汽車的振動測試技術(shù)

1、汽車的振動測試技術(shù)前言狹義地說，振動測試在于通過傳感器、放大儀器以及顯示或記錄儀表，測量運動機械或工程結(jié)構(gòu)在外界激勵（包括環(huán)境激勵）或運行工況中其重要部位的位移、速度、加速度等運動量，從而了解機械或結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。廣義地說，通過運動量的測量，我們希望了解機械或結(jié)構(gòu)的動特性，如固有頻率、固有振型、阻尼以及動剛度等特性參數(shù)，為機械或工程結(jié)構(gòu)的動力設(shè)計服務(wù)。無論是生產(chǎn)機械、運輸機械或工程結(jié)構(gòu)，均日益高速、高效、高精度和大型化發(fā)展。在許多情況下，限制其振動效應(yīng)或提高其抗振性能成為設(shè)計成功與否的關(guān)鍵。在這種情況下，振動測試和設(shè)計計算是相輔相成的兩種手段。在設(shè)計過程中，往往要通過模型試驗或?qū)σ延邢嘟O(shè)備的

2、試驗來考驗計算方法的可靠性或改進計算方法。某些參數(shù)，只能通過試驗來提供。運動機械在運行中必然會產(chǎn)生振動。即使是那些我們視為不運動的工程結(jié)構(gòu)，在環(huán)境激勵的影響下，也會產(chǎn)生振動。振動現(xiàn)象對產(chǎn)品的主要影響：結(jié)構(gòu)性損壞（包括組成產(chǎn)品的各構(gòu)件產(chǎn)生變形、彎曲裂紋、斷裂以及疲勞損壞等），工作性能失靈（指在振動的影響下，系統(tǒng)造成不穩(wěn)定性能越差，有些系統(tǒng)甚至不能工作），工藝性能破壞（這種破壞一般指產(chǎn)品的連接件松動，焊點脫焊，螺釘松動，印刷板插腳接觸不良等）。無論那種破壞都將導(dǎo)致產(chǎn)品的工作不穩(wěn)定，甚至損壞。為了提高產(chǎn)品的可靠性，需要通過振動試驗來暴露產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，改進產(chǎn)品設(shè)計，使產(chǎn)品在運行、使用過程中不出或者少

3、出故障。這是振動試驗的最終目的。目前在實驗室中進行振動試驗的形式最常用的是正弦振動和隨機振動試驗。振動信號可以反映機械的運行狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的損傷。運行監(jiān)測和故障診斷已逐漸成為由振動理論、振動測試和信號分析相結(jié)合而生成出來的一門重要的學(xué)科。其中，振動測試分析起著關(guān)鍵的作用。振動測試重要性：許多情況下，機械振動會造成危害。它影響精密儀器設(shè)備的功能；降低加工零件的精度和表面質(zhì)量；加劇構(gòu)件的疲勞破壞和磨損，導(dǎo)致構(gòu)件損壞造成事故。但也利用振動來作有益的事情，如鐘表、清洗、超聲振動切削等。振動問題在生產(chǎn)實踐中一直占有相當(dāng)重要的地位。因此必須對機械振動進行觀測、分析、研究，而測試始終是一個重要的、必不可少的手段

4、。振動測試的分類：對正在工作的對象進行振動測量和分析。其目的是評定對象振動強度，結(jié)構(gòu)的動載及動變形，尋找振源及其傳遞路徑，監(jiān)測設(shè)備狀況。給對象施加激勵，使其產(chǎn)生振動，再作測試。其目的是測定對象的動態(tài)特性或評定抗振能力，如伺服控制頻率掃描裝置。振動量的一個重要特征是周期性，故常需對其作各種頻域分析。此外，許多振動測試方法都以相關(guān)的振動理論為依據(jù)。從這兩點來看，振動測試比其它機械量測試要復(fù)雜，所涉及的知識面較廣泛。振動測試分析涉及信號描述方法和數(shù)字處理方法等，許多儀器的分析功能也是為振動（或動態(tài)過程）測試而設(shè)計的。汽車供應(yīng)商們采用先進的振動測試技術(shù)來保證汽車在行駛中的安靜和平穩(wěn)。汽車上的零件和組裝

5、件必須經(jīng)受振動可控測試技術(shù)的檢驗。 汽車的振動及振動測試技術(shù)：汽車在行駛時始終處于振動狀態(tài)，由于路面不平，車速和運動方向的改變，發(fā)動機工作激勵以及車輪、傳動系統(tǒng)不平衡質(zhì)量，產(chǎn)生整車和局部的強烈振動。這些振動嚴重影響汽車的平順性、操縱穩(wěn)定性等性能。汽車振動研究的傳統(tǒng)方法主要是利用經(jīng)典力學(xué)，將整車簡化成3個集中質(zhì)量子系統(tǒng)：簧載質(zhì)量（車身、發(fā)動機），前非簧載質(zhì)量（前懸架、前軸、前輪總成），后前非簧載質(zhì)量（后懸架、后軸、后輪總成），并對輪胎、懸架的非線性特性以及內(nèi)外激勵進行不同程度的簡化描述。汽車在行駛過程中始終受到外力的作用，像路面高低不平的沖擊，側(cè)向風(fēng)的作用等；汽車本身的運動件像發(fā)動機、輪胎、傳動

