CN1950687A - 结构调谐基于振动的组件检验***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构调谐、基于振动的组件检验***，用于在组件安装到总成之前检测总成中组件的异常。该组件检验***在一个速度下运转被测组件，该速度不同于组件在总成中正常使用时运转的速度，而且负载也不相同。为了弥补速度和负载的这种差异，对组件检验***进行结构调谐，以使在组件检验***运转的模态频率及速度与总成运转的模态频率及速度之间存在一定关系。

Description

结构调谐基于振动的组件检验***及方法

技术领域

本发明涉及一种结构调谐、基于振动的组件检验***及方法，用于在组件安装到总成之前检测总成中组件的异常。

背景技术

随着对宁静驾车的日益强调，车辆动力***的噪音、振动及声振粗糙度(NVH)水平已被认为是说明车辆整体噪音水平的重要指标。例如，齿轮噪音可以是造成难以接受的变速箱NVH水平的主要因素，继而，后者又促成难以接受的车辆NVH水平。为了应付这些问题，已开发了多种齿轮测量和检验***，用于在齿轮装配到变速箱并装配到车辆之前鉴定并排除可产生噪音的齿轮。

目前实践中也包括在变速箱制造工厂安放测试台，用以在变速箱装配完成之后检验NVH水平。还使用了变速箱的计算机辅助模拟、甚至整车动力学。这用对一定数量制造和装配好的变速箱进行车辆路面测试来补充。尽管这些变速箱装配后测试程序可以减少安装到车辆中的噪音变速箱的数量，但是用生产线终点的测试台或通过路面测试检测难以接受的NVH水平成本高且浪费。因此，就有了在机加工部门装配之前检测齿轮缺陷的不同的测定/检验策略。目前在生产区域的现场测定装置具有有限的检测性能，往往不能检出会导致难以接受的车辆NVH水平的细微齿轮异常。

现有的机加工部门的齿轮测定***测量齿轮的空间维度特征和轮齿的表面形状。但是它们无法在齿轮用于变速箱总成之前对其进行基于功能性的NVH检验。此外，还有少数其他类型的测定***，包括变速箱误差(TE)测试仪和测量振动特性的测试仪。它们也都具有有限的性能。这些***的局限性之一是它们的结构动态响应与全部装配完成的变速箱***的结构响应不以任何方式相关。因此，它们无法检测出会在装配好的变速箱内产生噪音的微米级的细微异常。在这样的***中，构件通常会刚性很强，导致响应齿轮缺陷的低激励水平。因此，通过减少齿轮检验结构的振动，检验结构不再象装配完成的总成，测试结果可能不能表示出所测试的组件在安装后会有怎样的表现。

因此，存在一种在组件装配至总成之前可以对总成中组件的细微异常进行检测的组件检验***及方法的需要。

发明内容

因此，本发明提供一种组件检验***及方法，可以在组件装配至总成之前检测总成中组件的细微异常。

本发明还提供一种在组件装配至总成之前检测总成中组件异常的方法。该组件可以在总成中以一种或多种速度运动。该方法包括构成一种组件检验***，其在一种或多种预定速度下运转组件。检验***包括至少一个检验***传感器。从一种或多种预定速度中选择确定检验***中组件的运转速度。确定检验***中组件的至少一个异常频率；其为检验***中组件运转速度的函数。让检验***的至少一部分具有至少一个在预定的检验***频率范围内的模态频率。预定的检验***频率范围包括该至少一个检验***中组件的异常频率。让检验***的至少一部分具有能使检验***中组件甄别力处于预定的基于总成中组件甄别力的范围内的模态特性。对检验***中组件的甄别力是指，利用具有至少一处异常的组件时的检验***振幅响应与利用实质上没有异常的组件时的检验***振幅响应之间的差别。利用该至少一个检验***传感器确定模态特性和检验***的振幅响应。组件在检验***中运转，当组件在检验***中运转时测量检验***的响应参数值。这有助于检测组件中的异常。

