美標振動（沖擊）測試技術應用分析與設備研制

文/丁 珺 王玲燕

美標振動（沖擊）測試技術應用分析與設備研制

文/丁 珺 王玲燕

為滿足汽車檢測行業(yè)用于檢測汽車外部照明和光信號裝置的振動設備之需求，解決如采用全進口設備成本高等問題，本文參照美國汽車工程師協(xié)會（SAE-international）推薦的技術標準SAE J577-2005，對該標準推薦的簡圖作了進一步的分析，提出了設計改進方案，并根據(jù)此方案研制出了全新的且符合SAE J577標準的振動測試臺。該設備經(jīng)一年的試用，證明了其改進方案有效且可行。

振動 測試臺 設備標準 振動平穩(wěn) 調(diào)節(jié)方便

設備設計是否正確、合理，結構簡單，工藝性強，滿足對其功能要求，且使用壽命長而又操作簡便是衡量其好壞的標準。制造工藝、裝配工藝編制是對設計者的基本要求，也是確保設計得以準確實施制造的根本保證。一臺符合行業(yè)標準的設備，是對本行業(yè)零部件進行加工或?qū)Ρ拘袠I(yè)所需零部件進行檢測的保障。行業(yè)標準給出的是量化的指標和對標準所指設備的要求，而不拘泥于達到這些指標和滿足這些要求的具體實施方法和手段。如何使所設計的設備既符合標準又滿足上面所述之特征，是本文所要關注的焦點。

一、汽車燈具振動試驗測試臺現(xiàn)狀

適用于汽車燈具振動試驗的美標振動（沖擊）測試臺可模擬汽車持續(xù)顛簸。通過此振動試驗，可檢驗被測燈具實體部分的牢固程度和相互間的位置關系是否變動，燈頭發(fā)光源是否仍處設計要求的正確位置，以確保發(fā)光源處各反射曲面的正確位置而使光照效果最佳。

美標振動（沖擊）測試臺工作原理：工作電機通過皮帶輪和皮帶，帶動凸輪轉軸以要求的轉速（750±10）cpm（次/60s）振動頻率旋轉。每轉一圈凸輪作用于其從動件抬起振動板而后落下，連接在振動板上的沖擊上錘，完成一次對連接在基礎板上沖擊下錘的撞擊。如此周而復始地模擬振動以完成整個試驗過程。要求振動板只做上下運動和前后向?qū)λ矫娴男〗嵌绒D動。在現(xiàn)今的汽車檢測行業(yè)中，這是一臺對車燈進行動態(tài)檢測必不可少的設備之一。

目前，市場上此類振動測試臺均以進口為主，成本高且維修不便。本文參照了美國工程師協(xié)會推薦的標準，在剖析其中各個要求的同時，結合實際情況提出了既符合此標準又符合企業(yè)實際的設計方案，并按此設計方案制造了該設備。它滿足了本企業(yè)對該設備的需求。

二、設計分析

根據(jù)標準SAE J577-2005中推薦的簡圖（見圖1）對測試臺的要求、類似機械設備的一些需注意的問題和對機械制造工藝的熟知，加上對標準的理解，將設計重點放在下面所述的兩個方面，以確保設備符合標準。

圖1 SAE J 577-2005推薦的簡圖

1.結構特性

① 外部結構：具有防震結構和防塵保護特性。

② 內(nèi)部結構：相對運動件，其接觸面采用滾動摩檫，振動時的平穩(wěn)性，凸輪從動件可調(diào)節(jié)，用拉簧產(chǎn)生沖擊力，靜態(tài)時的平衡位置及模擬車前部避震系統(tǒng)，撞擊錘材料，凸輪軸強度，潤滑。

2. 分析側重點

振動板的平穩(wěn)振動是設備符合標準，進而保證被測部件數(shù)據(jù)正確性和設備使用壽命的關鍵。因此，設計的側重點為：確保振動時振動板的平穩(wěn)性。

三、確定設計方案

1. 外部結構

① 用罩殼將測試臺全封閉，只有燈具安裝板露在外部，避免塵埃侵入，加快磨損而不利潤滑。燈具安裝板采用鋁合金加鋼絲螺套結構，罩殼里側面安裝有隔音橡膠片。

② 在測試臺與底架間安裝有九個吸震橡膠（牛筋）柱（見圖2）。

圖2 外部結構示意圖

2. 內(nèi)部結構

① 直接采用向心球軸承作為凸輪，從動件以滾動摩擦代替滑動摩擦（兩件并排在凸輪的總寬度上與之接觸增大接觸寬度，增加振動板的平穩(wěn)性），軸承表面硬度高、光潔度高。

