汽車的振動(dòng)測(cè)試技術(shù)

1、汽車的振動(dòng)測(cè)試技術(shù)、八 、 刖言狹義地說，振動(dòng)測(cè)試在于通過傳感器、放大儀器以及顯示或記錄儀表， 測(cè)量運(yùn)動(dòng) 機(jī)械或工程結(jié)構(gòu)在外界激勵(lì)（包括環(huán)境激勵(lì)）或運(yùn)行工況中其重要部位的位移、 速度、加速度等運(yùn)動(dòng)量，從而了解機(jī)械或結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。廣義地說，通過運(yùn)動(dòng) 量的測(cè)量，我們希望了解機(jī)械或結(jié)構(gòu)的動(dòng)特性，如固有頻率、固有振型、阻尼以 及動(dòng)剛度等特性參數(shù)，為機(jī)械或工程結(jié)構(gòu)的動(dòng)力設(shè)計(jì)服務(wù)。無論是生產(chǎn)機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械或工程結(jié)構(gòu)，均日益高速、高效、高精度和大型化發(fā) 展。在許多情況下，限制其振動(dòng)效應(yīng)或提高其抗振性能成為設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。 在這種情況下，振動(dòng)測(cè)試和設(shè)計(jì)計(jì)算是相輔相成的兩種手段。在設(shè)計(jì)過程中，往往要通過模

2、型試驗(yàn)或?qū)σ延邢嘟O(shè)備的試驗(yàn)來考驗(yàn)計(jì)算方法的可靠性或改進(jìn)計(jì) 算方法。某些參數(shù)，只能通過試驗(yàn)來提供。運(yùn)動(dòng)機(jī)械在運(yùn)行中必然會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。 即使是那些我們視為不運(yùn)動(dòng)的工程結(jié)構(gòu)， 在 環(huán)境激勵(lì)的影響下，也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)產(chǎn)品的主要影響：結(jié)構(gòu)性損壞（包括組成產(chǎn)品的各構(gòu)件產(chǎn)生變形、彎曲裂紋、斷裂以及疲勞損壞 等），工作性能失靈（指在振動(dòng)的影響下，系統(tǒng)造成不穩(wěn)定性能越差，有些系統(tǒng) 甚至不能工作），工藝性能破壞（這種破壞一般指產(chǎn)品的連接件松動(dòng)， 焊點(diǎn)脫焊， 螺釘松動(dòng)，印刷板插腳接觸不良等）。無論那種破壞都將導(dǎo)致產(chǎn)品的工作不穩(wěn)定， 甚至損壞。為了提高產(chǎn)品的可靠性，需要通過振動(dòng)試驗(yàn)來暴露產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)， 改進(jìn)

3、產(chǎn)品設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品在運(yùn)行、使用過程中不出或者少出故障。 這是振動(dòng)試驗(yàn)的 最終目的。目前在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)的形式最常用的是正弦振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng) 試驗(yàn)。振動(dòng)信號(hào)可以反映機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的損傷。運(yùn)行監(jiān)測(cè)和故障診斷已逐漸成為由振動(dòng)理論、振動(dòng)測(cè)試和信號(hào)分析相結(jié)合而生成出來的一門重要的學(xué) 科。其中，振動(dòng)測(cè)試分析起著關(guān)鍵的作用。振動(dòng)測(cè)試重要性：許多情況下，機(jī)械振動(dòng)會(huì)造成危害。它影響精密儀器設(shè)備的功能；降低加工零件 的精度和表面質(zhì)量；加劇構(gòu)件的疲勞破壞和磨損，導(dǎo)致構(gòu)件損壞造成事故。但也 利用振動(dòng)來作有益的事情，如鐘表、清洗、超聲振動(dòng)切削等。振動(dòng)問題在生產(chǎn)實(shí) 踐中一直占有相當(dāng)重要的地位。因此必須對(duì)機(jī)械振動(dòng)進(jìn)

4、行觀測(cè)、分析、研究，而 測(cè)試始終是一個(gè)重要的、必不可少的手段。振動(dòng)測(cè)試的分類：對(duì)正在工作的對(duì)象進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量和分析。 其目的是評(píng)定對(duì)象振動(dòng)強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)的 動(dòng)載及動(dòng)變形，尋找振源及其傳遞路徑，監(jiān)測(cè)設(shè)備狀況。給對(duì)象施加激勵(lì)，使 其產(chǎn)生振動(dòng)，再作測(cè)試。其目的是測(cè)定對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性或評(píng)定抗振能力，如伺服控制頻率掃描裝置。振動(dòng)量的一個(gè)重要特征是周期性， 故常需對(duì)其作各種頻域分析。此外，許多振動(dòng) 測(cè)試方法都以相關(guān)的振動(dòng)理論為依據(jù)。從這兩點(diǎn)來看，振動(dòng)測(cè)試比其它機(jī)械量測(cè) 試要復(fù)雜，所涉及的知識(shí)面較廣泛。振動(dòng)測(cè)試分析涉及信號(hào)描述方法和數(shù)字處理 方法等，許多儀器的分析功能也是為振動(dòng)（或動(dòng)態(tài)過程）測(cè)試而設(shè)計(jì)的。汽車供應(yīng)商