本发明还提供一种在选定齿轮安装到变速箱之前检测用于车辆变速箱选定齿轮的异常的方法。该方法包括利用变速箱壳体上的至少一个传感器确定变速箱的至少一个模态频率。确定作为选定齿轮的齿数和选定齿轮在变速箱内转速的函数的变速箱齿轮啮合频率。确定变速箱齿轮啮合频率是否处于预定的变速箱频率范围内。预定的变速箱频率范围包括该至少一个变速箱模态频率。对应于变速箱的该至少一个模态频率的变速箱齿轮啮合频率的位置也被确定。进一步确定变速箱齿轮啮合频率的至少一个谐波频率是否在预定的变速箱频率范围内。对应于变速箱的该至少一个模态频率的变速箱齿轮啮合频率的该至少一个谐波频率的位置也被确定。变速箱壳体上的该至少一个传感器用于确定变速箱的一个第一振幅响应，该变速箱包括一个具有至少一处异常的齿轮。变速箱壳体上的至少一个传感器用于确定变速箱的一个第二振幅响应，该变速箱包括一个实质上没有异常的齿轮。确定用于变速箱内选定齿轮的甄别力；甄别力是指第一和第二振幅响应之间的差别。构成包括至少一个检验***传感器的齿轮检验***。该检验***可以在一种或多种预定速度下转动选定齿轮。从一种或多种预定速度中选择确定选定齿轮在检验***中的转动速度。选定齿轮在检验***中的转动速度与用于确定变速箱齿轮啮合频率时所用的速度不同。确定作为选定齿轮的齿数和选定齿轮在检验***内的转速的函数的检验***齿轮啮合频率。确定检验***齿轮啮合频率的至少一个谐波频率。让检验***的至少一部分具有至少一个在预定的检验***频率范围内的模态频率。预定的检验***频率范围包括检验***齿轮啮合频率和检验***齿轮啮合频率的该至少一个谐波频率。让检验***的至少一部分具有能使检验***中选定齿轮的甄别力处于预定的基于变速箱中组件甄别力的范围内的模态特性。对检验***中选定齿轮的甄别力是指，在使用具有至少一处异常的齿轮时的检验***振幅响应与使用实质上没有异常的齿轮时的检验***振幅响应之间的差别。利用该至少一个检验***传感器确定检验***的模态特性和振幅响应。在检验***中转动选定齿轮，当选定齿轮在检验***中转动时测量检验***的响应参数值。这有助于检测选定齿轮中的异常。

本发明还提供一种结构调谐基于振动的检验***，用于在组件安装到总成之前检测总成中运动组件的异常。该总成具有模态频率，该组件具有至少一个总成异常频率，其为组件在总成中运转速度的函数，在此运转速度下组件的异常可被检测出来。该至少一个总成异常频率处于预定总成频率范围内。检验***包括一个第一致动器，可操作地在一种或多种预定速度下运转组件。该组件具有至少一个检验***异常频率，其为组件在检验***中运转速度的函数。该至少一个检验***异常频率与该至少一个总成异常频率不同。在第一致动器运转组件时有一个结构支承该组件。让该结构使得检验***至少一部分具有至少一个处于预定的检验***频率范围之内的模态频率。预定的检验***频率范围包括该至少一个检验***异常频率。当第一致动器运转组件时，一个传感器测量检验***的响应参数值。

