振動(dòng)測(cè)試在汽車零部件檢測(cè)中的應(yīng)用分析

黃 利，譙 暢

（長沙汽車電器檢測(cè)中心，湖南 長沙 410100）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車工業(yè)得到了更加迅猛的發(fā)展，針對(duì)汽車及零部件性能檢測(cè)工作的關(guān)注度不斷提升。汽車零部件檢測(cè)工作的有效開展，能夠確保汽車零部件滿足整體需要，確保零部件的性能水平與汽車性能水平保持一致性，以確保汽車性能的可靠性和安全性。汽車零部件檢測(cè)工作中，振動(dòng)測(cè)試方法可以測(cè)試零部件在振動(dòng)和撞擊環(huán)境下的反應(yīng)，分析零部件的性能，能夠?qū)α悴考嬖诘膯栴}及不足進(jìn)行有效地把握，從而進(jìn)行有效改進(jìn)，使汽車零部件的品質(zhì)符合汽車制造的實(shí)際需要。

1 汽車零部件檢測(cè)中振動(dòng)測(cè)試方法概述

振動(dòng)測(cè)試主要是指汽車零部件在預(yù)期使用過程中，對(duì)零部件的抗振能力進(jìn)行有效地檢測(cè)，分析其性能水平，判斷其性能水平是否能夠滿足汽車運(yùn)行的實(shí)際需要。一般來說，振動(dòng)檢測(cè)工作的開展，主要涉及到了正弦振動(dòng)檢測(cè)和隨機(jī)振動(dòng)檢測(cè)兩種類型。

關(guān)于振動(dòng)問題對(duì)汽車零部件的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）對(duì)汽車零部件的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的損毀。受到振動(dòng)影響，可能會(huì)導(dǎo)致汽車零部件出現(xiàn)形變和裂紋的情況。

2）通過開展振動(dòng)測(cè)試，能夠?qū)α悴考男阅芩竭M(jìn)行有效把握。例如，在開展振動(dòng)測(cè)試過程中，一些不合格的零部件會(huì)出現(xiàn)無法正常工作的情況。

3）零部件出現(xiàn)工藝性破壞的問題。如汽車零部件螺釘連接件可能出現(xiàn)開焊或松動(dòng)的情況，在進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試時(shí)，通過把握振動(dòng)測(cè)試的多點(diǎn)控制技術(shù)或多臺(tái)聯(lián)合激動(dòng)技術(shù)應(yīng)用，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)零部件存在的問題，并做好針對(duì)性的調(diào)控[3]。

總的來說，在開展汽車零部件檢測(cè)過程中，通過對(duì)振動(dòng)測(cè)試技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠提升汽車零部件檢測(cè)的效果，保證零部件的品質(zhì)。

2 汽車零部件振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成分析

汽車零部件振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成主要包括以下幾部分。

1）振動(dòng)器（圖1）。在開展檢測(cè)過程中，當(dāng)零部件發(fā)生振動(dòng)后，出現(xiàn)振動(dòng)位移、加速度以及頻率等數(shù)值，通過對(duì)這些物理量指標(biāo)進(jìn)行有效把握，能夠分析檢測(cè)中存在的問題及不足。同時(shí)，在零部件與振動(dòng)器進(jìn)行連接過程中，要注重確保穩(wěn)定性，并且要與激勵(lì)傳送呈現(xiàn)出正比關(guān)系，確保檢測(cè)工作的有效開展。

圖1 振動(dòng)器

2）傳感器。傳感器應(yīng)用于汽車零部件檢測(cè)當(dāng)中，主要針對(duì)于零部件的振動(dòng)量進(jìn)行檢測(cè)，并且借助于相關(guān)設(shè)施實(shí)現(xiàn)振動(dòng)量向電信號(hào)的轉(zhuǎn)變。傳感器安裝示意如圖2所示。

