摘要：目前我国研究人员对汽车上复杂系统振动区域的研究不断深入，在试验分析方面也提出了更高的要求，确保试验结果达到力学测试分析的标准。在研究某一车型冷却系统的时候，对该车型振动工装设计进行了全面的分析和检验，通过本篇文章将该试验得出的结论进行阐述，并分析复杂的边界条件对振动试验的影响。
关键词：振动试验；工装设计
汽车的振动检测实验室，是汽车投入使用后检验其对不同路面抗震效果的重要方式，是分析汽车与环境融合度的重要步骤。根据汽车的性能与功率，以及它投入使用的地理环境等外界因素，振动试验的开展方式也是各不相同的，其主要有三个方面：正弦振动、随机振动和冲击。通过振动工装可以把汽车需要试验的部位和振动试验设备连接在一起，对试验的顺利进行作出保障，而且还对试验结果数据的可信度有一定影响。最优质的振动工装设计，可以把振动试验设备在运动过程中的能量全部传递到试验汽车中去，也就是说在误差允许范围内，试验频率控制好可以将振动工装视做刚体，在确保试验安全的情况下，通常要求试验时的最高频率，一直小于工装的第一阶固有频率。
1.试验中相关操作和理论的阐述
试验操作过程中，一般的小型夹具和低频试验都可以视作刚体，但是，高频试验和大型夹具是不可以被视作刚体的。当试验进入共振状态时，它的输出和输入频率以及各点的运动状态其数值都是不同的，如果操作不当，会对试验产生一定的影响。
因此优质的振动工装设计需要达到以下要求：首先，在机械加工过程中，要按照产品的安装流程严格组装，还要对安装完成后产品的实际运行状态做出一系列的假设，使得振动试验装置达到更高的标准；其次，还要尽可能的降低工装的重心，并考虑其多功能性，节能性，经济性等条件。在保证设备的各种功能，不受到折损或缺少的情况下，要尽量的减轻工装的重量。对于振动工装的传递性能，我国还没有明确的规定，要参照一些国外的文献作出综合的分析。
由此可知，振动夹具在设计过程中要本着严格按照流程安装为原则，尽量的使夹具变得轻巧而且刚度大。通常情况下，振动夹具在试验时是不会出现谐振峰的，但是如果操作不当就会使结果出现误差并产生谐振峰，因此在试验过程中要保证试验频段没有共振的情况，使振动夹具把振动台的激励完全的传递给试件[1]。这项工作的理论虽然很简单，但是在复杂的大型振动试验中还是很难达到，所以振动工装的优化设计工作一直没有取得很大的成效。现阶段，开展的工装设计工作分为以下4个阶段：第一，要收集试验品的性能、试验设备的性能和试验开展的条件等基本资料；第二，在机械设计过程中，一定要注意试验装置和被试产品的接口处良好，并且对工装的质量、重心等物理条件都要进行一定的分析，选择工艺流程时尽量使用整体铸造的方式，而且铸造的材质尽量不要用钢材，如果试验环境中无法使用铸造的方式，再考虑焊接或螺旋接触等方式，保证机械设计的框架绝对封闭密合；第三，在机械设计安装结束后，要对整体进行模拟分析和计算，在试验允许的情况下，可以将动圈和夹具合二为一进行仿真分析，通过分析校核动强度来检测机械设计的达标程度；第四，在基本的安装检测流程结束之后，还要不断的对设计进行优化，保证机械接口、试验条件、传输特性等达到更高的要求。
2.复杂产品振动试验分析
本文通过减震支撑前端冷却模块的振动试验，对工装设计进行分析和阐述。减震支撑前端冷却模块，是汽车发动机冷却装置和空调体系散热装置连接处的功能零件组合模块，简称CRFM，它一般位于汽车发动机舱的前端，主要由冷凝器、风扇、水箱等组成，其中除水箱与车架连接外其他装置都是自由存在的，风扇位于水箱的前端，中冷器连接水箱和汽车支架，这些装置与汽车减震垫一起被焊接在车身的横梁上。CRFM的振动试验主要有冲击和随机振动两项，试验结果表明，振动试验中三向冲击加速度值均在21~27G之间，其中在竖直方向上加速度值最大[2]。
在进一步的试验研究中，为了更好的研究工装的设计对零件振动试验的影响，提出了两种新型的设计，并在一台振动装置中同时用两种工装做试验。试验采用控制变量法，只调节单个变量，以方便对比。第1种设计（见图1）是铝制板部分焊接的材料结构，并通过螺栓将各个机械部分连接在一起，整体结构呈现三角形；第2种设计（见图2）采取的是铝制板全焊接结构，并且整体外观呈现长方形。通过试验表明，第2种设计在降低产品谐振影响的过程中效果较好。
图 2设计二
在对试验操作进行分析的过程中，可以发现工装实际扫频在试验结果中有很大的影响，通过对振动夹具和减震垫的特性进行分析，随机组合进行振动加载实验，并在振动夹具的周围以及测试产品各位点加装加速度传感装置，在保证加速度传感装置不对实验结果产生影响的情况下，可以在不同位点可能发生共振的位置再多布置一些加速度传感器。在实验过程中采取的扫频方法主要有以下几种：首先，对一阶共振点进行分析和统计，把工装底板与试验台台面相连接，在工装底板上设计输入点并设定输入值，启动装置执行扫频功能，从7赫兹到250赫兹之间开始扫频，选择工装最容易发生变形，并且输出放大效果最明显的频率为点，并安装好一阶共振点对应频率的加速度传感器。其次，还要对减震垫的特性进行分析和统计，减震垫在车辆整体上对其耐冲击性能和抗震性能都有很大的作用，因此测试过程中要拟定数值完成半正弦冲击试验[3]。最后，还要检测产品和工装装配后的谐振性能，工装底板上安装输入点，在工装底板上设计输入点并设定输入值，启动装置执行扫频功能，从7赫兹到250赫兹之间开始扫频，选择产品模态显示最低的点，记录下这一位点的加速度值和频率数值。根据试验结果可以看出工装的一阶段共振点较多，减震性能相对较好，由此可得工装对输入的冲击放大倍数很小，通过多次试验，得出了这一较为普遍的结论。
总结
总而言之，振动试验工装的设计，对振动试验的整体有很大的影响，本篇文章通过对振动试验的相关概念进行阐述，并用试验结果证实了，对振动试验工装进行优化设计，在试验操作过程中起到很重要的作用。
参考文献:
[1]武文超,秦昀,徐国权,濮龙锋. 复杂振动工装设计对试验影响分析[J]. 环境技术,2017,35(01):11-16.
[2]王朋. 某大型振动试验工装研究[J]. 电子机械工程,2016,32(05):16-19.
[3]刘晶鑫. 振动工装固有频率的分析[J]. 军民两用技术与产品,2014(12):53-55.
论文作者:李星
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/13
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