附图说明

图1为按照本发明的组件检验***的平面图；

图2A及2B为变速箱及图1所示的检验***分别由组件异常所结构性激励的运转对比示意图；

图3为按照本发明的方法的流程图；

图4为装配了所有组件的车辆变速箱壳体的结构波形图；

图5为组件检验***，例如图1所示的组件检验***的结构波形图；

图6A及6B为来自结构调谐组件检验***，例如图1所示的组件检验***的跨时测量的振动加速度值图；以及

图7A及7B为将图6A及6B转换为频域后的图。

具体实施方式

图1表示按照本发明的组件检验***，具体地说，是齿轮检验***10。如以下详述，检验***10是一种结构调谐、基于振动的检验***，其用于在齿轮12装配到总成，例如车辆变速箱之前检测选定组件，本实施例中为齿轮12的异常。检验***10包括一个第一致动器，在本实施例中为电动机14，其可操作地在一种或多种预定速度下转动齿轮12。电动机14转动带轮16，然后带动皮带18，其将带轮16的转动传送至第二带轮20。检验***10还包括一个圆柱形结构21，其包括一个具有转动组件的轴22和用以支承齿轮12的可张开的筒夹。具体地说，轴22和横杆23沿齿轮12的转动轴对其进行支承。带轮20转动轴22的一部分，从而转动齿轮12。一个第二组件，或主齿轮24，其结构为与齿轮12匹配，并被电动机14转动的齿轮12所驱动。主齿轮24固定在第二轴26上。轴26固定在导向装置28上，导向装置自身固定在精密导轨30上，其只有一个可以在图1中看到。导向装置28、导轨30及轴22、26全部位于基座31上。检验***10搁在橡胶隔离垫32上，以排除来自其它来源发射的振动。通过移动导轨30上的导向装置28，能使齿轮12和主齿轮24之间的接触量和接触类型发生变化。例如，如果将导向装置28向轴22充分移近，齿轮12和主齿轮24就会双啮接触，即一个齿轮上的一个轮齿同时接触另一个齿轮上相邻的轮齿。这样，一个齿轮上的一个轮齿同时以两个齿面与另一个齿轮的轮齿接触。将导向装置28移开轴22会使齿轮12、24单啮接触。而且，调整导向装置28靠近或远离轴22提供了一种设置两个齿轮12、24之间侧隙-即间隔-的手段。如以下详述，检验齿轮12时需要提供一个精确的侧隙。可调式限制器33控制主齿轮24与齿轮12的啮合在预设的间隔或侧隙量下进行检查。在啮合位置，导向装置28的位置被锁定，以使侧隙在整个测试运转期间保持恒定。

在电动机14运转齿轮12时，为了向齿轮12提供扭矩负载，提供一个第二致动器，或直流伺服电动机34。当然，也可以利用其他类型的致动器，例如，磁粉致动器、液压马达或任何制动机构。电动机34向驱动轮35释放动力学扭矩负载，随后通过皮带38向第二从动轮36施加扭矩。带轮36连接在轴26上主齿轮24的下方，从而给予主齿轮24一个扭矩负载。因此，主齿轮24与齿轮12及电动机34配合，使电动机34通过主齿轮24以单啮向齿轮12施加适当的扭矩负载。这可以帮助模拟实际的运转条件，例如齿轮12在变速箱中以单啮在扭矩负载下运转。当被电动机14转动的齿轮12在某个时间段里在扭矩负载下驱动主齿轮24时，位于横杆21上的振动传感器40和位于主齿轮轴26壳体上的振动传感器41测量响应参数值，例如加速度，并将此信息输出到输出设备，例如计算机42。虽然在本实施例中，传感器40、41为加速度计，然而也可以利用其它类型的传感器。例如，声音传感器和麦克风可以用来测量声音，并将这些测定结果输出至计算机，例如计算机42。同样，也可以利用速率或位移传感器。传感器，例如传感器40、41必须具有足够的带宽以跨越感兴趣的所需频率范围测量参数。检验***10还包括一个触摸屏44，可以使操作者控制检验***10的各种组件，并在菜单和自动化模式下输入数据或其它响应参数。其它类型的操作界面也可以加以利用。

如上所述，检验***10是结构调谐的，用于检测例如齿轮12的组件异常。“结构调谐”就意味着检验***10的具体结构具有至少一个落在预定频率范围内的模态频率。如下讨论，检验***10的预定频率范围，可以用测试齿轮的选定转速和该齿轮的异常频率来确定。检验***10所选的模态频率通常与齿轮12或其它测试组件要装入的变速箱或其它总成的模态频率不同。这是因为齿轮12在检验***10中运转的速度远低于其在变速箱中运转的速度。这是为了使齿轮在检验***10中测试时不损害齿轮所必需的，其不同于实际的变速箱总成，是在无润滑状态下运转的。检验***10用于检测齿轮12中的异常。例如，刻痕、磨痕及齿顶倾斜情况都是例如齿轮12这样的齿轮会出现的异常。在齿轮安装到变速箱并运转之前，像这类异常，利用传统的测定***或基于振动的测试***往往难以检测出来。在变速箱安装到车辆之前，这类的异常未被检测出来时，它们就会在车辆行驶时产生令人不快的噪音和振动。此外，如果装配之后，在生产线终端测试台上的已装配变速箱中检测出齿轮异常，就会由于浪费劳动和废弃大量组件而造成代价重大的损失。