圖2 傳感器安裝示意圖

3）放大器（圖3）。借助于放大器設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)電測(cè)傳感器獲取的信號(hào)進(jìn)行放大，并利用信號(hào)采集器對(duì)信號(hào)進(jìn)行捕捉和分析，從而對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效獲取。在對(duì)放大器選擇過程中，需要將放大器與傳感器進(jìn)行有效結(jié)合，從而提升振動(dòng)檢測(cè)的效果，能夠獲取更加準(zhǔn)確的測(cè)試數(shù)據(jù)。

圖3 放大器

3 振動(dòng)測(cè)試在汽車零部件檢測(cè)中的應(yīng)用分析

3.1 機(jī)械測(cè)量法的應(yīng)用

機(jī)械測(cè)量法應(yīng)用于汽車零部件檢測(cè)中，注重將機(jī)械結(jié)構(gòu)作為檢測(cè)的主要載體，分析機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能水平，如圖4所示。在檢測(cè)時(shí)，技術(shù)人員需要獲取相應(yīng)的機(jī)械信號(hào)，測(cè)量之后，對(duì)機(jī)械能損耗問題做好把握，以分析汽車零部件的品質(zhì)和性能。但是機(jī)械檢測(cè)法應(yīng)用時(shí)，存在精確性問題，因此要注重對(duì)可能出現(xiàn)的問題做好全面分析和把握，以提升機(jī)械法檢測(cè)的效果及品質(zhì)，更好地滿足實(shí)際檢測(cè)需要。

圖4 機(jī)械測(cè)量法示意圖

3.2 光學(xué)測(cè)量法的應(yīng)用

光學(xué)測(cè)量法的應(yīng)用，主要借助于光學(xué)傳感器對(duì)汽車零部件的信息進(jìn)行獲取，從而對(duì)零部件的性能、水平進(jìn)行反饋，如圖5所示。注重將光學(xué)信號(hào)進(jìn)行放大，對(duì)光學(xué)檢測(cè)器進(jìn)行科學(xué)、有效應(yīng)用，將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，可以對(duì)電信號(hào)進(jìn)行直接測(cè)量，之后將獲取的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為物理量值，從而做好零部件性能的有效判斷。此外，要注重聯(lián)系汽車零部件生產(chǎn)制造的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，提升光學(xué)測(cè)量法檢測(cè)的效果及品質(zhì)。

圖5 光學(xué)測(cè)量法原理圖

3.3 電測(cè)法的應(yīng)用

目前，在對(duì)汽車零部件進(jìn)行檢測(cè)過程中，電測(cè)法應(yīng)用比較普遍。電測(cè)法的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同物理量的轉(zhuǎn)化，利用電信號(hào)進(jìn)行替代。圖6為電測(cè)法原理圖。在數(shù)值檢測(cè)過程中，利用放大器，設(shè)置參數(shù)信息，對(duì)汽車零部件的物理數(shù)據(jù)進(jìn)行有效搜集及獲取，結(jié)合電信號(hào)對(duì)汽車零部件性能做好分析。電測(cè)法的應(yīng)用，具有靈敏度高、精確度高的優(yōu)勢(shì)，并且在檢測(cè)過程中不受距離的影響和限制。因此，在對(duì)電測(cè)法應(yīng)用時(shí)，要做好針對(duì)性的準(zhǔn)備工作，以提升電測(cè)法的檢測(cè)效果及品質(zhì)。

圖6 電測(cè)法原理圖

3.4 汽車零部件檢測(cè)案例分析

3.4.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

利用振動(dòng)測(cè)試對(duì)汽車零部件進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行獲取，并通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，從而分析汽車零部件的性能。振動(dòng)試驗(yàn)一般采用電測(cè)法。

3.4.2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

汽車零部件設(shè)備振動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主要采用以下標(biāo)準(zhǔn)。

1）GB/T 28046.3—2011（ISO 16750-3：2007，MOD）《道路車輛 電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn) 第3部分：機(jī)械負(fù)荷》。

2）ISO 16750-3：2012《Road vehicles-Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment-Part 3：Mechanical loads》。

3）GB/T 2423.10—2008（IEC 60068-2-6：1995，IDT）《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Fc：振動(dòng)（正弦）》。

