微車組合開關(guān)振動(dòng)試驗(yàn)的實(shí)踐與研究*

龔運(yùn)息

(柳州五菱汽車有限責(zé)任公司， 廣西 柳州 545007)

1 引 言

汽車用轉(zhuǎn)向管柱上組合開關(guān)，簡(jiǎn)稱組合開關(guān)，又稱轉(zhuǎn)換開關(guān)，是用來控制照明與燈光信號(hào)裝置以及其他一些附件的多功能組合式開關(guān)。它一般為手柄式，安裝在轉(zhuǎn)向盤下的轉(zhuǎn)向柱上，以便于駕駛員操作。微車的組合開關(guān)通常由手柄(左手柄、右手柄)、安裝支座、按鈕和連接線束組成。

左手柄是燈光控制開關(guān)，控制轉(zhuǎn)向信號(hào)燈、前照燈及其他燈光。分三擋：OFF(空擋)，1(夜間用)，2(前照燈打開)；右手柄是刮水器和風(fēng)窗洗滌器開關(guān)。分四擋： OFF(空擋)，INT(間歇工作)，LO(低速工作)，HI(高速工作)；安裝支座是將組合開關(guān)固定在轉(zhuǎn)向管柱上；按鈕是喇叭按鈕，安裝在支座上方。如圖1所示。

圖1 組合開關(guān)結(jié)構(gòu)

2 組合開關(guān)振動(dòng)試驗(yàn)

2.1 振動(dòng)試驗(yàn)的類型和作用

(1) 振動(dòng)試驗(yàn)的類型分為：掃頻振動(dòng)試驗(yàn)和定頻振動(dòng)試驗(yàn)；

(2) 振動(dòng)試驗(yàn)的作用：利用振動(dòng)試驗(yàn)來模擬各種環(huán)境下的機(jī)械振動(dòng)，模擬產(chǎn)品在車上的振動(dòng)情況，以評(píng)定產(chǎn)品的耐振性、可靠性和完好性。通過振動(dòng)試驗(yàn)來暴露產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)性、工作性能和工藝性能等方面的薄弱環(huán)節(jié)，為改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供依據(jù)[1]。

2.2 振動(dòng)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)

組合開關(guān)振動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行中華人民共和國(guó)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC_T_218-1996 《汽車用轉(zhuǎn)向管柱上組合開關(guān)技術(shù)條件》，有關(guān)耐振動(dòng)性條款和要求摘錄如下：組合開關(guān)按試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，開關(guān)觸點(diǎn)應(yīng)無連接上的松動(dòng)。掃頻試驗(yàn)中不應(yīng)發(fā)生各工作檔位的位移、跳檔。振動(dòng)試驗(yàn)后轉(zhuǎn)換力應(yīng)符合規(guī)定，電壓降應(yīng)符合規(guī)定，絕緣電阻應(yīng)符合規(guī)定。具體規(guī)定如下：

(1) 轉(zhuǎn)換力：各種開關(guān)從一個(gè)檔位轉(zhuǎn)換到另一個(gè)檔位時(shí)所需要的轉(zhuǎn)換力(或力矩)，應(yīng)符合該型產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。左右轉(zhuǎn)換力之差應(yīng)不大于30%，耐久性試驗(yàn)后，轉(zhuǎn)換力的變化值的絕對(duì)值不應(yīng)大于試驗(yàn)前數(shù)值的40%。

(2) 電壓降：組合開關(guān)中的各種開關(guān)，在通以額定電流(對(duì)點(diǎn)火開關(guān)通以10A電流)時(shí)，跨越觸點(diǎn)兩端的電壓降，在耐久性試驗(yàn)前應(yīng)不超過150 mV，在耐久性試驗(yàn)后，應(yīng)不超過250 mV。

(3) 絕緣電阻：各開關(guān)的開路觸點(diǎn)間及載流元件與其它金屬零件間的絕緣電阻，正常狀態(tài)下和耐久性試驗(yàn)后應(yīng)不小于1MΩ，在濕熱狀態(tài)下應(yīng)不小于0.05 MΩ。[2]

2.3 振動(dòng)試驗(yàn)主要儀器設(shè)備

本案例中組合開關(guān)的振動(dòng)試驗(yàn)，由表1所列設(shè)備完成。

表1 振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備

2.4 試件的裝夾要求

一般情況下，一些汽車零部件的振動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)于體積較小、形狀比較規(guī)則的試件，可通過螺桿、壓板直接將試件固定在振動(dòng)臺(tái)面上。