为了检测这些类型及其它会导致车辆令人不快的NVH特性的齿轮异常，检验***10有基于结构调谐的检测异常的能力，其与生产线终端测试台上装配完成的变速箱异常具有相关关系。图2A及2B示意性说明了这个主要概念。图2B表示由总成，例如变速箱46中像齿轮12这样的齿轮所产生的激励力，其为齿轮速度(速度2)和轮齿表面形状的函数。变速箱46在扭矩负载(负载2)下运转，经受由于轮齿表面形状和齿轮异常而引起的结构激励。然后测量变速箱响应，具体地说，是测量变速箱的振动。图2A表示检验***，例如测试***10，其以一种方式与轮齿异常在结构上发生反应，该方式与变速箱46的反应方式相关。在检验***10中，激励力为齿轮速度(速度1)和轮齿表面形状的函数。可以将扭矩负载施加到齿轮检验***(负载1)，并测量检验***10的振动响应。如图2A及2B所示，被分析齿轮的转速在检验***10中(速度1)与在装配完成的变速箱中的(速度2)不同。而且，在两种情况中所施加的扭矩负载也不同。但是，轮齿表面形状是相同的。因此，检验***10未被设定为与装配完成的变速箱46的模态频率及响应特性相同。而是考虑到两种结构之间运转速度的差异，将其设定为具有能提供与变速箱46的振动响应相似的振动响应的模态频率及响应特性。

图3为说明本发明的一种方法的流程图48。首先应注意，虽然流程图48中的步骤按顺序进行说明，然而两个或更多的步骤可以同时，或者以不同于图3中的顺序进行。在步骤50中，确定总成，例如变速箱46的基频和其它跨越感兴趣的范围的模态频率。感兴趣的范围为预定的变速箱频率范围，其至少部分基于已知的变速箱运转条件进行选择。当然，如果只对单一的模态频率感兴趣，其它的模态频率就不需要确定了。因为待测组件，例如齿轮12，在测试时尚未被安装到变速箱中，所以步骤50可以包括确定一种变速箱的模态频率，其利用的齿轮与齿轮12的设计及类型相同、并且加工和制造的方式与齿轮12都相同。在此方法中，齿轮检验***10和变速箱中所遇到的齿轮异常的类型及范围类似。

可以通过任何能有效给出所需结果的方法确定变速箱，例如变速箱46的基频和其它模态频率。举例来说，振动传感器，例如加速度计可以安放在变速箱的壳体上，其位置与生产线终端测试仪所用振动传感器所在位置相同。这样的传感器可以与检验***10所用的类型相同；而且，如果方便的话，甚至可以从检验***10取下传感器40、41中的一个，用在变速箱上。传感器连接到数据采集输出端，例如计算机。然后以测量锤敲击变速箱，测量锤自身内含一个力传感器，用以测量冲击力。变速箱的振动响应数据可以采用本领域公知的快速傅立叶变换进行转换，并在频域中作图，例如图4所示。图4所示曲线图表示被测变速箱的某些结构波形，包括大约为1760赫兹(Hz)的基频。

除了确定总成，例如变速箱46的基频和其它模态频率之外，还要确定在总成中运转的组件的至少一个异常频率-见图3中步骤52。为了方便起见，该频率也可以被称为总成异常频率，然而应该理解，其为在总成中运转的组件的异常频率。当被分析的总成是车辆变速箱时，一个感兴趣的异常频率可能会是齿轮啮合频率，或“变速箱”齿轮啮合频率。修饰词“变速箱”表示其为齿轮在装配完成的变速箱中运转时的齿轮啮合频率。对于其它总成来说，可以利用不同的异常频率。

一般来说，异常频率为组件在总成中运转时，组件异常可被检出时的运转频率。举例来说，对于车辆变速箱，例如变速箱46的情况，众所周知，当齿轮在装配完成的变速箱中运转时，组件齿轮的轮齿异常可以导致令人不快的噪音和振动。在分析其它总成或分总成时-如发动机中的凸轮轴-异常频率可能不是齿轮啮合频率，而更可能是分析组件中会导致总成中令人不快的噪音和振动的异常时的一些其它频率。因此，本发明实质上可用于任何具有运动组件及已知频率的总成，在上述频率时组件中的异常会导致令人不快的噪音和振动。

