長途貨車后裝儀表設備機械穩(wěn)定性研究

寧秋平

（遼寧機電職業(yè)技術學院，遼寧 丹東 118009）

0 引 言

汽車后裝儀表設備一般是指車輛出廠后，用戶根據(jù)自己需求后期安裝的設備。目前在市場上買到的儀表設備，自配的用于固定的支架，一般僅考慮儀表固定問題，往往忽視減振系統(tǒng)的設計，更沒考慮特殊應用環(huán)境下的抗振措施。如長途貨車，行駛于不平、傾斜路面,在空載的情況下，以及受本身大功率的影響，都會產(chǎn)生劇烈的抖動[1]，導致后裝設備出現(xiàn)運行不平穩(wěn)或故障，這給后臺監(jiān)控帶來極大的影響。為解決這一問題,以長途貨車后裝GPS[2]終端和顯示器兩種設備為案例，從機械穩(wěn)定性角度進行分析和設計儀表的固定架，同時附加有隔振器機構，以改善后裝儀表所處的振動工作環(huán)境,降低儀表在振動過程所受的動態(tài)載荷，提升后裝設備的機械穩(wěn)定性,確保后裝設備能長期穩(wěn)定運行。

1 阻尼材料

外部環(huán)境振動量一般作為技術條件，不可能降低，所以要降低儀表所受的振動，只能對儀表進行隔振或改善其本身的振動特性。后裝儀表是成品設備，其振動特性已經(jīng)固定，因此通常采用隔振措施，即在儀表與載體之間增加彈性、阻尼環(huán)節(jié),使載體的振動在傳輸?shù)絻x表的過程中得到衰減。這種辦法在平臺隔振中應用得十分廣泛[3]。

橡膠是一種高分子聚合物材料,是最為典型的粘彈性材料,它有著良好的能量吸收特性。這類高聚物材料,它的應力變形行為是介于Hooke彈性體和New ton流體之間的粘彈性行為,在交變應力作用下,表現(xiàn)為形變的變化落后于應力變化的粘彈性特征[4-6]。

橡膠的“彈性后效”現(xiàn)象，即在加載了一定時間以后才會產(chǎn)生最終變形，同樣缷載一定時間以后才會恢復。加載后瞬時所確定的彈性模量稱為瞬態(tài)彈性模量。加載過程中橡膠變形穩(wěn)定一段時間后所確定的彈性模量稱為靜彈性模量。計算橡膠隔振器靜變位時應以靜態(tài)彈性模量作為依據(jù)。

橡膠的動態(tài)彈性模量在數(shù)值上明顯不同于靜態(tài)彈

式中：一般nd=2～2.5，nd稱為動態(tài)系數(shù)。

2 隔振器

2.1 隔振器機理

振動隔離（簡稱隔振）是振動控制中應用最廣的一項減振技術，即采用附加子系統(tǒng)將振源與需減振的對象隔離，以減小振源對隔振對象的影響。作為附加子系統(tǒng)的隔振裝置通常稱為隔振器，可由彈性元件、阻尼元件甚至慣性元件以及他們的組合組成。隔振是在兩個結構之間增加柔性環(huán)節(jié)，從而使一個結構傳至另一結構的力激振或運動激振得以降低的措施。減小力激振的傳遞，常稱為第一類隔振，簡稱為隔力；減小運動激振傳遞的措施，常稱為第二類隔振，簡稱為隔幅。安裝于運輸工具（如飛機、汽車）上的電子設備或精密儀器的振動隔離即屬于第二類隔振。圖1是第二類隔振系統(tǒng)力學模型。

圖1 第二類隔振力學模型

2.2 橡膠隔振器的設計

橡膠隔振器結構及參數(shù)，如圖2所示。

橡膠隔震器設計步驟如下：

1）分析振源；2）儀器設備受振干擾時的振幅應控制的范圍；3）計算被隔振設備的質量和慣性矩；性模量。由于動載荷往復交變，橡膠處于反復瞬時加載情況下，所以動態(tài)彈性模量往往大于靜態(tài)彈性模量。動態(tài)彈性模量Ed與靜態(tài)彈性模量Es之比為nd：4）計算隔振器固有平率、數(shù)目和布置形式；5）確定隔振器的阻尼；6）估算隔振器的振幅和隔振效率；7）對隔振器進行強度校核。

