小型汽車零部件振動試驗裝夾的基本要素

姜震，趙億，謝寧，高偉中，孫環忠，周承，裴麗麗

(聯合汽車電子有限公司，上海 201206)

0 引言

振動試驗裝夾是振動試驗操作中的一個重要環節，有不少裝夾要素，稍不留意即可能造成振動試驗的非正常失敗。因此為能使振動試驗操作人員作出高質量的試驗裝夾和確保振動試驗的質量，文中按振動試驗的裝夾步驟對試驗裝夾的基本要素做了簡單介紹。

1 對試驗相關物品的要求

1.1 對轉接板的要求(如果試驗必須通過轉接板實現裝夾)

如果試驗必須通過轉接板實現裝夾，轉接板必須符合振動試驗的使用要求。應能確保滿足以下要求：(1) 轉接板的尺寸(直徑)應不大于振動臺面的尺寸(直徑)；(2) 轉接板需確保有一定的厚度，通常應不小于30 mm；(3) 轉接板需確保有足夠的安裝通孔用于與振動臺面的安裝螺紋孔連接，通常振動臺面上有的安裝螺紋孔，轉接板上都應該有與之匹配的安裝通孔；(4) 轉接板上安裝通孔的沉孔應能讓固定的螺栓有足夠的咬合厚度，通常應不小于15 mm，另外螺栓咬合面的平面度應符合連接面的粗糙度要求；(5) 轉接板使用的材料需確保有足夠的硬度，通常可采用標號為7075的銅鋁合金；(6) 轉接板需確保有足夠的上、下配合面的平面度；(7) 轉接板上平面用于夾具安裝的螺紋孔需確保足夠的強度，需做鑲剛套/鋼絲護套處理。

1.2 緊固件的來源和要求

(1) 緊固件的來源

固定轉接板、夾具的緊固件的來源。固定轉接板的螺栓、墊片等緊固件通常可由試驗操作人員按實際情況選用。

固定產品的緊固件的來源。固件產品的螺栓、墊片等緊固件首先應該由產品相關人員按產品安裝的實際環境提供或指定；如相關人員無法提供，也可由試驗人員按相關人員的要求提供。常用的有帶法蘭螺栓、標準螺栓+標準墊片兩種。

(2) 對自我選用螺栓的要求

螺栓強度。選用螺栓的強度應足夠，常用的強度等級可為12.9級。

螺栓長度。螺栓的長度需確保在夾具或產品等安裝后螺栓在螺紋孔內的咬合深度約為螺栓直徑的1.5倍，不能太深也不能太淺：太深會導致螺栓安裝后頂到了安裝螺紋孔的底部，使安裝后夾具或產品等仍然與振動臺面或夾具之間存在間隙；太淺會導致螺栓的咬合數過少，使連接強度不夠。

螺栓使用禁忌。不能使用有滑絲、裂紋、折彎、變形、過舊、生銹較嚴重、使用次數過多的螺栓。

(3) 對墊片的要求

需采用與螺栓相匹配的標準墊片。

墊片使用禁忌。不能使用有裂紋、折彎、過舊、變形較嚴重、生銹較嚴重、使用次數過多的墊片。

(4) 對固定膠帶的要求

用于固定線纜等的膠帶應能耐高低溫，耐受范圍需大于試驗要求的溫度范圍。如大于-50～160 ℃的溫度范圍，推薦使用鋁箔膠帶。

(5) 對用于捆綁的繩索、扎帶的要求

試驗裝夾中用于捆綁的繩索、扎帶應能耐高低溫，耐受范圍需大于試驗要求的溫度范圍，如大于-50～160 ℃的溫度范圍。

(6) 對用于粘接傳感器的膠水的要求

試驗裝夾中用于粘接傳感器的膠水應能耐高低溫，耐受范圍需大于試驗要求的溫度范圍，如大于-50～160 ℃的溫度范圍。

2 夾具或轉接板安裝上振動臺

2.1 轉接板與振動臺面的安裝(適合夾具必須通過轉接板安裝方式)

(1) 轉接板的采用

振動夾具與振動臺面直接安裝是推薦方法，這樣可以避免振動試驗少發生或不發生因轉接板的原因而造成的不確定因素。

在振動臺面上安裝轉接板、再將振動夾具安裝在轉接板上是一種被動方法，如果安裝不好可能會給振動試驗帶來不確定因素，因此原則上應盡可能地少采用或不采用，通常只有在振動夾具與振動臺面的安裝孔不匹配時才能采用。