对于变速箱46中的齿轮12来说，确定的异常频率为变速箱齿轮啮合频率，其为齿轮12的齿数和变速箱46中齿轮12的转速的函数。例如，如果齿轮12有57个轮齿，并且其以875转每分钟(RPM)的速度在变速箱46中转动，那么变速箱齿轮啮合频率(T-GMF)可以很容易地由下式计算出来：T-GMF＝(875RPM)×(57)/(60秒/分)。因此，对前例来说，变速箱齿轮啮合频率为831.25Hz。然后可以将变速箱齿轮啮合频率与变速箱46的基频和其它模态频率相比较，如图4所示。图4还表示了变速箱46的预定频率范围(范围1)。变速箱的预定频率范围包括了如图4所示的模态频率。

再回过头来参照图3，在步骤54中，确定并定位对应于完全装配完成的变速箱的模态频率位置的变速箱齿轮啮合频率的谐波频率-即变速箱齿轮啮合频率的整数倍。应该注意的是，变速箱齿轮啮合频率或其谐波是否与任何变速箱模态频率接近，例如，在20％之内。如上讨论，变速箱齿轮啮合频率为831.25Hz；将此值与图4中曲线图比较，可以发现，变速箱齿轮啮合频率831.25Hz不在预定频率范围内的任何变速箱模态频率的20％之内。

然后计算变速箱齿轮啮合频率的其它谐波频率，确定它们之中的一个或多个是否接近预定频率范围内的任何变速箱模态频率。一个简单的计算显示变速箱齿轮啮合频率的第二谐波频率为：(831.25Hz)×2＝1662.5Hz，因此，变速箱齿轮啮合频率的第一谐波频率在变速箱第一结构模态频率的20％之内。这里值得注意的是，除20％区段以外其它误差也可以用于确定异常频率何时就算接近总成的模态频率。例如，仅作为少数示例进行说明，基于经验数据或其它方法，误差频率范围可以选用模态频率的百分数，如+/-10％，+/-5％。

在图3所示步骤56中，总成的振幅响应利用总成中不合格和可接受的两种组件进行测量。例如，对变速箱46来说，当变速箱46包含一个至少一处有已知异常的齿轮时测量一次振幅响应，当变速箱46包含一个实质上没有异常-即没有会导致齿轮具有令人不快的NVH特性的异常-的齿轮时再测一次。测量振幅响应与确定变速箱46的模态频率所用的传感器相同。然后通过比较两个振幅响应，确定对变速箱内齿轮12的甄别力。例如，甄别力可以通过采用两振幅响应的差异来确定甄别力，或者其可以为比率。该甄别力用于帮助调整检验***10。在步骤58中，选择检验***运转的目标速度范围，对于检验***10来说，其速度要高于传统的用于振动传感的低速齿轮检验***。很多因素可以用于确定所需运转速度，例如，测试全程中齿轮12是否润滑。检验***10设定为在无润滑条件下转动齿轮12，因此，必须在比其安装到变速箱内时的转动慢很多的速度下转动齿轮12。一旦选定了检验***10中齿轮12的转速，并且已知齿轮12的齿数，就可以确定检验***的异常频率或检验***的齿轮啮合频率-见步骤60。与总成的异常频率一样，检验***的异常频率应该理解为组件的异常频率，在此例中，为在检验***中运转的组件的异常频率。于是就可以确定检验***的齿轮啮合频率的不同谐波，见图3中步骤62。像变速箱齿轮啮合频率一样，检验***的异常频率是齿轮12的齿数和齿轮12的转速的函数。如果检验***10设定为在120RPM下转动齿轮12，检验***齿轮啮合频率已计算出为114Hz，那么检验***齿轮啮合频率的第一谐波频率为228Hz。因为变速箱齿轮啮合频率的第一谐波频率(1662.5Hz)处于变速箱46的基频的20％之内，所以检验***齿轮啮合频率的第一谐波(228Hz)在齿轮检验***的结构调谐中很重要。