4）IEC 60068-2-6：2007《Environmental testing-Part 2-6：Tests-Test Fh：Vibration，broadband random and guidance》。

5）ISO 8318：2000《Packaging-Complete，filled transport packages and unit loads-Sinusoidal vibration tests using a variable frequency》。

6）GB/T 4857.10—2005《包裝 運(yùn)輸包裝件基本試驗(yàn)第10部分：正弦變頻振動(dòng)試驗(yàn)方法》。

7）GB/T 2423.56-2006（IEC 60068-2-64：1993，IDT）《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Fh：寬帶隨機(jī)振動(dòng)（數(shù)字控制）和導(dǎo)則》。

8）IEC 60068-2-64：2008《Environmental testing-Part 2-64：Tests-Test Fh：Vibration，broadband random and guidance》。

9）GB/T 2423.58—2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2-80部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Fi：振動(dòng) 混合模式》。

10）IEC 60068-2-80：2005《Environmental testing-Part 2-80：Tests-Test Fi：Vibration-Mixed mode》。

11）GB/T 4857.23—2003《包裝 運(yùn)輸包裝件 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)方法》。

12）QC/T 413—2002《汽車電氣設(shè)備基本技術(shù)條件》。

3.4.3 試驗(yàn)方法

針對(duì)不同的零部件在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中也有明確具體的測(cè)試方法。

3.4.3.1 按QC/T 729—2005《汽車用交流發(fā)電機(jī)技術(shù)條件》5.10條試驗(yàn)

如發(fā)電機(jī)樣品可依據(jù)QC/T 729—2005《汽車用交流發(fā)電機(jī)技術(shù)條件》5.10條進(jìn)行耐振動(dòng)試驗(yàn)。具體如下所述。

交流發(fā)電機(jī)耐振動(dòng)試驗(yàn)按QC/T 413中4.12的規(guī)定進(jìn)行，交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min，輸出電流為10%IR（I不小于5A），輸出電壓由調(diào)節(jié)器控制。

產(chǎn)品經(jīng)受X、Y、Z 3個(gè)方向的掃頻振動(dòng)試驗(yàn)，圖7為發(fā)動(dòng)機(jī)上位置Z方向頻譜曲線圖。根據(jù)發(fā)電機(jī)的安裝部位選擇嚴(yán)酷等級(jí)，見表1。

圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)上位置Z方向頻譜曲線圖

表1 掃頻振動(dòng)試驗(yàn)嚴(yán)酷度等級(jí)

試驗(yàn)需滿足以下要求：①產(chǎn)品經(jīng)振動(dòng)試驗(yàn)后，零部件無損壞，緊固件無松脫現(xiàn)象；②性能滿足冷態(tài)工作性能和調(diào)節(jié)器特性的調(diào)節(jié)電壓值要求。

此項(xiàng)試驗(yàn)所需要的主要測(cè)試設(shè)備為：振動(dòng)臺(tái)、蓄電池和發(fā)電機(jī)匹配工裝及負(fù)載。

若測(cè)試樣品無相關(guān)對(duì)應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可依據(jù)安裝位置按照國標(biāo)協(xié)商確定來選擇振動(dòng)類型和試驗(yàn)參數(shù)。

3.4.3.2 按照GB/T 28046.3—2011試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)樣品依據(jù)GB/T 28046.3—2011（ISO 16750-3：2007，MOD）《道路車輛 電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)第3部分：機(jī)械負(fù)荷》進(jìn)行耐振動(dòng)試驗(yàn)，目的是檢驗(yàn)樣品因受到振動(dòng)導(dǎo)致的失效和損壞，其主要失效是由疲勞造成的損壞?？杉?xì)分乘用車用發(fā)電機(jī)和商用車用發(fā)電機(jī)。現(xiàn)以乘用車用發(fā)電機(jī)為例，根據(jù)發(fā)電機(jī)的安裝位置來選擇測(cè)試參數(shù)，具體如下所述。在一般規(guī)定中，樣品在振動(dòng)試驗(yàn)期間的溫度循環(huán)按GB/T 2423.22標(biāo)準(zhǔn)，并在整個(gè)裝置達(dá)到Tmin后及循環(huán)的第210min和第410min間進(jìn)行附加通電運(yùn)行。溫度循環(huán)如圖8所示。

