振動測試在汽車零部件檢測中的應用分析

黃 利， 譙 暢

（長沙汽車電器檢測中心， 湖南 長沙 410100）

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車工業(yè)得到了更加迅猛的發(fā)展，針對汽車及零部件性能檢測工作的關注度不斷提升。汽車零部件檢測工作的有效開展，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。汽車零部件檢測工作中，振動測試方法可以測試零部件在振動和撞擊環(huán)境下的反應，分析零部件的性能，能夠?qū)α悴考嬖诘膯栴}及不足進行有效地把握，從而進行有效改進，使汽車零部件的品質(zhì)符合汽車制造的實際需要。

1 汽車零部件檢測中振動測試方法概述

振動測試主要是指汽車零部件在預期使用過程中，對零部件的抗振能力進行有效地檢測，分析其性能水平，判斷其性能水平是否能夠滿足汽車運行的實際需要。一般來說，振動檢測工作的開展，主要涉及到了正弦振動檢測和隨機振動檢測兩種類型。

關于振動問題對汽車零部件的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1） 對汽車零部件的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的損毀。受到振動影響，可能會導致汽車零部件出現(xiàn)形變和裂紋的情況。

2） 通過開展振動測試，能夠?qū)α悴考男阅芩竭M行有效把握。例如，在開展振動測試過程中，一些不合格的零部件會出現(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)開焊或松動的情況，在進行振動測試時，通過把握振動測試的多點控制技術或多臺聯(lián)合激動技術應用，能夠及時發(fā)現(xiàn)零部件存在的問題，并做好針對性的調(diào)控[3]。

總的來說，在開展汽車零部件檢測過程中，通過對振動測試技術的有效應用，能夠提升汽車零部件檢測的效果，保證零部件的品質(zhì)。

2 汽車零部件振動測試系統(tǒng)的組成分析

汽車零部件振動測試系統(tǒng)的組成主要包括以下幾部分。

1） 振動器（圖1）。在開展檢測過程中，當零部件發(fā)生振動后，出現(xiàn)振動位移、加速度以及頻率等數(shù)值，通過對這些物理量指標進行有效把握，能夠分析檢測中存在的問題及不足。同時，在零部件與振動器進行連接過程中，要注重確保穩(wěn)定性，并且要與激勵傳送呈現(xiàn)出正比關系，確保檢測工作的有效開展。

圖1 振動器

2） 傳感器。傳感器應用于汽車零部件檢測當中，主要針對于零部件的振動量進行檢測，并且借助于相關設施實現(xiàn)振動量向電信號的轉(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）。借助于放大器設備實現(xiàn)對電測傳感器獲取的信號進行放大，并利用信號采集器對信號進行捕捉和分析，從而對測試數(shù)據(jù)信息進行有效獲取。在對放大器選擇過程中，需要將放大器與傳感器進行有效結(jié)合，從而提升振動檢測的效果，能夠獲取更加準確的測試數(shù)據(jù)。

圖3 放大器

3 振動測試在汽車零部件檢測中的應用分析

3.1 機械測量法的應用

機械測量法應用于汽車零部件檢測中，注重將機械結(jié)構(gòu)作為檢測的主要載體，分析機械結(jié)構(gòu)的性能水平，如圖4所示。在檢測時，技術人員需要獲取相應的機械信號，測量之后，對機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。但是機械檢測法應用時，存在精確性問題，因此要注重對可能出現(xiàn)的問題做好全面分析和把握，以提升機械法檢測的效果及品質(zhì)，更好地滿足實際檢測需要。

圖4 機械測量法示意圖

3.2 光學測量法的應用

光學測量法的應用，主要借助于光學傳感器對汽車零部件的信息進行獲取，從而對零部件的性能、水平進行反饋，如圖5所示。注重將光學信號進行放大，對光學檢測器進行科學、有效應用，將光學信號轉(zhuǎn)化為電信號。在實際測量時，可以對電信號進行直接測量，之后將獲取的電信號轉(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)制造的相關標準及規(guī)范，提升光學測量法檢測的效果及品質(zhì)。

圖5 光學測量法原理圖

3.3 電測法的應用

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

圖6 電測法原理圖

3.4 汽車零部件檢測案例分析

3.4.1 試驗目的

利用振動測試對汽車零部件進行檢測，對結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)進行獲取，并通過對標準數(shù)值進行對比，從而分析汽車零部件的性能。振動試驗一般采用電測法。

3.4.2 試驗標準

汽車零部件設備振動試驗標準主要采用以下標準。

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

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 第2部分：試驗方法 試驗Fc：振動（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 運輸包裝件基本試驗第10部分：正弦變頻振動試驗方法》。