5、們采用先進(jìn)的振動(dòng)測(cè)試技術(shù)來保證汽車在行駛中的安靜和平穩(wěn)。汽車 上的零件和組裝件必須經(jīng)受振動(dòng)可控測(cè)試技術(shù)的檢驗(yàn)。 汽車的振動(dòng)及振動(dòng)測(cè)試技術(shù)：汽車在行駛時(shí)始終處于振動(dòng)狀態(tài)， 由于路面不平， 車速和運(yùn)動(dòng)方向的改變， 發(fā)動(dòng) 機(jī)工作激勵(lì)以及車輪、 傳動(dòng)系統(tǒng)不平衡質(zhì)量， 產(chǎn)生整車和局部的強(qiáng)烈振動(dòng)。 這些 振動(dòng)嚴(yán)重影響汽車的平順性、 操縱穩(wěn)定性等性能。 汽車振動(dòng)研究的傳統(tǒng)方法主要 是利用經(jīng)典力學(xué)，將整車簡(jiǎn)化成 3 個(gè)集中質(zhì)量子系統(tǒng)： 簧載質(zhì)量（車身、發(fā)動(dòng)機(jī)）， 前非簧載質(zhì)量（前懸架、前軸、前輪總成），后前非簧載質(zhì)量（后懸架、后軸、 后輪總成） ，并對(duì)輪胎、懸架的非線性特性以及內(nèi)外激勵(lì)進(jìn)行不同程度的簡(jiǎn)化描 述

6、。汽車在行駛過程中始終受到外力的作用， 像路面高低不平的沖擊， 側(cè)向風(fēng)的作用 等；汽車本身的運(yùn)動(dòng)件像發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎、傳動(dòng)軸等也產(chǎn)生力或力矩作用。 所以汽車內(nèi)部從儀表板到桌椅， 從安全氣囊傳感器到引擎注油泵， 諸多零部件都 要經(jīng)過精確振動(dòng)模式和幅度的測(cè)試。在有些情況下，要用振動(dòng)測(cè)試法驗(yàn)證汽車的各種裝置在一般路面條件下會(huì)不 會(huì)損壞。在另一些情況下，通過振動(dòng)測(cè)試來識(shí)別機(jī)械發(fā)出的煩人的噪聲。 在振動(dòng)控制的工業(yè)中，開發(fā)成功的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)有可能在實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)線上制造成更加貼近真實(shí)的振動(dòng)環(huán)境。 今天，振動(dòng)測(cè)試除了使用隨機(jī)波、 正弦波和 沖擊波的傳統(tǒng)方法， 又增加了更加復(fù)雜的方法， 比如隨機(jī)波上加正弦波和波

7、形復(fù) 制。正如名稱所示，隨機(jī)正弦波是把隨機(jī)振動(dòng)與正弦波結(jié)合起來形成復(fù)雜的振動(dòng)形 式；波形復(fù)制振動(dòng)模仿出真實(shí)的汽車振動(dòng)環(huán)境。 隨機(jī)正弦波振動(dòng)把多個(gè)正弦波與 具有寬頻帶的噪聲結(jié)合在一起。 正弦波振動(dòng)可以是固定的或者是掃描式的諧波或 非諧波振動(dòng)， 而且在整個(gè)頻帶內(nèi)的振動(dòng)幅度是可變的。 就模仿在路面變化行駛中 的隨機(jī)振動(dòng)的汽車來說， 其引擎轉(zhuǎn)速增加或減少時(shí)， 隨機(jī)正弦波振動(dòng)是很好的測(cè) 試方法。汽車內(nèi)部從儀表板到桌椅， 從安全氣囊傳感器到引擎注油泵， 諸多零部件都 要經(jīng)過精確振動(dòng)模式和幅度的測(cè)試。在有些情況下，要用振動(dòng)測(cè)試法驗(yàn)證汽車的各種裝置在一般路面條件下不會(huì)損 壞。在另一些情況下，通過振動(dòng)測(cè)試來識(shí)別

