一种前端框架扫频振动试验方法与流程

1.本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种前端框架扫频振动试验方 法。


背景技术：

2.汽车零部件的抗振性通常用振动台来进行考核，由于周边环境件的振 动情况不一样，造成零部件的振动标准和条件各式各样，通常分为定频振 动、扫频振动、随机振动。振动条件一般由振动频率范围、扫频速率、振 动加速度、振动幅值、振动时长(振动次数)中的几个参数构成。随着振 动技术的发展，有从定频振动转换到扫频振动、扫频振动转换到随机振动 的趋势。
3.现有技术中，定频条件为振动频率11hz、振动加速度3g、振动次数80 万次，而前端框架的实际使用过程中，受到的激励频率是变化的，不是固 定不变的，现有技术中未考虑。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种前端框架扫频振动试验方法，从实现前端框架扫频 振动试验需要具备的条件入手，逐一突破解决，形成了一套全新的试验方 法，激励的频率范围更宽，对前端框架的考核也更加全面，有利于提升前 端框架的产品质量。
5.本发明技术方案结合附图说明如下：
6.一种前端框架扫频振动试验方法，包括以下步骤：
7.步骤一、选择激励源；
8.步骤二、选择环境模拟系统；
9.步骤三、振动条件转换；
10.步骤四、进行扫频振动试验。
11.进一步的，所述步骤一的具体方法如下：
12.采用电磁振动台5作为激励源。
13.进一步的，所述步骤二的具体方法如下：
14.采用三综合环境箱1作为环境模拟系统；所述三综合环境箱1内温度 为100
±
2℃。
15.进一步的，所述步骤三的具体方法如下：
16.31)计算定频振动时长；
17.32)由扫频频率的上下线计算扫频时长的范围；
18.33)计算线性扫频时长t
线
；
19.34)计算对出扫频单循环时长t；
20.35)计算对数扫频单循环次数s；
21.36)计算单词扫频时长th；
22.37)计算对数扫频总时长t。
23.进一步的，所述步骤34)的具体方法如下：
[0024][0025]
式中，f为扫频到的频率；f
l
为扫频频率的下限；n为扫频频率。
[0026]
进一步的，所述步骤35)的具体方法如下：
[0027][0028]
式中，fh为扫频频率的下限。
[0029]
进一步的，所述步骤36)的具体方法如下：
[0030][0031]
进一步的，所述步骤37)的具体方法如下：
[0032][0033]
进一步的，所述步骤四的具体方法如下：
[0034]
41)将主试件的前端框架2安装前防撞梁3上；
[0035]
42)将前防撞梁3安装到振动试验夹具4上；
[0036]
43)振动试验夹具4通过压板固定在电磁振动台5的台面上；
[0037]
44)试验时，扫频振动条件通过电脑控制软件传递到控制器，控制器 输出信号经功率放大器放大后输入给电磁振动台5，使电磁振动台5的台 面产生振动，再依次经过振动试验夹具4、前防撞梁3传递到前端框架2 上，使产生符合扫频振动条件的振动；所述电磁振动台5的台面上有一个 加速度传感器，用于实时监控台面振动加速度并回馈给控制器，再回传至 电脑控制软件，形成振动闭环控制。
[0038]
进一步的，所述振动试验夹具4包括振动夹具本体41、y向调节固 定板42、左固定座43和右固定座44；
[0039]
所述y向调节固定板42焊接在振动夹具本体41上；所述左固定座 43和右固定座44通过螺栓连接到y向调节固定板42上；所述前端框架2 和前防撞梁3通过螺栓连接到左固定座43和右固定座44上；所述左固定 座43和右固定座44沿着y向调节固定板42无级调节，并通过长条孔用 螺栓固定。
[0040]
本发明的有益效果为：
[0041]
1)本发明从实现前端框架扫频振动试验需要具备的条件入手，逐一 突破解决，形成了一套全新的试验方法；
[0042]
2)本发明能真实模拟其工作环境，才能对其抗振性进行全面考察；
[0043]
3)本发明进行扫频振动试验中的振动试验夹具能满足不同车型的安 装需求，大大节省了振动夹具设计、试制的时间和成本。
附图说明
[0044]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需 要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些 实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0045]
图1为前端框架臊皮振动试验的三个关键要素的结构示意图；
[0046]
图2为本发明所述一种前端框架扫频振动试验方法的流程示意图；
[0047]
图3为本发明中电磁振动台的结构示意图；
[0048]
图4为本发明中前端框架扫频振动试验装置的结构示意图；
[0049]
图5为振动试验夹具的结构示意图；
[0050]
图6为振动闭环控制流程图；
[0051]
图7为振动条件转换流程图；
[0052]
图8为线性扫频曲线示意图；
[0053]
图9为对数扫频曲线示意图。
[0054]
图中：
[0055]
1、三综合环境箱；
[0056]
2、前端框架；
[0057]
3、前防撞梁；
[0058]
4、振动试验夹具；
[0059]
41、振动夹具本体；42、y向调节固定板4；43、左固定座43；44、右 固定座；
[0060]
5、电磁振动台。
具体实施方式