6、軸等也產(chǎn)生力或力矩作用。所以汽車內(nèi)部從儀表板到桌椅，從安全氣囊傳感器到引擎注油泵，諸多零部件都要經(jīng)過精確振動模式和幅度的測試。在有些情況下，要用振動測試法驗證汽車的各種裝置在一般路面條件下會不會損壞。在另一些情況下，通過振動測試來識別機械發(fā)出的煩人的噪聲。在振動控制的工業(yè)中，開發(fā)成功的數(shù)字信號處理技術(shù)有可能在實驗室和生產(chǎn)線上制造成更加貼近真實的振動環(huán)境。今天，振動測試除了使用隨機波、正弦波和沖擊波的傳統(tǒng)方法，又增加了更加復(fù)雜的方法，比如隨機波上加正弦波和波形復(fù)制。正如名稱所示，隨機正弦波是把隨機振動與正弦波結(jié)合起來形成復(fù)雜的振動形式；波形復(fù)制振動模仿出真實的汽車振動環(huán)境。隨機正弦波振動把多個正

7、弦波與具有寬頻帶的噪聲結(jié)合在一起。正弦波振動可以是固定的或者是掃描式的諧波或非諧波振動，而且在整個頻帶內(nèi)的振動幅度是可變的。就模仿在路面變化行駛中的隨機振動的汽車來說，其引擎轉(zhuǎn)速增加或減少時，隨機正弦波振動是很好的測試方法。汽車內(nèi)部從儀表板到桌椅，從安全氣囊傳感器到引擎注油泵，諸多零部件都要經(jīng)過精確振動模式和幅度的測試。在有些情況下，要用振動測試法驗證汽車的各種裝置在一般路面條件下不會損壞。在另一些情況下，通過振動測試來識別機械發(fā)出的煩人的噪聲。在振動控制的工業(yè)中，開發(fā)成功的數(shù)字信號處理技術(shù)有可能在實驗室和生產(chǎn)線上制造成更加貼近真實的振動環(huán)境。今天，振動測試除了使用隨機波、正弦波和沖擊波的傳統(tǒng)

8、方法，又增加了更加復(fù)雜的方法，比如隨機波上加正弦波和波形復(fù)制。正如名稱所示，隨機正弦波是把隨機振動與正弦波結(jié)合起來形成復(fù)雜的振動形式；波形復(fù)制振動模仿出真實的汽車振動環(huán)境。隨機正弦波振動把多個正弦波與具有寬頻帶的噪聲結(jié)合在一起。正弦波振動可以是固定的或者是掃描式的諧波或非諧波振動，而且在整個頻帶內(nèi)的振動幅度是可變的。就模仿在路面變化行駛中的隨機振動的汽車來說，其引擎轉(zhuǎn)速增加或減少時，隨機正弦波振動是很好的測試方法。 實際應(yīng)用 采用隨機正弦波振動和波形復(fù)制方法對汽車進行測試，可真實地再現(xiàn)汽車行駛中的實際環(huán)境，用作設(shè)計驗證和質(zhì)量控制。儀表板許多汽車制造廠對儀表板組件進行振動測試以檢查其發(fā)出的咯吱聲

9、和卡嗒聲。這一項是新車購買者可能最不滿意的地方，在保證金中占很大份額。為了測試建造了專用振動臺，它不使用風(fēng)扇，為的是造成清靜的環(huán)境來驗證振動中的儀表板是否有咯吱聲和卡嗒聲。因為沒有通風(fēng)散熱，只能在溫升超過工作溫度時做短時間的振動測試，然后測試要暫停一會兒讓設(shè)備冷卻下來。除振動臺外，所有能發(fā)出噪聲的儀器設(shè)備，包括振動臺的控制器都應(yīng)放在測試室的列邊。遙控面板和顯示器要懸掛在測試裝置的上面，便于工作人員能聽見噪聲并控制測試過程。用于檢驗咯吱聲和卡嗒聲的振動模式，由隨機波、掃描正弦波和代表負荷的多段波形所構(gòu)成。其振動幅度要控制在汽車正常行駛中的額定實驗值內(nèi)。為了避免振動過于猛烈。要維修部件并做好緊固工