(2) 轉接板的選用

轉接板必須是與振動臺面匹配的，不能隨便借用其他轉接板或使用與振動臺面不匹配的轉接板。

(3) 固定轉接板的螺栓數量

轉接板上所有與振動臺面匹配的安裝通孔都需要安裝固定螺栓。

(4) 轉接板安裝步驟

步驟如下：①測量振動臺面上的固定螺紋孔的深度。②在轉接板上的安裝通孔中放入安裝螺栓，看螺栓伸出轉接板底平面的長度。 ③確認安裝螺栓伸出轉接板底部的長度能確保螺栓在振動臺面上的螺紋孔內的咬合深度約為螺栓直徑的1.5倍。④將放入了安裝螺栓的轉接板輕輕放上振動臺面，并將轉接板上的安裝孔內的所有螺栓對上振動臺面上的固定螺紋孔。⑤將轉接板在振動臺面上輕微地來回移動使安裝螺栓與振動臺面的固定螺紋孔口貼合。⑥將轉接板上的安裝通孔按對角順序逐步將全部螺栓旋緊到較低扭力，如2 N·m，目的為確保轉接板的安裝平整度，使安裝后的轉接板不會存在安裝應力、扭曲力以及與振動臺面之間存在安裝間隙等現象。⑦再將轉接板上的安裝通孔按對角順序逐步將全部螺栓旋緊到規定的扭力。

(5) 螺栓安裝扭力的采用

通常可按國家標準。

(6) 螺栓安裝扭力的實現

須使用扭力扳手。

(7) 轉接板安裝后的要求

轉接板安裝到振動臺面上需服帖，無額外應力，安裝扭力應保證。過渡板安裝后的圖片如圖1所示：轉接板必須是與振動臺面匹配的，所有與振動臺面匹配的安裝孔都需要安裝固定螺栓，螺栓安裝步驟需符合要求，轉接板安裝需使用扭力扳手。

圖1 過渡板安裝后的圖片

2.2 夾具與振動臺面或轉接板的安裝

(1) 夾具與振動臺面或轉接板的匹配

原則上振動夾具的底面積應不大于振動臺臺面或轉接板的面積。

(2) 螺栓安裝數量

振動夾具上所有與振動臺面或轉接板相匹配的安裝通孔只要無干涉都要安裝固定螺栓。

(3) 夾具安裝步驟

步驟如下：①測量振動臺面或轉接板上的安裝螺紋孔的深度。②在夾具上所有與振動臺面匹配的安裝通孔中放入安裝螺栓，看螺栓伸出夾具底部的長度。③確認安裝螺栓伸出轉接板底部的距離能確保螺栓在振動臺面的螺紋孔內的咬合深度約為螺栓直徑的1.5倍。④將夾具輕輕放上振動臺面或轉接板，并將夾具上的安裝通孔內的所有螺栓對上振動臺面上的安裝螺紋孔。⑤將夾具在振動臺面或轉接板上輕微地來回移動使安裝螺栓與振動臺面或轉接板上的安裝螺紋孔口貼合。⑥按夾具上安裝通孔的對角順序逐步將全部螺栓旋緊到較低扭力，如2 N·m。⑦再按夾具上的安裝通孔的對角順序逐步將全部螺栓旋緊到規定的扭力。

(4) 螺栓安裝扭力的采用

通常可按國家標準。

(5) 螺栓安裝扭力的實現

須使用扭力扳手。

(6) 夾具安裝后的要求

夾具安裝到振動臺面或轉接板上需服帖，無額外應力，安裝扭力應保證。

3 產品安裝上夾具

3.1 產品安裝要求的來源

(1)由相關人員提供或指定

產品安裝相關的緊固件和安裝要求，如螺栓或螺栓的規格、數量、安裝順序、安裝扭力等應由產品相關人員提供。

(2)按國家標準

如相關人員不提供產品的安裝扭力和相關要求則可按國家標準。

3.2 螺栓的安裝

(1) 安裝數量

按相關人員的要求，通常產品上所有的安裝孔螺栓都需要安裝。

(2) 安裝順序

按相關人員提供的順序要求;如相關人員無特殊要求，可按產品上安裝孔的對角順序逐步將全部螺栓旋緊到較低扭力，如2 N·m，再按產品上所有安裝孔的對角順序逐步將全部螺栓旋緊到規定的扭力。

