長途貨車后裝儀表設備機械穩定性研究

寧秋平

（遼寧機電職業技術學院，遼寧 丹東 118009）

0 引 言

汽車后裝儀表設備一般是指車輛出廠后，用戶根據自己需求后期安裝的設備。目前在市場上買到的儀表設備，自配的用于固定的支架，一般僅考慮儀表固定問題，往往忽視減振系統的設計，更沒考慮特殊應用環境下的抗振措施。如長途貨車，行駛于不平、傾斜路面,在空載的情況下，以及受本身大功率的影響，都會產生劇烈的抖動[1]，導致后裝設備出現運行不平穩或故障，這給后臺監控帶來極大的影響。為解決這一問題,以長途貨車后裝GPS[2]終端和顯示器兩種設備為案例，從機械穩定性角度進行分析和設計儀表的固定架，同時附加有隔振器機構，以改善后裝儀表所處的振動工作環境,降低儀表在振動過程所受的動態載荷，提升后裝設備的機械穩定性,確保后裝設備能長期穩定運行。

1 阻尼材料

外部環境振動量一般作為技術條件，不可能降低，所以要降低儀表所受的振動，只能對儀表進行隔振或改善其本身的振動特性。后裝儀表是成品設備，其振動特性已經固定，因此通常采用隔振措施，即在儀表與載體之間增加彈性、阻尼環節,使載體的振動在傳輸到儀表的過程中得到衰減。這種辦法在平臺隔振中應用得十分廣泛[3]。

橡膠是一種高分子聚合物材料,是最為典型的粘彈性材料,它有著良好的能量吸收特性。這類高聚物材料,它的應力變形行為是介于Hooke彈性體和New ton流體之間的粘彈性行為,在交變應力作用下,表現為形變的變化落后于應力變化的粘彈性特征[4-6]。

橡膠的“彈性后效”現象，即在加載了一定時間以后才會產生最終變形，同樣缷載一定時間以后才會恢復。加載后瞬時所確定的彈性模量稱為瞬態彈性模量。加載過程中橡膠變形穩定一段時間后所確定的彈性模量稱為靜彈性模量。計算橡膠隔振器靜變位時應以靜態彈性模量作為依據。

橡膠的動態彈性模量在數值上明顯不同于靜態彈

式中：一般nd=2～2.5，nd稱為動態系數。

2 隔振器

2.1 隔振器機理

振動隔離（簡稱隔振）是振動控制中應用最廣的一項減振技術，即采用附加子系統將振源與需減振的對象隔離，以減小振源對隔振對象的影響。作為附加子系統的隔振裝置通常稱為隔振器，可由彈性元件、阻尼元件甚至慣性元件以及他們的組合組成。隔振是在兩個結構之間增加柔性環節，從而使一個結構傳至另一結構的力激振或運動激振得以降低的措施。減小力激振的傳遞，常稱為第一類隔振，簡稱為隔力；減小運動激振傳遞的措施，常稱為第二類隔振，簡稱為隔幅。安裝于運輸工具（如飛機、汽車）上的電子設備或精密儀器的振動隔離即屬于第二類隔振。圖1是第二類隔振系統力學模型。

圖1 第二類隔振力學模型

2.2 橡膠隔振器的設計

橡膠隔振器結構及參數，如圖2所示。

橡膠隔震器設計步驟如下：

1）分析振源；2）儀器設備受振干擾時的振幅應控制的范圍；3）計算被隔振設備的質量和慣性矩；性模量。由于動載荷往復交變，橡膠處于反復瞬時加載情況下，所以動態彈性模量往往大于靜態彈性模量。動態彈性模量Ed與靜態彈性模量Es之比為nd：4）計算隔振器固有平率、數目和布置形式；5）確定隔振器的阻尼；6）估算隔振器的振幅和隔振效率；7）對隔振器進行強度校核。

圖2 隔振器

若被隔振設備的總重量為W，整個系統要求的固有頻率為f，則可得到橡膠隔振器的具體參數及個數。

橡膠隔振器的外形為圓柱形，承壓面積為圓形，它的高和直徑宜控制在下列范圍：

式中：R為圓形直徑；H為圓柱高。橡膠塊的斷面積為：

式中：Kjs為每只隔振器的靜剛度。

圖3是針對后裝的GPS設備，設計的四點支承橡膠隔振器結構。當來自車體的振動作用于GPS設備時，產生的振動能量，會很好地被彈性材料所吸收,并轉化為熱能損耗掉,使振動能夠快速地衰減，保護儀表,減少器件損壞。

圖3 橡膠隔振器結構簡圖

3 G PS安裝座設計

GPS終端殼體的安裝座設計的結構，見圖4。橡膠隔振器與基座的裝配圖，見圖5。

圖4 G PS安裝座結構圖

圖5 橡膠隔振器與基座安簡圖

圖6是整體裝配圖，GPS終端殼體上蓋有壓板，通過螺紋槍聯將其固定于GPS的安裝座上，螺紋連接處涂抹螺紋緊固劑。固定在GPS的安裝座隔振器上端，隔振器下端固定于基座上。為防止磨損，GPS終端殼體與安裝座之間夾有橡膠墊，使其更緊密貼合。

圖6 G PS終端設備聯接簡圖

4 顯示器座設計

本文設計的GPS終端液晶顯示器座結構如圖7所示。為便于駕駛員調整可視角，能很好環視到顯示器內容，在顯示器座結構上，增設了萬向節機構。轉向球頭由左右夾持，松緊度通過螺栓調整，間隙由內嵌壓簧調節。左右夾構成的內球面又經噴砂處理，能更好地抱緊轉向球頭[7，8]。

5 安裝位置的選擇

后裝設備的振動是在持續的激振力作用下被迫產生的，是受迫振動，后裝設備的振動響應只跟自身的安裝位置振動有關系。

車輛在行駛過程中，當外界激振頻率與系統固有頻率接近時,將產生共振[9]。汽車的設計過程中要求各系統的固有振動頻率避開外界激勵產生的頻率范圍,業界通常采用最小二乘復頻域法(LSCF)[10]對車身進行結構模態分析，由模態實驗可獲得，一般車振動最小的位置是在駕駛室內。但由于長途貨車車型很多，安裝位置選擇還要現場測試，以確定最優的位置。經多年實踐，確定GPS終端設備的安裝位置最好在主副駕駛之間。

6 結 論

針對長途車后裝GPS設備的穩定性分析，在固定支架上附加隔振器，能大幅度降低儀表諧振幅度，從而提高了儀表的抗振能力。外加的隔振器結構簡單，制造方便，安裝隔振器后對車體并無不利影響，能有效降低后裝設備因振動而損壞的概率。

圖7 液晶顯示器安裝簡圖

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