圖2 隔振器

若被隔振設備的總重量為W，整個系統(tǒng)要求的固有頻率為f，則可得到橡膠隔振器的具體參數(shù)及個數(shù)。

橡膠隔振器的外形為圓柱形，承壓面積為圓形，它的高和直徑宜控制在下列范圍：

式中：R為圓形直徑；H為圓柱高。橡膠塊的斷面積為：

式中：Kjs為每只隔振器的靜剛度。

圖3是針對后裝的GPS設備，設計的四點支承橡膠隔振器結構。當來自車體的振動作用于GPS設備時，產(chǎn)生的振動能量，會很好地被彈性材料所吸收,并轉化為熱能損耗掉,使振動能夠快速地衰減，保護儀表,減少器件損壞。

圖3 橡膠隔振器結構簡圖

3 G PS安裝座設計

GPS終端殼體的安裝座設計的結構，見圖4。橡膠隔振器與基座的裝配圖，見圖5。

圖4 G PS安裝座結構圖

圖5 橡膠隔振器與基座安簡圖

圖6是整體裝配圖，GPS終端殼體上蓋有壓板，通過螺紋槍聯(lián)將其固定于GPS的安裝座上，螺紋連接處涂抹螺紋緊固劑。固定在GPS的安裝座隔振器上端，隔振器下端固定于基座上。為防止磨損，GPS終端殼體與安裝座之間夾有橡膠墊，使其更緊密貼合。

圖6 G PS終端設備聯(lián)接簡圖

4 顯示器座設計

本文設計的GPS終端液晶顯示器座結構如圖7所示。為便于駕駛員調整可視角，能很好環(huán)視到顯示器內容，在顯示器座結構上，增設了萬向節(jié)機構。轉向球頭由左右夾持，松緊度通過螺栓調整，間隙由內嵌壓簧調節(jié)。左右夾構成的內球面又經(jīng)噴砂處理，能更好地抱緊轉向球頭[7，8]。

5 安裝位置的選擇

后裝設備的振動是在持續(xù)的激振力作用下被迫產(chǎn)生的，是受迫振動，后裝設備的振動響應只跟自身的安裝位置振動有關系。

車輛在行駛過程中，當外界激振頻率與系統(tǒng)固有頻率接近時,將產(chǎn)生共振[9]。汽車的設計過程中要求各系統(tǒng)的固有振動頻率避開外界激勵產(chǎn)生的頻率范圍,業(yè)界通常采用最小二乘復頻域法(LSCF)[10]對車身進行結構模態(tài)分析，由模態(tài)實驗可獲得，一般車振動最小的位置是在駕駛室內。但由于長途貨車車型很多，安裝位置選擇還要現(xiàn)場測試，以確定最優(yōu)的位置。經(jīng)多年實踐，確定GPS終端設備的安裝位置最好在主副駕駛之間。

6 結 論

針對長途車后裝GPS設備的穩(wěn)定性分析，在固定支架上附加隔振器，能大幅度降低儀表諧振幅度，從而提高了儀表的抗振能力。外加的隔振器結構簡單，制造方便，安裝隔振器后對車體并無不利影響，能有效降低后裝設備因振動而損壞的概率。

圖7 液晶顯示器安裝簡圖

[1] 吳紹斌，李劍峰，高利.車輛穩(wěn)定性控制的虛擬實驗[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2008（5）：6-9.

[2] 謝克非，李偉.車載GPS導航技術的應用[J].測繪，2010（2）：89-90，96.

[3] 姚竹賢，周安石，錢小靜.動力調諧陀螺儀動力吸振器的研究[J].導彈與航天運載技術，1997（6）：18-23.

[4] JunjiYoshida,M asatoAbe and Yozo Fujino.Constitutive mod?el of high-damping rubber materials[J].Engrg.M ech.,2004,130(2):129-141.

[5] 劉曉東,張玉磊,郭為君.硅橡膠減震器振動試驗的有限元模擬[J].噪聲與振動控制，2010（10）：173-176.

[6] 張思.橡膠減振器的減振機理與設計[J].機床，1991（11）:39-40.

[7] 張阿舟,姚起航.振動控制工程[J].北京：航空工業(yè)出版社,1989:109-111.

[8] 王松，鄭曉東.汽車振動診斷與校正[J].輕型汽車技術，2003（1）：39-42.

[9] 傅志方,華宏星.模態(tài)分析理論與應用[M].上海:上海交通大學出版社,2000：10-18.

[10] 謝小平,韓旭,陳國棟，等.某商用車駕駛室白車身模態(tài)分析[J].湖南大學學報(自然科學版)，2010（5）：24-30.