(3) 扭力的實現

須使用扭力扳手(實現的扭力如能留下照片作為證據最好)。

3.3 常見不當安裝和可能造成的后果

(1) 不當操作一：螺栓安裝數量不夠

安裝描述：夾具、轉接板、振動臺面之間的安裝螺栓能裝多少就裝多少，稍有安裝難度的就不安裝。

可能造成的問題：夾具、轉接板、振動臺面之間某些部分的連接強度不夠，使夾具、轉接板、振動臺面之間在振動試驗中出現互相拍打和振動放大的現象、夾具的共振峰頻率往低頻偏移進入試驗要求的頻率范圍內等，造成試驗的不確定因素增加。

(2) 不當操作二：螺栓緊固無順序或一次性將安裝扭力旋緊到規定的扭力

安裝描述：在安裝夾具、產品等時，螺栓緊固無順序或將所有安裝螺栓一次性旋緊到規定的扭力。

可能造成的問題：會導致夾具、產品在安裝后出現安裝不平衡現象，即在第一個螺栓安裝完畢后，被安裝的夾具、產品在該安裝螺栓的對角部分可能已經翹起，而后面再安裝的螺栓很難或根本不可能彌補該安裝缺陷，可能造成安裝后的夾具、產品出現扭曲、變形、底部與安裝平面之間不貼合等現象。

(3) 不當操作三：選用過長螺栓造成了安裝頂底

安裝描述：螺栓的長度大概選用，并且不知道安裝螺紋孔的深度，導致選用的螺栓長度在安裝后頂到了安裝螺紋孔的底部。

可能造成的問題：安裝后的螺栓頂到了安裝螺紋孔的底部，使夾具或產品在安裝后與安裝平面之間仍然存在間隙，造成振動試驗中出現互相之間的拍打和振動放大現象，最終可能導致振動試驗的非正常失敗。

4 產品(對接插件)線纜固定

4.1 產品(對接插件)的來源

(1) 由相關人員提供

產品的對接插件首先應該由相關人員提供，為產品在實際安裝環境中使用的接插件。

(2) 由相關人員指定

如相關人員無法提供相關接插件，應由相關人員指定。

4.2 產品(對接插件)的使用

(1) 首次使用

通常產品的對接插件應該是未使用過的新件，已經做過試驗的對接插件原則上不能再使用。

(2) 插拔次數

相關人員應對產品的對接插件在試驗方向更換時允許的插拔次數給出規定。

4.3 產品或產品對接插件線纜固定方法的采用

要求如下：(1) 模擬產品線纜在使用中的實際情況；(2) 按產品規范的要求；(3) 按相關人員的書面要求；(4) 如相關人員無要求，可參考以下要求。

4.4 產品線纜的第一道固定的要求

(1) 線纜的固定要求

固定距離。通常5～10 mm直徑的線纜，固定距離可為100～150 mm。

彎曲半徑。通常5～10 mm直徑的線纜，轉彎半徑可大于50 mm。

固定位置。產品(對接)線纜的第一道固定通常需要在振動件上，即產品的第一道固定是需要跟著產品一起振動以避免振動中二者之間出現相對位移，使產品的導線根部或接插件承受額外的拉拽力等。線纜的第一道固定效果如圖2所示。

圖2 線纜的第一道固定效果圖

以上因素在夾具設計時通常都是需要考慮的。

(2) 線纜的保護措施

保護措施如下：在產品線纜或對接插件線纜的外部全部增加保護套管；在產品線纜或對接插件線纜上可能會與其他物品發生摩擦的局部增加保護；在其他物品上可能會磨損到線纜的部分，如夾具、設備的棱角等處增加保護；將增加了保護的線纜與增加了保護的其他物品固定在一起以避免互相之間在振動中直接發生摩擦。

(3) 固定方法一：將線纜固定在夾具上的卡槽內(優先采用)

線纜卡槽固定方式照片如圖3所示。線纜的外部局部增加了保護(位置1)，線纜及局部保護固定在卡槽內(位置2)，如圖3(a)所示。對直向出線的線纜，所有線纜外部都增加了局部保護并固定在卡槽內，如圖3(b)所示。對側向出線的線纜，線纜的外部局部增加了保護，線纜固定在卡槽內，如圖3(c)所示。

(4) 固定方法二：在夾具或振動臺面上安裝固定螺栓，再將產品線纜與螺栓固定(被動采用)