對(duì)于組合開關(guān)，因考慮其不同的工作狀態(tài)，依靠螺桿和壓板固定比較困難，則需要設(shè)計(jì)專用夾具，將試件牢固地固定在振動(dòng)臺(tái)面上。

2.5 安裝夾具設(shè)計(jì)

振動(dòng)試驗(yàn)夾具的作用，是從振動(dòng)臺(tái)把機(jī)械連接的振動(dòng)能量不失真地傳遞給試件。在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，必須考慮夾具對(duì)試件和振動(dòng)的影響，需要考慮三個(gè)基本參數(shù)，即剛度、質(zhì)量和固有頻率，要知道三個(gè)參數(shù)間的相互關(guān)系以及每個(gè)參數(shù)的意義[3]。

安裝夾具設(shè)計(jì)要考慮：①組合開關(guān)的安裝狀態(tài)接近在汽車轉(zhuǎn)向管柱上的安裝狀態(tài)；②安裝狀態(tài)能滿足垂直振動(dòng)和水平振動(dòng)狀態(tài)要求。如圖2所示為夾具CAD設(shè)計(jì)圖形。

2.6 安裝夾具的測(cè)試和要求

根據(jù)試件設(shè)計(jì)出的夾具通過CAE軟件分析，分析夾具的剛度、強(qiáng)度和受力均勻性。在試驗(yàn)頻段內(nèi)盡可能不出現(xiàn)和少出現(xiàn)共振的情況，要使得振動(dòng)和能量很好的通過夾具傳遞到試件，波形失真小，要求夾具在滿足剛性要求的同時(shí)，其重量越小越好。組合開關(guān)夾具重量的核算方法：

振動(dòng)產(chǎn)生的合力：

(M1+M2+M3)×a

(1)

式中：F為振動(dòng)臺(tái)額定推力；M1為組合開關(guān)質(zhì)量(kg)；M2為夾具質(zhì)量(kg)；M3為振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面與動(dòng)圈的質(zhì)量(kg)；a為試驗(yàn)的最大加速度。

為考慮設(shè)備的可靠性及壽命等問題，一般采取60%冗余度，即：振動(dòng)產(chǎn)生的合力：

(M1+M2+M3)×a

(2)

已知M1=0.29，M2=18，M3=75，a=44.1 m/s2,F=49 kN。

則(M1+M2+M3)×a=(0.29+18+75)×44.1=4114.089 N≈4.11 kN

結(jié)論：組合開關(guān)夾具重量能滿足實(shí)驗(yàn)要求。

2.7 安裝方式

在振動(dòng)試驗(yàn)開始前要進(jìn)行夾具、組合開關(guān)以及傳感器的安裝。DC-5000-50的電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)有垂直方向和水平方向的振動(dòng)功能，雙振動(dòng)工作臺(tái)，能分別滿足組合開關(guān)垂直方向和水平方向的振動(dòng)要求。

組合開關(guān)夾具的安裝與振動(dòng)狀態(tài)：垂直方向狀態(tài)、水平方向狀態(tài)。如圖3、圖4所示。

圖2 夾具CAD圖型 圖3 垂直方向振動(dòng)

圖4 水平方向振動(dòng)

2.8 振動(dòng)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)和要求

振動(dòng)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，執(zhí)行中華人民共和國(guó)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC_T_218-1996 《汽車用轉(zhuǎn)向管柱上組合開關(guān)技術(shù)條件》，有關(guān)振動(dòng)試驗(yàn)條款和要求摘錄如下：

組合開關(guān)按正常工作狀態(tài)安裝在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上，通以指示燈負(fù)荷，按下列程序和方法進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。

(1) 掃頻振動(dòng)試驗(yàn) 組合開關(guān)按下列條件做上下方向掃頻試驗(yàn)：頻率5～100 Hz；加速度44.1 m/s2(振幅在0.4 mm以下)，掃頻周期10 min(按指數(shù)規(guī)律變化)；掃頻次數(shù)1，當(dāng)有共振頻率出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)記錄共振頻率點(diǎn)。