8、機(jī)械發(fā)出的煩人的噪聲。在振動(dòng)控制的工業(yè)中， 開發(fā)成功的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)有可能在實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn) 線上制造成更加貼近真實(shí)的振動(dòng)環(huán)境。 今天， 振動(dòng)測(cè)試除了使用隨機(jī)波、 正弦波 和沖擊波的傳統(tǒng)方法， 又增加了更加復(fù)雜的方法， 比如隨機(jī)波上加正弦波和波形 復(fù)制。正如名稱所示，隨機(jī)正弦波是把隨機(jī)振動(dòng)與正弦波結(jié)合起來形成復(fù)雜的振動(dòng) 形式；波形復(fù)制振動(dòng)模仿出真實(shí)的汽車振動(dòng)環(huán)境。 隨機(jī)正弦波振動(dòng)把多個(gè)正弦波 與具有寬頻帶的噪聲結(jié)合在一起。 正弦波振動(dòng)可以是固定的或者是掃描式的諧波 或非諧波振動(dòng)， 而且在整個(gè)頻帶內(nèi)的振動(dòng)幅度是可變的。 就模仿在路面變化行駛 中的隨機(jī)振動(dòng)的汽車來說， 其引擎轉(zhuǎn)速增加或減少時(shí)， 隨機(jī)

9、正弦波振動(dòng)是很好的 測(cè)試方法。實(shí)際應(yīng)用采用隨機(jī)正弦波振動(dòng)和波形復(fù)制方法對(duì)汽車進(jìn)行測(cè)試， 可真實(shí)地再現(xiàn)汽車行駛 中的實(shí)際環(huán)境，用作設(shè)計(jì)驗(yàn)證和質(zhì)量控制。?儀表板 許多汽車制造廠對(duì)儀表板組件進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試以檢查其發(fā)出的咯吱聲和卡嗒聲。這一項(xiàng)是新車購買者可能最不滿意的地方，在保證金中占很大份額。 為了測(cè)試建造了專用振動(dòng)臺(tái)， 它不使用風(fēng)扇， 為的是造成清靜的環(huán)境來驗(yàn)證 振動(dòng)中的儀表板是否有咯吱聲和卡嗒聲。 因?yàn)闆]有通風(fēng)散熱， 只能在溫升超過工 作溫度時(shí)做短時(shí)間的振動(dòng)測(cè)試，然后測(cè)試要暫停一會(huì)兒讓設(shè)備冷卻下來。 除振動(dòng)臺(tái)外， 所有能發(fā)出噪聲的儀器設(shè)備， 包括振動(dòng)臺(tái)的控制器都應(yīng)放在測(cè) 試室的列邊。 遙控面板和顯

10、示器要懸掛在測(cè)試裝置的上面， 便于工作人員能聽見 噪聲并控制測(cè)試過程。用于檢驗(yàn)咯吱聲和卡嗒聲的振動(dòng)模式， 由隨機(jī)波、 掃描正弦波和代表負(fù)荷的 多段波形所構(gòu)成。 其振動(dòng)幅度要控制在汽車正常行駛中的額定實(shí)驗(yàn)值內(nèi)。 為了避 免振動(dòng)過于猛烈。要維修部件并做好緊固工作。在振動(dòng)測(cè)試中， 操作人員起著關(guān)鍵性的作用， 例如施加掃描式正弦波來重復(fù) 加速引擎的振動(dòng)模式， 此時(shí)可能要加上幾次掃頻來發(fā)現(xiàn)異常的噪聲。 由于咯吱聲 和卡嗒聲難于發(fā)現(xiàn)起因， 操作者必須停止對(duì)儀表板做下一步的操作， 并且用于動(dòng) 方式來控制振動(dòng)頻率和振幅， 檢查產(chǎn)生噪音的真正原因。 這樣才能找到產(chǎn)生噪聲 的機(jī)理，許多設(shè)備生產(chǎn)廠也采用這種方法作為

11、質(zhì)量控制的手段。檢測(cè)咯吱聲和卡嗒聲時(shí)， 有時(shí)采用加溫與日光照射相結(jié)合的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)。 有些 汽車公司安裝一種集成測(cè)試系統(tǒng)， 在大的溫度控制室內(nèi)安裝有電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)和太陽 陣列，操作人員在中央控制中心調(diào)節(jié)溫度、 振動(dòng)模式和振幅以及陣列來探測(cè)噪聲。?汽車座椅 已有多家汽車公司使用高新技術(shù)的振動(dòng)測(cè)試設(shè)備檢驗(yàn)發(fā)出咯吱聲的座椅。 把 座椅安裝在電動(dòng)液壓振動(dòng)臺(tái)的俯仰板上。 用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀自動(dòng)檢查噪聲， 得到 1/3 倍頻程頻譜。采用儀器監(jiān)視而非人工檢測(cè)，當(dāng)噪聲超過預(yù)設(shè)的電平時(shí)，才通 知操作人員。由于汽車座椅更容易受到路面振動(dòng)的影響， 要對(duì)座椅和它的安全帶進(jìn)行測(cè)試 最好采用模仿路面技術(shù)。 復(fù)制真實(shí)路面振動(dòng)波形代替