圖8 振動(dòng)試驗(yàn)溫度曲線

1）乘用車發(fā)電機(jī)正弦振動(dòng)-由氣缸不平衡質(zhì)量作用于連桿上產(chǎn)生的正弦振動(dòng)類型。

正弦振動(dòng)按GB/T 2423.10進(jìn)行試驗(yàn)，不同于GB/T 2423.10的是，掃頻速率不大于0.5oct/min。DUT每個(gè)軸向的試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為22h，加速度幅值和頻率按圖9的規(guī)定。

圖9 加速度幅值和頻率

2）乘用車發(fā)電機(jī)隨機(jī)振動(dòng)-由發(fā)動(dòng)機(jī)其他振動(dòng)源產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲類型

按GB/T 2423.56進(jìn)行試驗(yàn)，樣品每個(gè)軸向的試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為22h，加速度功率譜密度（PSD）與頻率見圖10。

圖10 加速度功率譜密度（PSD）與頻率

試驗(yàn)必須滿足以下要求：①不允許出現(xiàn)損壞；②在GB/T 28046.1定義的工作模式3.2（帶電運(yùn)行并控制在典型運(yùn)行模式）下達(dá)到功能狀態(tài)A（試驗(yàn)中和試驗(yàn)后，所有功能滿足設(shè)計(jì)要求），其他工作模式下達(dá)到功能狀態(tài)C（試驗(yàn)中一個(gè)或多個(gè)功能不滿足設(shè)計(jì)要求，但試驗(yàn)后所有功能自動(dòng)恢復(fù)到正常運(yùn)行）。

此項(xiàng)試驗(yàn)所需要的主要測(cè)試設(shè)備是復(fù)合型振動(dòng)測(cè)試臺(tái)、蓄電池和發(fā)電機(jī)匹配工裝及負(fù)載。

3.4.4 試驗(yàn)過程

通過采取振動(dòng)測(cè)試，對(duì)汽車零部件進(jìn)行檢測(cè)，利用傳感器、激振器對(duì)試驗(yàn)件的參數(shù)信息進(jìn)行獲取，通過信號(hào)轉(zhuǎn)接器對(duì)數(shù)據(jù)反饋到電腦端，對(duì)零部件的響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行獲取，從而判斷汽車零部件性能水平是否滿足實(shí)際需要。圖11為振動(dòng)試驗(yàn)布置圖，圖12為掃頻振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試頻譜圖，圖13為復(fù)合振動(dòng)試驗(yàn)布置圖，圖14為隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試頻譜圖。

圖11 振動(dòng)試驗(yàn)布置圖

圖12 掃頻振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試頻譜圖

圖13 復(fù)合振動(dòng)試驗(yàn)布置圖

圖14 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試頻譜圖

3.4.5 試驗(yàn)結(jié)論

試驗(yàn)后發(fā)電機(jī)功能及外觀無異常。發(fā)電機(jī)在試驗(yàn)后不能提供85%的電流則認(rèn)為是失效。各零部件無損傷、變形，緊固件不松動(dòng)。試驗(yàn)前、后發(fā)電機(jī)各檢測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定15min后的性能輸出見表2。

表2 試驗(yàn)前、后發(fā)電機(jī)各檢測(cè)點(diǎn)性能輸出

4 結(jié)束語

綜合上述分析來看，在開展汽車零部件檢測(cè)過程中，要注重對(duì)振動(dòng)測(cè)試方法進(jìn)行有效地應(yīng)用，發(fā)揮振動(dòng)測(cè)試的功能及作用，提升汽車零部件檢測(cè)的效果及品質(zhì)，對(duì)零部件存在的問題及不足進(jìn)行反饋，從而為汽車零部件的制作及改進(jìn)提供重要的參考及指引，提升汽車零部件的品質(zhì)，使汽車安全穩(wěn)定運(yùn)行，以促進(jìn)汽車行業(yè)良好的發(fā)展。