在图3所示步骤64中，检验***10被设计成在测试条件下运转齿轮12。而且，在步骤66中，齿轮检验***的结构组件的结构为对齿轮异常有最佳响应。例如，检验***10的至少一部分具有至少一个检验***10预定频率范围内的模态频率。检验***的预定频率范围包括检验***齿轮啮合频率及其谐波-至少第一谐波，因为变速箱齿轮啮合频率的第一谐波处于变速箱模态频率的20％之内。当然，对于其它组件，可以关注不同的异常频率和/或不同异常频率的谐波。通过使其至少一部分具有能使检验***10的甄别力处于基于变速箱46的甄别力的预定范围内的模态特性-例如模态频率和振幅-来对检验***10调谐。例如，如果利用不合格和可接受的齿轮的变速箱46的甄别力为3∶1，那么检验***10的甄别力的预定范围可以是2.5∶1到3.5∶1。当然，可以选择不同的预定范围值，范围要求越严格，检验***调谐得越接近总成。检验***10的甄别力-不合格和可接受齿轮的相对振幅响应-可以利用与确定检验***模态频率所用的相同传感器来确定。在获得所需的模态特性前，检验***10可能需要许多次反复才能调谐适当。一旦获得了检验***10所需的模态特性，设计/设定完成，检验***10就预备好用于组件，例如齿轮12。

与图4所示的变速箱46的结构波形图相似，检验***10的结构波形可以利用如上所述的撞击锤和传感器来确定。图5表示检验***，例如检验***10的结构波形。模态频率跨越检验***的模态频率范围(范围2)作图。在设计阶段，可以利用结构分析技术，例如所属技术领域公知的有限元方法估算检验***的模态频率。为了调整检验***10的基频，或结构调谐检验***10，可以修改或个别调谐检验***10的各种组件。例如，轴22可以根据需要制造得更长或更短。为了增加检验***10的质量，可以在主齿轮24的顶部放置惯性盘。同样地，齿轮检验***10的其它组件，例如轴26，可以根据需要制造得更大或更小。虽然检验***10包含许多不同的组件，检验***10的基频或其它模态频率可能仅被齿轮检验***10的一部分所影响-例如基座31上方的那些组件，特别是用于被测齿轮和主齿轮的两个轴22、26的轴壳和转动组件。

在图3所示步骤68中，电动机14接着转动齿轮12，传感器40、41测量齿轮检验***10的振动-见步骤70。图6A表示由传感器，例如齿轮检验***10上的传感器40所测的数据图。纵坐标为测得的加速度的幅度，以重力(G′s)为单位。如图6A所示，加速度值跨时间测量。图6A所示的数据从具有已知齿轮外形异常的齿轮，例如齿轮12的运转中收集。为了对比，图6B表示类似的测得的主齿轮轴，例如轴26的振动加速度的输出。为了增加运转具有和不具异常的齿轮时的时域甄别力，可以将图6A及6B中所示的时域图变换为频域图，例如图7A及图7B。这种变换可以通过采用快速傅立叶变换(FFT)或者其它所属技术领域公知的数学算法完成。在频域中，可以鉴定齿轮异常频率-即齿轮啮合频率及其谐波，并记录齿轮检验***运转无异常齿轮和有缺陷齿轮时的水平。如前所述，检验***的结构被调谐成在齿轮异常频率下运转具有和不具异常的齿轮时产生良好分辨或放大。因此，将直接测定所得的时域输出变换成频域可鉴定缘于异常频率的激励，并提供可接受和不合格齿轮之间在这些频率下的更大的甄别力，其有助于进一步检测齿轮异常。

实践中，在运转了待测齿轮后，可以将来自检验***10数字化记录的振动输出与单个的预定振幅值或以样板形式提供的值对比。这种样板可以置于例如图6和图7所示的输出图的上方。另外，为了提供好组件与坏组件之间的更好的甄别力，可以修正齿轮检验***10的各种参数。例如，在匹配齿轮12和24处于检验***10中的情况下，可以调整导向装置28以改变匹配齿轮12、24之间的侧隙。依检验***10的具体设置，某些侧隙值可以提供有异常和那些不具异常的齿轮之间更好的甄别力。这类数据可以利用具有已知特性的齿轮来凭经验收集。