[0061]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是， 此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另 外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分 而非全部结构。
[0062]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上
”ꢀ
或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特 征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在 第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方 和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二 特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜 下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0063]
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位 或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化 操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定 的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、
ꢀ“
第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
[0064]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用 来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者 暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语
ꢀ“
包括”、“包含”或者其任何其他变体意在
涵盖非排他性的包含，从而 使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而 且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物 品或者设备所固有的要素。
[0065]
参阅图1，要实现前端框架扫频振动试验，需具备三个关键要素：激 励源、环境模拟系统、振动条件转换。
[0066]
参阅图2，一种前端框架扫频振动试验方法，包括以下步骤：
[0067]
参阅图3，步骤一、选择激励源；
[0068]
激励源采用电磁振动台即可满足要求；电磁振动台可进行定频、扫频 和随机振动试验，需要相应的振动条件输入。
[0069]
步骤二、选择环境模拟系统；
[0070]
采用三综合环境箱1作为环境模拟系统，，提供温湿度环境。前端框架 扫频振动温度要求100
±
2℃，湿度无要求。
[0071]
前端框架位于发动机前端，长期处于高温工作环境，其材料多采用非 金属复合材料，对温度敏感，在设计其振动试验时需将温度考虑在内，真 实模拟其工作环境，才能对其抗振性进行全面考察。
[0072]
步骤三、振动条件转换；参阅图7，具体如下：
[0073]
a.1、原始定频条件的振动时长计算；
[0074]
总振动次数/定频振动频率/60/60，可得到振动时长(单位为小时)，
[0075]
t＝800000/11/60/60＝20.2h。
[0076]
a.2、由扫频频率的上下限计算扫频时长的范围；
[0077]
下限频率5hz，t1＝800000/5/60/60＝44.4h；上限频率60hz，
[0078]
t2＝800000/60/60/60＝3.7h。得出扫频时长的范围是3.7～44.4h。
[0079]
a.3、扫频速率的两种类型；
[0080]
扫频分为线性扫频和对数扫频，线性扫频是指频率均匀变化，单位为 hz/s，例如1hz/s的扫频速率，5～60hz单次扫频时长为(60-5)/1＝55s； 对数扫频是指频率非均匀变化，单位为oct/min(倍频程/分钟)，例如1 oct/min，是指从起始频率开始，到增长至21倍(1为扫频速率)时，所用 的时间是1分钟，即5～10hz、10～20hz、20～40hz的时间都是1分钟，越 到高频，频率增长越快。
[0081]
a.4、线性扫频时长计算；
[0082]
如a.3所述，线性扫频比对数扫频容易计算，可以先将对数扫频速率1 oct/min改为线性扫频速率1hz/s，尝试计算。线性扫频曲线见图8，5～60hz 单次扫频次数为5
×
1+6
×
1+7
×
1+
……
+60
×
1＝1820，扫频时长 t＝800000/1820
×
(60-5)/60/60＝6.7h。
[0083]
从对数扫频速率oct/min(倍频程/分钟)的定义出发，通过描点法绘 制对数扫频曲线并进行拟合，是后续工作的重要基础。在现有终止频率扫 频时长的认知基础上，得到了从起始频率到终止频率间任意中间频率的振 动时长，即扫频振动方程。
