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）

隨著社會經濟的快速發展，汽車工業得到了更加迅猛的發展，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境下的反應，分析零部件的性能，能夠對零部件存在的問題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，主要表現在以下幾個方面。

1）對汽車零部件的結構產生一定的損毀。受到振動影響，可能會導致汽車零部件出現形變和裂紋的情況。

2）通過開展振動測試，能夠對零部件的性能水平進行有效把握。例如，在開展振動測試過程中，一些不合格的零部件會出現無法正常工作的情況。

3）零部件出現工藝性破壞的問題。如汽車零部件螺釘連接件可能出現開焊或松動的情況，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合激動技術應用，能夠及時發現零部件存在的問題，并做好針對性的調控[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。

2 汽車零部件振動測試系統的組成分析

汽車零部件振動測試系統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，當零部件發生振動后，出現振動位移、加速度以及頻率等數值，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，要注重確保穩定性，并且要與激勵傳送呈現出正比關系，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振動量向電信號的轉變。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，從而對測試數據信息進行有效獲取。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合，從而提升振動檢測的效果，能夠獲取更加準確的測試數據。

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，注重將機械結構作為檢測的主要載體，分析機械結構的性能水平，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，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，要注重聯系汽車零部件生產制造的相關標準及規范，提升光學測量法檢測的效果及品質。

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，實現了對不同物理量的轉化，利用電信號進行替代。圖6為電測法原理圖。在數值檢測過程中，利用放大器，設置參數信息，對汽車零部件的物理數據進行有效搜集及獲取，結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。

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，對結構模態參數進行獲取，并通過對標準數值進行對比，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）《電工電子產品環境試驗 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）《電工電子產品環境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Fh：寬帶隨機振動（數字控制）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《電工電子產品環境試驗 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《汽車用交流發電機技術條件》5.10條試驗

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

交流發電機耐振動試驗按QC/T 413中4.12的規定進行，交流發電機轉速為3000r/min，輸出電流為10%IR（I不小于5A），輸出電壓由調節器控制。

產品經受X、Y、Z 3個方向的掃頻振動試驗，圖7為發動機上位置Z方向頻譜曲線圖。根據發電機的安裝部位選擇嚴酷等級，見表1。

圖7 發動機上位置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產品經振動試驗后，零部件無損壞，緊固件無松脫現象；②性能滿足冷態工作性能和調節器特性的調節電壓值要求。

此項試驗所需要的主要測試設備為：振動臺、蓄電池和發電機匹配工裝及負載。

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

3.4.3.2 按照GB/T 28046.3—2011試驗

發電機樣品依據GB/T 28046.3—2011（ISO 16750-3：2007，MOD）《道路車輛 電氣及電子設備的環境條件和試驗第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。可細分乘用車用發電機和商用車用發電機。現以乘用車用發電機為例，根據發電機的安裝位置來選擇測試參數，具體如下所述。在一般規定中，樣品在振動試驗期間的溫度循環按GB/T 2423.22標準，并在整個裝置達到Tmin后及循環的第210min和第410min間進行附加通電運行。溫度循環如圖8所示。

圖8 振動試驗溫度曲線

1）乘用車發電機正弦振動-由氣缸不平衡質量作用于連桿上產生的正弦振動類型。

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時間為22h，加速度幅值和頻率按圖9的規定。

圖9 加速度幅值和頻率

2）乘用車發電機隨機振動-由發動機其他振動源產生的隨機噪聲類型

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信息進行獲取，通過信號轉接器對數據反饋到電腦端，對零部件的響應函數進行獲取，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 試驗結論

試驗后發電機功能及外觀無異常。發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、后發電機各檢測點穩定15min后的性能輸出見表2。

表2 試驗前、后發電機各檢測點性能輸出

4 結束語

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，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，使汽車安全穩定運行，以促進汽車行業良好的發展。