圖3 線纜卡槽固定方式照片

在某些情況下，由于受到條件的限制，產品線纜不得不采用螺栓固定方式，該固定方式因容易造成線纜磨損，所以操作要求也較高，需非常注重細節以防止因該固定問題而導致試驗的非正常失敗。通常需注意以下事項：①螺栓使用的注意事項:螺栓有足夠的強度以避免螺栓在振動中被振斷，通常強度要求為12.9級；螺栓有足夠的直徑以避免螺栓在振動中被振斷，通常直徑應不小于M10；螺栓伸出距離不宜過長以避免螺栓在振動中被振斷，通常伸出距離應能短則短；螺栓不能多個試驗連續使用以避免螺栓在振動中被振斷，尤其是大量級振動試驗；螺栓伸出端根部需有螺帽固定以避免螺栓在振動中發生旋轉；螺栓外部需包裹耐磨材料，以避免振動中磨損到產品線纜；大量級振動試驗需謹慎采用該固定方式。

②線纜固定的注意事項：線纜在固定處需有耐磨、耐溫材料保護。

③扎帶的注意事項：使用的扎帶強度需足夠；扎帶應能耐當前試驗的高低溫度。

④線纜和螺栓互相固定的注意事項：固定處需緊固，應盡可能地避免振動中線纜與螺栓發生晃動和磨損；固定的強度應足夠以避免振動中線纜被振脫落。

線纜采用螺栓固定方式圖片介紹如圖4所示：需防止線纜與固定螺栓、夾具棱角等處發生磨損，如圖4(a)位置1所示；螺栓不能太細、伸出距離不宜過長以防止振動中被振斷，如圖4(a)位置2所示；螺栓用螺帽鎖死在夾具上以防止振動中發生松動，如圖4(a)位置3所示；因線纜較粗，采用2根扎帶交叉固定,如圖4(b)所示；螺栓外部增加了耐磨耐溫軟橡膠保護,線纜外部增加了耐磨耐溫軟橡膠保護，如圖4(c)所示; 線纜外部增加了耐磨耐溫軟橡膠保護,如圖4(d)所示；螺栓的外部增加了耐磨耐溫軟橡膠保護，如圖4(e)所示；較細的多股軟線纜的出線處需保持一定的直線距離，線纜的第一道固定在下方的卡槽內，如圖4(f)所示；較細的多股硬線纜的出線處需保持一定的直線距離，如圖4(g)所示。

圖4 線纜采用螺栓固定方式圖片介紹

4.5 第一道后的線纜固定要求

(1) 線纜的固定要求

固定距離。根據線纜的直徑、硬度等情況自我掌握。

彎曲半徑。固定應使線纜順暢并無劇烈折彎。

固定位置。可以在振動件上，也可以不在振動件上。

(2) 布線方式

需確保線纜有一定的自然松弛度，不能過分拉緊，尤其是從振動的一端到靜止的一端需特別注意；兩個固定點之間的線纜在振動中是有相對位移的，固定應不會使之間的線纜在振動中受到額外的拉拽力。

布線方式圖片介紹如圖5所示。

圖5 第一道后的線纜固定方式圖片介紹

將線纜用固定螺栓固定的方式固定在夾具或振動臺面等振動件上,在位置1處線纜外部增加了耐磨軟橡膠保護，在位置2處螺栓外部增加了耐磨軟橡膠保護，如圖5(a)所示。將線纜固定在試驗的上方，由于相對位移，位置1處線纜固定要使線纜自然松弛，不宜過松、也不宜過緊，需特別注意位置2處線纜與夾具邊緣的保護，如圖5(b)所示。需防止線纜與溫度箱孔壁發生摩擦，如圖5(c)所示。三綜合溫濕度箱外部，對于較重的線纜不能采用直接懸吊方式以防止線纜的重力使線纜的固定處產生拉拽力和線纜磨損，可采用吊在高處等方式，如圖5(d)所示。

