不面向市场需求，采用新的材质和制造工艺。新设计的产品必须在开发阶段反复进行各项试验以保证产品的性能符合预期，而故障的早期发现能避免样机损坏，有效缩短发动机、变速箱以及整车研发的测试时间和成本，为汽车行业的快速发展带来强有力的推进作用。

　　对汽车测试诊断设备市场生产投入及产出相关数据预测如下：

　　当前齿轴系的故障早期检测技术掌握在国外几家企业手中，并不对外开放，国内目前对此方面的研究较少，急需打破国外技术垄断。目前，新能源汽车及高速传动领域发展迅猛，汽车企业及研究机构对早期故障诊断监测需求巨大，因此我们先进的技术和优质的产品服务将为您提供更强大的市场竞争力。

测试装备与技术研究所

　　测试装备所是清华天津高端院的下设科研机构，主要从事以齿轮传动系统为主的先进测试技术研究、测试装备研发，对外测试服务（合作）和对外工程咨询服务。测试装备所集合了机、电等各专业的技术人才，充分利用清华天津高端院的平台优势和发挥以往技术团队的技术优势，短短时间承接了各大项目，积累了丰富的项目经验，尤其是高精度减速机试验台方面的项目经验。

技术对接、业务洽谈

联系人：朱会娟

移动电话：13662143140

邮箱：zhuhj@tsinghua-tj.org

来源|测试装备与技术研究所

编辑|王肖

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