振动测试在汽车零部件检测中的应用分析

黄 利， 谯 畅

（长沙汽车电器检测中心， 湖南 长沙 410100）

随着社会经济的快速发展，汽车工业得到了更加迅猛的发展，针对汽车及零部件性能检测工作的关注度不断提升。汽车零部件检测工作的有效开展，能够确保汽车零部件满足整体需要，确保零部件的性能水平与汽车性能水平保持一致性，以确保汽车性能的可靠性和安全性。汽车零部件检测工作中，振动测试方法可以测试零部件在振动和撞击环境下的反应，分析零部件的性能，能够对零部件存在的问题及不足进行有效地把握，从而进行有效改进，使汽车零部件的品质符合汽车制造的实际需要。

振动测试主要是指汽车零部件在预期使用过程中，对零部件的抗振能力进行有效地检测，分析其性能水平，判断其性能水平是否能够满足汽车运行的实际需要。一般来说，振动检测工作的开展，主要涉及到了正弦振动检测和随机振动检测两种类型。

关于振动问题对汽车零部件的影响，主要表现在以下几个方面。

1） 对汽车零部件的结构产生一定的损毁。受到振动影响，可能会导致汽车零部件出现形变和裂纹的情况。

2） 通过开展振动测试，能够对零部件的性能水平进行有效把握。例如，在开展振动测试过程中，一些不合格的零部件会出现无法正常工作的情况。

3） 零部件出现工艺性破坏的问题。如汽车零部件螺钉连接件可能出现开焊或松动的情况，在进行振动测试时，通过把握振动测试的多点控制技术或多台联合激动技术应用，能够及时发现零部件存在的问题，并做好针对性的调控[3]。

总的来说，在开展汽车零部件检测过程中，通过对振动测试技术的有效应用，能够提升汽车零部件检测的效果，保证零部件的品质。

汽车零部件振动测试系统的组成主要包括以下几部分。

1） 振动器（图1）。在开展检测过程中，当零部件发生振动后，出现振动位移、加速度以及频率等数值，通过对这些物理量指标进行有效把握，能够分析检测中存在的问题及不足。同时，在零部件与振动器进行连接过程中，要注重确保稳定性，并且要与激励传送呈现出正比关系，确保检测工作的有效开展。

图1 振动器

2） 传感器。传感器应用于汽车零部件检测当中，主要针对于零部件的振动量进行检测，并且借助于相关设施实现振动量向电信号的转变。传感器安装示意如图2所示。

图2 传感器安装示意图

3） 放大器（图3）。借助于放大器设备实现对电测传感器获取的信号进行放大，并利用信号采集器对信号进行捕捉和分析，从而对测试数据信息进行有效获取。在对放大器选择过程中，需要将放大器与传感器进行有效结合，从而提升振动检测的效果，能够获取更加准确的测试数据。

图3 放大器

3.1 机械测量法的应用

机械测量法应用于汽车零部件检测中，注重将机械结构作为检测的主要载体，分析机械结构的性能水平，如图4所示。在检测时，技术人员需要获取相应的机械信号，测量之后，对机械能损耗问题做好把握，以分析汽车零部件的品质和性能。但是机械检测法应用时，存在精确性问题，因此要注重对可能出现的问题做好全面分析和把握，以提升机械法检测的效果及品质，更好地满足实际检测需要。

图4 机械测量法示意图

3.2 光学测量法的应用

光学测量法的应用，主要借助于光学传感器对汽车零部件的信息进行获取，从而对零部件的性能、水平进行反馈，如图5所示。注重将光学信号进行放大，对光学检测器进行科学、有效应用，将光学信号转化为电信号。在实际测量时，可以对电信号进行直接测量，之后将获取的电信号转化为物理量值，从而做好零部件性能的有效判断。此外，要注重联系汽车零部件生产制造的相关标准及规范，提升光学测量法检测的效果及品质。

图5 光学测量法原理图

3.3 电测法的应用

目前，在对汽车零部件进行检测过程中，电测法应用比较普遍。电测法的应用，实现了对不同物理量的转化，利用电信号进行替代。图6为电测法原理图。在数值检测过程中，利用放大器，设置参数信息，对汽车零部件的物理数据进行有效搜集及获取，结合电信号对汽车零部件性能做好分析。电测法的应用，具有灵敏度高、精确度高的优势，并且在检测过程中不受距离的影响和限制。因此，在对电测法应用时，要做好针对性的准备工作，以提升电测法的检测效果及品质。

图6 电测法原理图

3.4 汽车零部件检测案例分析

3.4.1 试验目的

利用振动测试对汽车零部件进行检测，对结构模态参数进行获取，并通过对标准数值进行对比，从而分析汽车零部件的性能。振动试验一般采用电测法。

3.4.2 试验标准

汽车零部件设备振动试验标准主要采用以下标准。

1） GB/T 28046.3—2011（ISO 16750-3：2007，MOD）《道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验 第3部分：机械负荷》。