一般来说，图3所示的方法可以用于对不同类型的转动及滑动组件在其用到总成中之前进行基于功能性的检验。另例如，凸轮轴是发动机中的一个重要组件，凸轮轴上的颤动擦痕是一个涉及消费者满意度的主要NVH。凸轮轴颤振缘于凸轮轴表面粗糙度(起伏)，在发动机中作为令人不快的噪音可以被听到。虽然凸轮轴已经经过磨削和抛光，并在各种空间维度测定装置中检验，但是在发动机中凸轮轴的颤振噪音问题仍然存在。虽然按照制造规范，在工厂中实施的表面完成测量***会测量颤振，然而所测凸轮轴颤动擦痕因为其结构特性在发动机中可能不会被激励。因此，仍然难于在凸轮轴被装配到发动机中并在其中运行所产生的NVH水平方面，区分可接受和不合格凸轮轴。本发明的一种方法，类似于上述关于变速箱和齿轮的描述，可以用于检验可能会在装配完成的发动机中导致不期望的NVH水平的凸轮轴的颤动擦痕。

实施本发明的最佳方式已详细阐述如上，但是本发明所属技术领域的技术人员会得出实现如权利要求所定义的本发明的不同设计及具体实施方式。

Claims (21)

1.一种在组件安装到总成之前检测总成组件异常的方法，该组件可以在总成中以一种或多种速度运动，该方法包含：

构成包括至少一个检验***传感器、可以在一种或多种预定速度下运转组件的组件检验***；

确定检验***中的组件运转速度，其从一种或多种预定速度中选出；

确定检验***中组件的至少一个异常频率，该检验***中组件的至少一个异常频率为检验***中组件的运转速度的函数；

使检验***的至少一部分具有至少一个在预定的检验***频率范围内的模态频率，该预定的检验***频率范围包括该至少一个检验***中组件的异常频率；

使检验***的至少一部分具有能使检验***中组件的甄别力处于预定的基于总成中组件甄别力的预定范围内的模态特性，通过对比利用具有至少一处异常的组件的检验***振幅响应和利用实质上没有异常的组件的检验***振幅响应确定检验***中组件甄别力，利用该至少一个检验***传感器确定模态特性和检验***的振幅响应；

在检验***中运转组件；以及

当组件在检验***中运转时测量检验***的响应参数值，从而有助于检测组件中的异常。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是还包含：

利用至少一个总成传感器确定总成的至少一个模态频率；

确定总成中组件的至少一个异常频率，总成中组件的该至少一个异常频率为组件在总成中运转时至少一个异常可被检测时的组件速度的函数；

确定总成中组件的至少一个异常频率是否处于总成的预定频率范围内，总成的预定频率范围包括总成的至少一个模态频率；以及

确定对应于总成的至少一个模态频率的至少一个异常频率的位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是还包含：

利用该至少一个总成传感器确定总成的第一振幅响应，该总成包括一个具有至少一处异常的组件。

利用该至少一个总成传感器确定总成的第二振幅响应，该总成包括一个实质上没有异常的组件。

其中，确定总成内组件的甄别力包括对比总成的第一和第二振幅响应。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是还包含将至少一个测得的响应参数值和预定值对比，从而有助于检测组件中的异常。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是检验***的响应参数为振动，振动值利用该至少一个检验***传感器测量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是测量振动值包括测量加速度、速率、位移及声学特性中的至少一个，测量时覆盖的带宽包括预定的检验***频率范围。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征是还包含：

将测得值中的至少某些从时域变换为频域；以及

将至少一个变换值与预定值比较，从而有助于检测组件中的异常。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征是还包含使检验***中的组件与匹配组件啮合，检验***中的啮合与总成中的组件与匹配组件的啮合相符。