[0084]
a.5、对数扫频单循环时长计算；
[0085]
按对数扫频的定义有5
×
21
×
t＝60，t＝lg12/lg2＝3.58min。
[0086]
表1对数扫频曲线坐标点
[0087] 频率f(hz)振动时长t(min)
p150p2101p3202p4403p5603.58
[0088]
a.6、对数扫频曲线绘制；
[0089]
通过描点法绘制对数扫频曲线，坐标点见表1，曲线见图9。
[0090]
a.7、对数扫频单循环次数计算；
[0091]
第一种方法：通过曲线拟合，得到曲线的方程式，是一条对数曲线。 经过理论推导，不仅是终止频率60hz，在5～60hz范围内的任意一点频率f， 其满足公式(a.1)，可通过公式(a.2)计算扫频到频率f的振动时长，即 图9曲线的方程。则单循环次数可由公式(a.3)计算，结果为8145次。
[0092]5×21t
＝f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(a.1)
[0093][0094][0095]
也可以采用第二种方法：得到对数扫频曲线图后，观察横纵坐标，横 坐标为频率，单位为hz，纵坐标为振动时长，单位为min。将纵坐标单位 由分钟转换为秒，曲线图与坐标轴所围的面积即为单循环次数。运用某绘 图工具，通过积分计算其面积为8143次。可见第二种方法的计算精度可满 足要求。
[0096]
a.8、对数扫频总时长计算
[0097]
t＝800000/8145
×
3.58/60＝5.86≈6h
[0098]
a.9、一般情形推广
[0099]
将频率范围由5～60hz推广至fl～fhhz，将扫频速率由1oct/min推广 至n oct/min，详见表2。则公式(a.1)、公式(a.2)、公式(a.3)演变 为公式(a.4)、公式(a.5)、公式(a.6)，将fh带入公式(a.5)可得单 次扫频时长见公式(a.7)，扫频总时长t计算见公式(a.8)。
[0100]
表2一般情形推广
[0101] 定频条件扫频条件一般情形频率范围11hz5～60hzfl～fhhz扫频速率不扫频1oct/minn oct/min振动加速度3g3g3g振动次数/时长80万次(20.2h)80万次(6h)80万次(nh)
[0102]fl
×2nt
＝f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(a.4)
[0103][0104][0105][0106][0107]
原定频振动条件有一定的局限性，在前端框架的实际使用过程中，受 到的激励频率是变化的，不是固定不变的，改成扫频振动条件后，激励的 频率范围更宽，对前端框架的考核也更加全面，有利于提升前端框架的产 品质量。
[0108]
步骤四、进行扫频振动试验。
[0109]
参阅图4、图6，具体方法如下：
[0110]
41)将主试件的前端框架2安装前防撞梁3上；
[0111]
42)将前防撞梁3安装到振动试验夹具4上；
[0112]
43)振动试验夹具4通过压板固定在电磁振动台5的台面上；
[0113]
44)试验时，扫频振动条件通过电脑控制软件传递到控制器，控制器 输出信号经功率放大器放大后输入给电磁振动台5，使电磁振动台5的台 面产生振动，再依次经过振动试验夹具4、前防撞梁3传递到前端框架2 上，使产生符合扫频振动条件的振动；所述电磁振动台5的台面上有一个 加速度传感器，用于实时监控台面振动加速度并回馈给控制器，再回传至 电脑控制软件，形成振动闭环控制。
[0114]
参阅图5，所述振动试验夹具4包括振动夹具本体41、y向调节固 定板42、左固定座43和右固定座44；
[0115]
所述y向调节固定板42焊接在振动夹具本体41上；所述左固定座 43和右固定座44通过螺栓连接到y向调节固定板42上；所述前端框架2 和前防撞梁3通过螺栓连接到左固定座43和右固定座44上；所述左固定 座43和右固定座44沿着y向调节固定板42无级调节，并通过长条孔用 螺栓固定。所述振动试验夹具4满足不同车型的安装需求，大大节省了振 动夹具设计、试制的时间和成本。
[0116]
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明的保 护范围并不局限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围 内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本 发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，这些简单变型均属于 本发明的保护范围。
[0117]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特 征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不 必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0118]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要 其不违背本
发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。