② 增加振動時的上下向?qū)蚣?，上導向件固定在振動板上，下導向件固定在基礎板上。振動時消除振動板的左右晃動，可更進一步確保振動板振動時的平穩(wěn)性。

③ 凸輪從動件安裝在軸承座上。以上導向件底座為軸承座安裝基體，可上下調(diào)節(jié)各部件，如：便于對上下錘最大間距2.896 mm的調(diào)節(jié)；通過調(diào)節(jié)該凸輪從動件上下位置，消除因與凸輪接觸磨損而造成的2.896 mm尺寸變化，或因上下錘持續(xù)撞擊而造成此尺寸的變化，延長了此兩套機構的使用壽命。

④ 產(chǎn)生撞擊力的四根拉簧沿上下錘的長度方向均勻分布，四根拉簧產(chǎn)生的拉力均等，以求振動板只做上下運動而無左右扭動（不使上下向?qū)蚣軓澢ψ饔茫?。保證上、下錘撞擊時為兩個面接觸而非線面接觸，利于振動板平穩(wěn)。拉簧上下端經(jīng)螺紋分別連接于基礎板和振動板，便于拉力調(diào)整。另，在拉簧上端螺紋處裝有可擰拉鉤方便測力器，以隨時標定拉力（290±20）N。

⑤ 后部四根大彈簧因壓力大，采用模具彈簧，可兩兩分別調(diào)節(jié)壓力。振動板浮于上下壓簧間模擬車前部避震裝置，靜態(tài)時振動板平行于基礎板，呈水平位置。彈簧墊圈一面做成球面以滿足振動板振動時繞此處形成的前后向?qū)λ矫娴男〗嵌绒D動。上蓋板與立板螺紋連接，便于彈簧更換。

⑥ 上下錘材料采用合金鋼。這種材料具有撞擊損壞小、壽命長的特點。上錘用螺栓連于振動板上，下錘做成兩體組件連接在基礎板上，方便抽出進行配磨（同樣可進行尺寸2.896 mm的調(diào)節(jié)）。

⑦ 凸輪與其轉軸制成一體。

⑧ 凸輪旋轉軸軸承用高速潤滑油潤滑，凸輪從動件（向心球軸承）采用油脂潤滑。

3. 重點結構

特別需要說明幾個設計改進實例，并附圖以進一步顯示其構造和特點、原理以及對振動平穩(wěn)性、調(diào)節(jié)便利性和關鍵零件的強度對整機壽命影響的作用。

圖3 軸承座設計示意圖

圖4 上下向?qū)蚣O計示意圖

圖5 凸輪設計示意圖

四、改良的測試臺結構圖

1. 外部結構

底架通過橡膠墊片與地基牢固連接。維修時先移去上蓋，抽出前罩殼，往后拿出后罩殼即可對內(nèi)部結構進行調(diào)整、保養(yǎng)等。外形尺寸長、寬、高為1 060 cm× 445 cm×1 000 cm（見圖2）。

2. 內(nèi)部結構

四根拉簧沿振動板寬度向均勻分布。分別調(diào)節(jié)每根拉簧拉力，使它們拉力一致。后部壓簧左右兩邊壓力一致，確保振動板后部平穩(wěn)。振動板在非工作狀態(tài)下（此時上下錘閉合）與基礎板平行，且處于水平位置（見圖6）。

圖6 內(nèi)部結構示意圖

五、結束語

根據(jù)本文的設計理念，已經(jīng)制造出了完全符合測試標準的振動測試臺。造價僅為進口同類設備的1/4，大大降低了成本。在每星期試驗1次的頻率下，無需任何保養(yǎng)和加油潤滑措施。經(jīng)約一年的運行，對設備拆開檢查，發(fā)現(xiàn)無任何零部件磨損、變形。調(diào)試時的初始尺寸和彈簧力也均無變化，螺栓、螺釘也無松動現(xiàn)象。這將延長它的使用壽命，且噪聲明顯降低，符合測試標準也滿足設計要求，為汽車外部照明和光信號裝置的檢測提供了保障。實際使用情況驗證了：保持振動板平穩(wěn)振動是解決諸多問題的關鍵，這也是設備設計中的重點之一。

[1] SAE International. J577 JUL2005 Vibration Test Machine and Operation Procedure [S].

（作者單位： 上海機動車檢測認證技術研究中心有限公司）

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The purpose of this paper is to meet the vehicle inspection industry’s requirements of the testing vibration machine for vehicle exterior lamps and light signal devices, and solve the problem of high cost on using imported equipment. After consulting standard SAE J577-2005 recommended by the SAE International, this paper further analyses the diagram in this standard, proposes a design improvement scheme, and develops a new vibration test machine conforming to SAE J577-2005 based on the scheme. After a one-year trial of the equipment, it was proved that the improvement scheme was effective and feasible.

Vibration; Test machine; Equipment standards; Smooth vibration; Easy adjustment

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