支架振動疲勞試驗對比

劉香愛，賀娜，任斌

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

關鍵字：牽引車；振動疲勞試驗；定頻試驗；正弦掃頻試驗；頻域加速振動試驗

引言

運動機械在運行中會產生振動，某些強烈而持續的振動和隨機振動將導致動態特性不佳的結構總體性能下降，造成疲勞失效，據統計，結構出現損壞80%是由振動疲勞引起。國家標準中僅對車輛的少數總成件、電氣件及電子零部件制定了振動試驗標準方法，對于在車輛中起安裝固定作用的支架類結構件缺少振動臺架試驗方法，而支架的振動疲勞耐久性是保障各類總成零部件正常運行的基礎。如何對支架類結構件進行臺架振動試驗，驗證其滿足整車使用要求是十分重要的[1]。

本文將定頻、正弦掃頻和頻域加速振動試驗方法應用于牽引車某支架振動疲勞試驗。通過試驗結果對比，分析該類異形非標支架的不同振動試驗方法有效性和特點，為建立一套異形非標支架的臺架試驗驗證規范提供依據，為新產品研發提供試驗支持。

1 定頻試驗

定頻振動是指在規定的固定頻率點上進行各種振動參數不同量級的試驗，屬簡諧振動。應用于被試驗的樣件空氣干燥器（參考QC/T 35-2015）的振動條件，試驗條件為試驗頻率33.3Hz，加速度4.4g，試驗時間為83h。

圖1 定頻試驗曲線

將樣件按照實車安裝方式固定于振動臺上，將以上定頻試驗條件輸入振動臺開始試驗，并觀察樣件開裂情況。

2 正弦掃頻試驗[2-4]

正弦掃頻試驗是指在規定的頻率范圍內，在一定的掃描速率下以規定的量值從低頻到高頻，再由高頻到低頻進行掃描來激勵試驗樣件，直到達到規定的試驗循環次數為止。本文的正弦掃頻試驗主要是在樣件的一階共振區頻率范圍內進行。

這里介紹的主要是以樣件的低階共振頻率為中心頻率的正弦掃頻試驗方法。該方法利用共振原理，快速識別樣件的薄弱環節。

圖2 正弦掃頻試驗曲線

本文正弦掃頻試驗的試驗條件為（18-26）Hz，加速度為1g。將樣件按照實車安裝方式固定于振動臺上，將以上正弦掃頻試驗條件輸入振動臺開始試驗，并觀察樣件開裂情況。

3 頻域加速試驗

頻域加速試驗是將道路載荷譜數據通過頻域加速理論等效為頻域PSD載荷譜對樣件進行激勵，直至達到規定的試驗時間[5]。

圖3 頻域加速試驗曲線

為了準確得到某支架目標PSD譜，需要測量車輛在試驗場道路上支架在車架安裝點附近的加速度信號。對采集到的加速度信號進行去毛刺、濾波、消除趨勢項等預處理。

根據該支架設計任務書要求，對路段循環次數進行定義。本文采用的載荷譜數據采集于某試驗場，按照任務書給定目標里程計算循環次數為1875次。

圖4 頻域加速計算過程1

圖5 頻域加速計算過程2

用NCODE軟件按照上圖計算該支架的PSD譜，詳見下表所示：

表1 PSD譜

將樣件按照實車安裝方式固定于振動臺上，將以上頻域加速試驗條件輸入振動臺開始試驗，并觀察樣件開裂情況。

4 試驗結果對比

應用以上三種試驗方法完成試驗后，將試驗結果進行統計梳理：定頻振動試驗樣件開裂2處；正弦掃頻試驗開裂1處；頻域加速試驗開裂1處，結果詳見下表所示。

表2 試驗結果

從上表可看出，應用3種試驗方法驗證得到的故障基本一致，且與試驗車及用戶車一致，說明這三種試驗方法驗證均可靠。掃頻振動試驗方法基于共振原理，與樣件自身的共振頻率相關，與實際使用工況關聯性差，不能夠反映支架在實際道路上的受載情況，但可快速找出樣件的薄弱位置，可應用于支架設計早期的薄弱環節驗證。定頻振動試驗方法引入了被安裝樣件典型振動試驗條件，與實際使用工況關聯性差，試驗周期長，頻域加速試驗方法基于真實道路載荷譜，不受支架固有頻率影響，僅與支架安裝位置加速度相關，與實際工況關聯性強，試驗周期短，推薦用于新設計及改進支架驗證。

5 結語

本文將定頻、正弦掃頻和頻域加速振動三種試驗方法應用于牽引車某支架振動疲勞試驗。從試驗結果對比分析來看，三種振動試驗方法驗證得到的支架開裂位置均與試驗車及用戶車故障基本一致。但從試驗時間、與實際工況的關聯性等方面考慮，推薦使用頻域加速振動試驗方法對新設計及改進支架驗證。本文得出的結論可用于指導該類非標支架的試驗驗證，為設計提供試驗支持。