12、傳統(tǒng)的振動(dòng)方法， 可取得更 好的測(cè)試結(jié)果。路面仿真用振動(dòng)臺(tái)重現(xiàn)紀(jì)錄的歷史情況。有時(shí)由 4 個(gè)或 6 個(gè)振動(dòng)臺(tái)組成的 裝置來重現(xiàn)汽車車輪同時(shí)振動(dòng)的環(huán)境。 使用最先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)和快速的數(shù)字 信號(hào)處理器可精確模仿實(shí)際的振動(dòng)環(huán)境。以前，即便是模仿一般路況的持續(xù)時(shí)間不足一小時(shí)， 卻需要一天的計(jì)算時(shí)間。 而今天，用一臺(tái)振動(dòng)控制器便可無限期模仿路面的歷史情況， 也無需幾個(gè)小時(shí)或 一天的脫機(jī)計(jì)算。甚至能同時(shí)使用幾個(gè)振動(dòng)臺(tái)在幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)上做模仿試驗(yàn)。?后視鏡 后視鏡組合件的穩(wěn)定性測(cè)試可用振動(dòng)臺(tái)模仿路面振動(dòng)。 用后視鏡反射光束的 散射測(cè)量鏡子的振動(dòng)，并查出令汽車買主討厭的振顫部件。由于反射光束被鏡子放大了兩倍，

13、 在驅(qū)動(dòng)條件下鏡子有很小振動(dòng)都能使后視 鏡影像變得模糊。 要在測(cè)試過程中找出引起后視鏡影像模糊的振動(dòng)頻率， 使用了 可控加速度幅度的掃描正弦振動(dòng)加在后視鏡上。 用激光圖像系統(tǒng)來監(jiān)視鏡子的圖 像，并在鏡子諧振時(shí)拍攝出現(xiàn)的圖像。 激光圖像系統(tǒng)中的程序與振動(dòng)控制系統(tǒng)通信，把振動(dòng)頻率、振幅和其它有關(guān)參數(shù)（時(shí)間和日期）儲(chǔ)存起來。亦可用振動(dòng)測(cè)試來鑒別后視鏡組件的自然振動(dòng)頻率的模范？性質(zhì)， 用儀器錘 子產(chǎn)生振動(dòng)代替可控振動(dòng)臺(tái)。汽車后視鏡生產(chǎn)廠家對(duì)后視鏡組件進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試的過程是： 用沖擊測(cè)試法鑒 別鏡子的諧振頻率和由于引擎振動(dòng)引發(fā)的潛在結(jié)構(gòu)缺陷； 用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀測(cè)出 產(chǎn)品對(duì)沖擊的反應(yīng)， 測(cè)出產(chǎn)品的諧振頻率并

14、與預(yù)先設(shè)置的頻譜相比較。 這樣便可 在制造期間自動(dòng)檢驗(yàn)產(chǎn)品的質(zhì)量。?注油泵注油泵承受著泵體組合件對(duì)路面和引擎的聯(lián)合振動(dòng)環(huán)境。 代表引擎振動(dòng)的正 弦波振動(dòng)疊加在隨機(jī)振動(dòng)的背境上， 準(zhǔn)確地模仿路面的振動(dòng)的背境上， 準(zhǔn)確地模 仿路面的振動(dòng)狀況。 再加上用幾個(gè)正弦波諧波來模仿引擎的振動(dòng)就非常貼近真實(shí) 情況。你聽到的由振動(dòng)臺(tái)發(fā)出的噪聲，就等于聽到實(shí)際汽車在路上發(fā)出的聲響。為了模仿實(shí)際安裝在引擎上的注油泵， 用振動(dòng)臺(tái)上的夾具把注油泵固定后再 進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。 由于夾具本身也增加了檢測(cè)的復(fù)雜性， 它的機(jī)械諧振為十字軸運(yùn) 動(dòng)增加額外的幅度，因此要使用一種稱為開槽的技術(shù)來施加限制。 最大允許的隨機(jī)和正弦振動(dòng)的幅度取決于極限頻譜、 每個(gè)正弦諧波的振幅和隨機(jī) 振動(dòng)附加的能譜密度。 在測(cè)試期間， 在十字軸方向上測(cè)得的加速度不允許超過極 限頻譜。減少驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率便可避免達(dá)到這個(gè)極