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

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 第2-80部分：試驗方法 試驗Fi：振動 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 運輸包裝件 隨機振動試驗方法》。

12） QC/T 413—2002《汽車電氣設備基本技術條件》。

3.4.3 試驗方法

針對不同的零部件在行業(yè)標準中也有明確具體的測試方法。

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

如發(fā)電機樣品可依據(jù)QC/T 729—2005《汽車用交流發(fā)電機技術條件》5.10條進行耐振動試驗。具體如下所述。

交流發(fā)電機耐振動試驗按QC/T 413中4.12的規(guī)定進行，交流發(fā)電機轉(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個方向的掃頻振動試驗，圖7為發(fā)動機上位置Z方向頻譜曲線圖。根據(jù)發(fā)電機的安裝部位選擇嚴酷等級，見表1。

圖7 發(fā)動機上位置Z方向頻譜曲線圖

表1 掃頻振動試驗嚴酷度等級

試驗需滿足以下要求：①產(chǎn)品經(jīng)振動試驗后，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。

此項試驗所需要的主要測試設備為：振動臺、蓄電池和發(fā)電機匹配工裝及負載。

若測試樣品無相關對應的行業(yè)標準，可依據(jù)安裝位置按照國標協(xié)商確定來選擇振動類型和試驗參數(shù)。

3.4.3.2 按照GB/T 28046.3—2011試驗

發(fā)電機樣品依據(jù)GB/T 28046.3—2011（ISO 16750-3：2007，MOD）《道路車輛 電氣及電子設備的環(huán)境條件和試驗第3部分：機械負荷》進行耐振動試驗，目的是檢驗樣品因受到振動導致的失效和損壞，其主要失效是由疲勞造成的損壞?？杉毞殖擞密囉冒l(fā)電機和商用車用發(fā)電機。現(xiàn)以乘用車用發(fā)電機為例，根據(jù)發(fā)電機的安裝位置來選擇測試參數(shù)，具體如下所述。在一般規(guī)定中，樣品在振動試驗期間的溫度循環(huán)按GB/T 2423.22標準，并在整個裝置達到Tmin后及循環(huán)的第210min和第410min間進行附加通電運行。溫度循環(huán)如圖8所示。

圖8 振動試驗溫度曲線

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

正弦振動按GB/T 2423.10 進行試驗，不同于GB/T 2423.10的是，掃頻速率不大于0.5oct/min。DUT每個軸向的試驗持續(xù)時間為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)電機隨機振動-由發(fā)動機其他振動源產(chǎn)生的隨機噪聲類型

按GB/T 2423.56進行試驗，樣品每個軸向的試驗持續(xù)時間為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（帶電運行并控制在典型運行模式） 下達到功能狀態(tài)A（試驗中和試驗后，所有功能滿足設計要求），其他工作模式下達到功能狀態(tài)C（試驗中一個或多個功能不滿足設計要求，但試驗后所有功能自動恢復到正常運行）。

此項試驗所需要的主要測試設備是復合型振動測試臺、蓄電池和發(fā)電機匹配工裝及負載。

3.4.4 試驗過程

通過采取振動測試，對汽車零部件進行檢測，利用傳感器、激振器對試驗件的參數(shù)信息進行獲取，通過信號轉(zhuǎn)接器對數(shù)據(jù)反饋到電腦端，對零部件的響應函數(shù)進行獲取，從而判斷汽車零部件性能水平是否滿足實際需要。圖11為振動試驗布置圖，圖12為掃頻振動試驗測試頻譜圖，圖13為復合振動試驗布置圖，圖14為隨機振動試驗測試頻譜圖。

圖11 振動試驗布置圖

圖12 掃頻振動試驗測試頻譜圖

圖13 復合振動試驗布置圖

圖14 隨機振動試驗測試頻譜圖

3.4.5 試驗結(jié)論

試驗后發(fā)電機功能及外觀無異常。發(fā)電機在試驗后不能提供85%的電流則認為是失效。各零部件無損傷、變形，緊固件不松動。試驗前、后發(fā)電機各檢測點穩(wěn)定15min后的性能輸出見表2。

表2 試驗前、 后發(fā)電機各檢測點性能輸出

4 結(jié)束語

綜合上述分析來看，在開展汽車零部件檢測過程中，要注重對振動測試方法進行有效地應用，發(fā)揮振動測試的功能及作用，提升汽車零部件檢測的效果及品質(zhì)，對零部件存在的問題及不足進行反饋，從而為汽車零部件的制作及改進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)定運行，以促進汽車行業(yè)良好的發(fā)展。