9.一种在用于车辆变速箱的选定齿轮安装到变速箱之前检测选定齿轮中的异常的方法，该方法包含：

利用变速箱壳体上的至少一个传感器确定变速箱的至少一个模态频率；

确定作为选定齿轮的齿数和选定齿轮在变速箱内转速的函数的变速箱齿轮啮合频率；

确定变速箱齿轮啮合频率是否在预定的变速箱频率范围内，该预定的变速箱频率范围包括该至少一个变速箱模态频率；

确定对应于该至少一个变速箱模态频率的变速箱齿轮啮合频率的位置；

确定变速箱齿轮啮合频率的至少一个谐波频率是否在预定的变速箱频率范围内；

确定对应于该至少一个变速箱模态频率的变速箱齿轮啮合频率的该至少一个谐波频率的位置；

利用变速箱壳体上的该至少一个传感器确定变速箱的一个第一振幅响应，该变速箱包括一个具有至少一处异常的齿轮；

利用变速箱壳体上的该至少一个传感器确定变速箱的一个第二振幅响应，该变速箱包括一个实质上没有异常的齿轮；

通过对比第一和第二振幅响应确定变速箱内选定齿轮的甄别力；

设定包括至少一个检验***传感器的齿轮检验***，使其可以在一种或多种预定速度下转动选定齿轮；

确定选定齿轮在检验***中的转动速度，其从一种或多种预定速度中选出；

确定作为选定齿轮的齿数和选定齿轮在检验***内转速的函数的检验***齿轮啮合频率；

确定检验***齿轮啮合频率的至少一个谐波频率；

使检验***的至少一部分具有至少一个在预定的检验***频率范围内的模态频率，该预定的检验***频率范围包括检验***齿轮啮合频率和检验***齿轮啮合频率的该至少一个谐波频率；

进一步使检验***的至少一部分具有能使检验***中选定齿轮的甄别力处于预定的基于变速箱中组件甄别力的范围内的模态特性，通过比较利用具有至少一处异常的齿轮的检验***的振幅响应和利用实质上没有异常的齿轮的检验***的振幅响应，确定检验***中选定齿轮的甄别力，利用该至少一个检验***传感器确定模态特性和检验***的振幅响应；

在检验***中转动选定齿轮；以及

当选定齿轮在检验***中转动时测量检验***的响应参数值，从而有助于检测选定齿轮中的异常。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征是还包含当选定齿轮在检验***中转动时对选定齿轮施加扭矩负载。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征是还包含使检验***有一个匹配齿轮与选定齿轮匹配，其中扭矩负载通过匹配齿轮施加给选定齿轮。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征是选定齿轮和匹配齿轮单啮接触相互啮合。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征是选定齿轮驱动匹配齿轮，选定齿轮的转动速度小于用于确定变速箱齿轮啮合频率时的速度。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征是该响应参数为振动，所测值为通过该至少一个检验***传感器跨时测量所得的检验***的至少一部分的加速度值。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征是还包含：

将测得值中的至少某些从时域变换为频域；以及

将至少一个变换值与预定值比较，从而有助于检测选定齿轮中的异常。

16.一种结构调谐基于振动的检验***，用于在组件安装到总成之前检测总成中运动组件的异常，该总成具有模态频率，该组件具有至少一个总成异常频率，其为组件在总成中运转速度的函数，在该速度下组件的异常可被检测出来，该至少一个总成异常频率处于预定的总成频率范围内，该检验***包括：

一个第一致动器，可操作地在一种或多种预定速度下运转组件，该组件具有至少一个检验***异常频率，其为组件在检验***中运转速度的函数，该至少一个检验***异常频率与该至少一个总成异常频率不同；

一个用于在第一致动器运转组件时支承组件的结构，将该结构设定为使检验***的至少一部分具有至少一个在预定的检验***频率范围内的模态频率，该预定的检验***频率范围包括该至少一个检验***异常频率；以及

一个用于在第一致动器运转组件时测量检验***响应参数值的传感器。

17.根据权利要求16所述的检验***，其特征是还包含一个第二致动器，其可操作地在第一致动器运转组件时向组件施加负载。

18.根据权利要求17所述的检验***，其特征是还包含一个第二组件，其设定为与第二致动器及组件配合，其中第二致动器通过第二组件向组件施加负载。

19.根据权利要求18所述的检验***，其特征是该组件为车辆变速箱齿轮，第一致动器可操作地转动变速箱齿轮，第二致动器可操作地通过与该变速箱齿轮接触的匹配齿轮向变速箱齿轮施加扭矩负载。

20.根据权利要求19所述的检验***，其特征是变速箱齿轮和匹配齿轮单啮接触相互啮合。

21.根据权利要求16所述的检验***，其特征是该响应参数为振动，传感器测量检验***的至少一部分的加速度值，从而有助于检测选定组件中的异常。

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