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）《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Fc：振动（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《包装 运输包装件基本试验第10部分：正弦变频振动试验方法》。

7） GB/T 2423.56-2006（IEC 60068-2-64：1993，IDT）《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Fh：宽带随机振动（数字控制） 和导则》。

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《电工电子产品环境试验 第2-80部分：试验方法 试验Fi：振动 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《包装 运输包装件 随机振动试验方法》。

12） QC/T 413—2002《汽车电气设备基本技术条件》。

3.4.3 试验方法

针对不同的零部件在行业标准中也有明确具体的测试方法。

3.4.3.1 按QC/T 729—2005《汽车用交流发电机技术条件》5.10条试验

如发电机样品可依据QC/T 729—2005《汽车用交流发电机技术条件》5.10条进行耐振动试验。具体如下所述。

交流发电机耐振动试验按QC/T 413中4.12的规定进行，交流发电机转速为3000r/min，输出电流为10%IR（I不小于5A），输出电压由调节器控制。

产品经受X、Y、Z 3个方向的扫频振动试验，图7为发动机上位置Z方向频谱曲线图。根据发电机的安装部位选择严酷等级，见表1。

图7 发动机上位置Z方向频谱曲线图

表1 扫频振动试验严酷度等级

试验需满足以下要求：①产品经振动试验后，零部件无损坏，紧固件无松脱现象；
②性能满足冷态工作性能和调节器特性的调节电压值要求。

此项试验所需要的主要测试设备为：振动台、蓄电池和发电机匹配工装及负载。

若测试样品无相关对应的行业标准，可依据安装位置按照国标协商确定来选择振动类型和试验参数。

3.4.3.2 按照GB/T 28046.3—2011试验

发电机样品依据GB/T 28046.3—2011（ISO 16750-3：2007，MOD）《道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验第3部分：机械负荷》进行耐振动试验，目的是检验样品因受到振动导致的失效和损坏，其主要失效是由疲劳造成的损坏。可细分乘用车用发电机和商用车用发电机。现以乘用车用发电机为例，根据发电机的安装位置来选择测试参数，具体如下所述。在一般规定中，样品在振动试验期间的温度循环按GB/T 2423.22标准，并在整个装置达到Tmin后及循环的第210min和第410min间进行附加通电运行。温度循环如图8所示。

图8 振动试验温度曲线

1） 乘用车发电机正弦振动-由气缸不平衡质量作用于连杆上产生的正弦振动类型。

正弦振动按GB/T 2423.10 进行试验，不同于GB/T 2423.10的是，扫频速率不大于0.5oct/min。DUT每个轴向的试验持续时间为22h，加速度幅值和频率按图9的规定。

图9 加速度幅值和频率

2） 乘用车发电机随机振动-由发动机其他振动源产生的随机噪声类型

按GB/T 2423.56进行试验，样品每个轴向的试验持续时间为22h，加速度功率谱密度（PSD）与频率见图10。

图10 加速度功率谱密度（PSD）与频率

试验必须满足以下要求：①不允许出现损坏；
②在GB/T 28046.1定义的工作模式3.2（带电运行并控制在典型运行模式） 下达到功能状态A（试验中和试验后，所有功能满足设计要求），其他工作模式下达到功能状态C（试验中一个或多个功能不满足设计要求，但试验后所有功能自动恢复到正常运行）。

此项试验所需要的主要测试设备是复合型振动测试台、蓄电池和发电机匹配工装及负载。

3.4.4 试验过程

通过采取振动测试，对汽车零部件进行检测，利用传感器、激振器对试验件的参数信息进行获取，通过信号转接器对数据反馈到电脑端，对零部件的响应函数进行获取，从而判断汽车零部件性能水平是否满足实际需要。图11为振动试验布置图，图12为扫频振动试验测试频谱图，图13为复合振动试验布置图，图14为随机振动试验测试频谱图。

图11 振动试验布置图

图12 扫频振动试验测试频谱图

图13 复合振动试验布置图

图14 随机振动试验测试频谱图

3.4.5 试验结论

试验后发电机功能及外观无异常。发电机在试验后不能提供85%的电流则认为是失效。各零部件无损伤、变形，紧固件不松动。试验前、后发电机各检测点稳定15min后的性能输出见表2。

表2 试验前、 后发电机各检测点性能输出

综合上述分析来看，在开展汽车零部件检测过程中，要注重对振动测试方法进行有效地应用，发挥振动测试的功能及作用，提升汽车零部件检测的效果及品质，对零部件存在的问题及不足进行反馈，从而为汽车零部件的制作及改进提供重要的参考及指引，提升汽车零部件的品质，使汽车安全稳定运行，以促进汽车行业良好的发展。

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