(2) 定頻振動(dòng)試驗(yàn) 當(dāng)試驗(yàn)中未出現(xiàn)共振頻率時(shí)，定頻振動(dòng)試驗(yàn)按下列條件進(jìn)行：頻率67 Hz；加速度44.1 m/s2；振動(dòng)時(shí)間：上下方向4 h、左右方向2 h、前后方向2 h；各個(gè)方向的試驗(yàn)中，杠桿、手柄處于非工作位置占50%的時(shí)間，處于各檔位工作位置均為其余50%的時(shí)間。當(dāng)試驗(yàn)中記錄有共振點(diǎn)時(shí)，定頻振動(dòng)試驗(yàn)按下列條件進(jìn)行：①在頻率67Hz、加速度44.1 m/s2下，振動(dòng)時(shí)間為：上下3 h、左右1.5 h、前后1.5 h；②在主要共振頻率、加速度44.1 m/s2下，振動(dòng)時(shí)間為：上下l h、左右0.5 h、前后0.5 h。組合開關(guān)在振動(dòng)過程中及試驗(yàn)后，均應(yīng)符合前述耐振動(dòng)性的規(guī)定[2]。

2.9 振動(dòng)試驗(yàn)過程分析

(1) 共振點(diǎn)測(cè)試 組合開關(guān)按正常工作狀態(tài)安裝在電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上，上下方向掃頻試驗(yàn)：頻率5～100 Hz；加速度44.1 m/s2(振幅在0.4 mm以下)；掃頻周期10 min(按指數(shù)規(guī)律變化)；掃頻次數(shù)1；當(dāng)有共振頻率出現(xiàn)時(shí)，記錄共振頻率點(diǎn)[4]。

從掃頻曲線可以看出，在55～65 Hz區(qū)間存在一共振點(diǎn)。如圖5所示。

圖5 55～65 Hz區(qū)間共振點(diǎn)

利用LMS 四十通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)一步采集數(shù)據(jù)，可以看到，在57 Hz、205 Hz出現(xiàn)共振。如圖6、圖7所示。因此，結(jié)合以上數(shù)據(jù)，可以判斷，組合開關(guān)總成在57Hz出現(xiàn)共振。

圖6 57 Hz出現(xiàn)共振 圖7 205 Hz出現(xiàn)共振

(2) 耐振動(dòng)性試驗(yàn) 經(jīng)過測(cè)量，組合開關(guān)共振點(diǎn)頻率為57 Hz。

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)出現(xiàn)共振點(diǎn)時(shí)，定頻振動(dòng)試驗(yàn)按下列條件進(jìn)行：①在頻率67 Hz、加速度44.1 m/s2下，振動(dòng)時(shí)間為：上下3 h、左右1.5 h、前后1.5 h； ②在主要共振頻率、加速度44.1 m/s2下，振動(dòng)時(shí)間為：上下l h、左右0.5 h、前后0.5 h。

(3) 測(cè)量共振點(diǎn)試驗(yàn)圖片。如圖8、圖9所示。

圖8 電動(dòng)振動(dòng)系統(tǒng)測(cè)量共振點(diǎn) 圖9 LMS數(shù)據(jù)采集儀測(cè)量共振點(diǎn)

3 耐振動(dòng)試驗(yàn)分析[5]

本次試驗(yàn)，嚴(yán)格按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。樣件數(shù)：2件；試驗(yàn)地點(diǎn)：本公司產(chǎn)品試驗(yàn)中心；電壓降檢測(cè)設(shè)備：HD-YL-2；絕緣電阻檢測(cè)設(shè)備：FLUKE 1587。試驗(yàn)后產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果見表2所列。

表2 試驗(yàn)后產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果

4 結(jié) 語

綜上所述，振動(dòng)試驗(yàn)為評(píng)定產(chǎn)品的耐振性、可靠性和完好性提供了一個(gè)重要手段。隨著汽車設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的發(fā)展，振動(dòng)試驗(yàn)的技術(shù)和方法也將不斷發(fā)展。在產(chǎn)品開發(fā)試制過程中，振動(dòng)試驗(yàn)在提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力方面將會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳三靈.實(shí)用振動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，1993.

[2] 夏永忠.汽車用轉(zhuǎn)向管柱上組合開關(guān)技術(shù)條件[S].中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部，1996-12-18.

[3] 費(fèi)麗梅.汽車電器振動(dòng)可靠性試驗(yàn)夾具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2010.

[4] 高品賢.振動(dòng)沖擊及噪聲測(cè)試技術(shù)[M].第二版.成都：西南交通大學(xué)出版社，2010.

[5] 劉巖睿,夏群生,何 樂.汽車轉(zhuǎn)向組合開關(guān)力特性研究[J].汽車工程，2004(3): 336-337.