10、作。在振動測試中，操作人員起著關(guān)鍵性的作用，例如施加掃描式正弦波來重復(fù)加速引擎的振動模式，此時可能要加上幾次掃頻來發(fā)現(xiàn)異常的噪聲。由于咯吱聲和卡嗒聲難于發(fā)現(xiàn)起因，操作者必須停止對儀表板做下一步的操作，并且用于動方式來控制振動頻率和振幅，檢查產(chǎn)生噪音的真正原因。這樣才能找到產(chǎn)生噪聲的機理，許多設(shè)備生產(chǎn)廠也采用這種方法作為質(zhì)量控制的手段。檢測咯吱聲和卡嗒聲時，有時采用加溫與日光照射相結(jié)合的振動實驗。有些汽車公司安裝一種集成測試系統(tǒng)，在大的溫度控制室內(nèi)安裝有電動振動臺和太陽陣列，操作人員在中央控制中心調(diào)節(jié)溫度、振動模式和振幅以及陣列來探測噪聲。 汽車座椅已有多家汽車公司使用高新技術(shù)的振動測試設(shè)備檢驗

11、發(fā)出咯吱聲的座椅。把座椅安裝在電動液壓振動臺的俯仰板上。用動態(tài)信號分析儀自動檢查噪聲，得到1/3倍頻程頻譜。采用儀器監(jiān)視而非人工檢測，當(dāng)噪聲超過預(yù)設(shè)的電平時，才通知操作人員。由于汽車座椅更容易受到路面振動的影響，要對座椅和它的安全帶進行測試最好采用模仿路面技術(shù)。復(fù)制真實路面振動波形代替?zhèn)鹘y(tǒng)的振動方法，可取得更好的測試結(jié)果。路面仿真用振動臺重現(xiàn)紀錄的歷史情況。有時由4個或6個振動臺組成的裝置來重現(xiàn)汽車車輪同時振動的環(huán)境。使用最先進的信號處理技術(shù)和快速的數(shù)字信號處理器可精確模仿實際的振動環(huán)境。以前，即便是模仿一般路況的持續(xù)時間不足一小時，卻需要一天的計算時間。而今天，用一臺振動控制器便可無限期模仿

12、路面的歷史情況，也無需幾個小時或一天的脫機計算。甚至能同時使用幾個振動臺在幾個測試點上做模仿試驗。后視鏡后視鏡組合件的穩(wěn)定性測試可用振動臺模仿路面振動。用后視鏡反射光束的散射測量鏡子的振動，并查出令汽車買主討厭的振顫部件。由于反射光束被鏡子放大了兩倍，在驅(qū)動條件下鏡子有很小振動都能使后視鏡影像變得模糊。要在測試過程中找出引起后視鏡影像模糊的振動頻率，使用了可控加速度幅度的掃描正弦振動加在后視鏡上。用激光圖像系統(tǒng)來監(jiān)視鏡子的圖像，并在鏡子諧振時拍攝出現(xiàn)的圖像。激光圖像系統(tǒng)中的程序與振動控制系統(tǒng)通信，把振動頻率、振幅和其它有關(guān)參數(shù)（時間和日期）儲存起來。亦可用振動測試來鑒別后視鏡組件的自然振動頻率

13、的模范？性質(zhì)，用儀器錘子產(chǎn)生振動代替可控振動臺。汽車后視鏡生產(chǎn)廠家對后視鏡組件進行振動測試的過程是：用沖擊測試法鑒別鏡子的諧振頻率和由于引擎振動引發(fā)的潛在結(jié)構(gòu)缺陷；用動態(tài)信號分析儀測出產(chǎn)品對沖擊的反應(yīng)，測出產(chǎn)品的諧振頻率并與預(yù)先設(shè)置的頻譜相比較。這樣便可在制造期間自動檢驗產(chǎn)品的質(zhì)量。 注油泵注油泵承受著泵體組合件對路面和引擎的聯(lián)合振動環(huán)境。代表引擎振動的正弦波振動疊加在隨機振動的背境上，準確地模仿路面的振動的背境上，準確地模仿路面的振動狀況。再加上用幾個正弦波諧波來模仿引擎的振動就非常貼近真實情況。你聽到的由振動臺發(fā)出的噪聲，就等于聽到實際汽車在路上發(fā)出的聲響。為了模仿實際安裝在引擎上的注油泵，用振動臺上的夾具把注油泵固定后再進行振動測試。由于夾具本身也增加了檢測的復(fù)雜性，它的機械諧振為十字軸運動增加額外的幅度，因此要使用一種稱為開槽的技術(shù)來施加限制。最大允許的隨機和正弦振動的幅度取決于極限頻譜、每個正弦諧波的振幅和隨機振動附加的能譜密度。在測試期間，在十字軸方向上測得的加速度不允許超過極限頻譜。減少驅(qū)動信號的頻率便可避免達到這個極限