常見線纜不當布置(主要為5種)如圖6—圖10所示。

圖6 線纜在固定處未增加保護

圖7 線纜在設備棱角處未增加保護

圖8 線纜保護材料選用不當

圖9 忽略線纜拉力/重力對試驗的影響

圖10 線纜折彎半徑過小

不當線纜布置方式一:線纜與固定處直接固定，未采取任何保護措施。會導致線纜在振動中發生磨損，如圖6所示。

不當線纜布置方式二：線纜與設備等棱角接觸部分不采取任何保護或保護不夠。會導致試驗后線纜與設備的棱角等處發生摩損，如圖7所示。

不當線纜布置方式三：采用不耐磨材料保護線纜。會導致試驗后線纜與固定螺栓發生摩損，如圖8所示。

不當線纜布置方式四：線纜懸吊在溫度箱孔外部，會對內部的線纜固定處造成拉拽力。會導致試驗后線纜與固定螺栓發生摩損，如圖9所示。

不當線纜布置方式五：接插頭出線口處的線纜折彎半徑過小。會導致線纜在折彎處斷裂，如圖10所示。

常見線纜磨損發生處主要有4處，如圖11(a)所示。 在線纜的固定處,可在固定螺栓、線纜外部增加耐磨耐溫橡膠保護。如圖11(b)所示：在與夾具的棱角處，可在夾具棱角的邊緣、線纜外部增加耐磨耐溫橡膠保護。如圖11(c)所示：在溫度箱的金屬棱角處，涂上永久耐高低溫硅膠，線纜外部增加耐磨橡膠保護。如圖11(d)所示：在溫度箱的壁孔處，增加耐高低溫橡膠圈，線纜外部增加耐磨橡膠保護。

圖11 常見線纜磨損發生處

5 產品其他連接件(如有)的固定

產品其他連接件(如冷卻水管的管路等)的布置應不會使連接處受到格外應力；產品其他連接件(如冷卻水管的管路等)第一道固定的長度與轉彎半徑等需合適；產品其他連接件(如冷卻水管的管路等)應不會在振動中發生磨損。產品其他連接件固定方式圖片介紹如圖12所示：將產品的其他連接件固定在夾具上的卡槽內，需防止產品的其他連接件與夾具等物發生磨損。

圖12 產品其他連接件固定方式圖片介紹

6 加速度傳感器的擺放

6.1 加速度傳感器的選用

傳感器的溫度使用范圍需能覆蓋當前振動試驗的溫度要求范圍。

6.2 加速度傳感器線纜的采用

傳感器線纜的溫度使用范圍需能覆蓋當前振動試驗的溫度要求范圍。

6.3 加速度傳感器控制點的擺放位置和控制策略

(1) 擺放位置。國標GB/T 10593.1-2005 6.1.1中對傳感器擺放位置是這樣描述的：“對于單一被測產品，測點應布置在產品的固定點或靠近固定點；對裝有減振器的產品，測點應布置在減振器下的安裝基座上”。

擺放位置應相對于振動臺面、夾具都要對稱。

(2) 控制策略。美國UD公司提供的說明書中是這樣描述的：“均值控制為控制器檢測所有各個通道求取信號的平均值，將均值作為被控對象，使整個控制點的振動量級更為一致”；因此，原則上需要采用兩點或兩點以上控制(相關人員如有特殊要求的除外)。

6.4 加速度傳感器測量點的擺放

部分產品需要在產品上放置測量點，目的為試驗分析或記錄試驗中產品扭力是否發生了松動。

(1) 擺放原則

加速度傳感器的擺放需滿足相關人員的要求；如相關人員無要求，可按以下原則擺放。

(2) 擺放數量和位置

如果是很多產品在同一個夾具的同一個方向上振動，可在對角位置選擇兩個產品放置；

如果是立方體夾具，產品分別安裝在3個面上，則可在每個方向上選擇一個產品放置；

對有些需要找共振的產品通常可將測量點擺放在產品的結構最薄弱處。加速度傳感器的固定方式如圖13所示。

推薦采用螺紋連接方式，用緊固工具將傳感器輕輕擰緊，直到徒手擰不松為止，如圖13所示。

圖13 加速度傳感器的固定方式圖片介紹

加速度傳感器線纜的固定方式如圖14所示：傳感器線纜在連接上傳感器之前先要將針頭輕輕在金屬件上觸碰一下，目的為釋放通道靜電。接上傳感器的線纜根部不能立即轉彎，需確保保持一段直線距離后才能開始轉彎，如圖14(a)所示。線纜固定方法一如圖14(b)所示：可采用膠帶全部與接觸物固定方法。線纜固定方法二如圖14(c)所示：線纜可采用膠帶分段固定，在與接觸物品的邊緣處需有固定，各固定點之間的間隔不能過大，以避免振動中線纜過分晃動給試驗帶來電噪聲干擾。

圖14 加速度傳感器線纜的固定方式圖片介紹

7 試驗拆卸

試驗產品的拆卸需要記錄拆解扭矩(拆解的扭力如能留下照片作為證據最好)，以證實產品在振動中是否發生了扭力松動。

8 總結

以上是對小型汽車零部件產品振動試驗裝夾基本要素的介紹。如果振動試驗操作人員在日常的振動試驗裝夾中能認真對待這些要素，將可能在實現高質量振動裝夾操作的同時把因振動裝夾原因而導致的振動試驗失敗的可能性降到低點。