汽车车架的故障诊断.doc

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1、汽车车架的故障诊断　　汽车车架是汽车的重要组成部件。本文针对某汽车车架“牛腿”与纵梁联结处发生撕裂等现象，应用模态分析方法对其进行故障诊断，找到了产生这一问题的原因，并提出相应的改进措施，较好地解决了这一工程实际问题。　　　　现代汽车绝大多数都具有车架，用于支承闻结汽车的各零部件，并承受来自车内外的各种载荷。汽车车架受到来自路面和车桥的激励产生振动，因某些结构设计不合理，由于振动而产生弯曲，扭转等变形，会造成某些部件疲劳破坏，甚至断裂，比如某车架“牛腿”与纵梁联结处发生撕裂破坏。振动不仅影响汽车的平顺性，还将影

2、响汽车的使用寿命。过去对汽车进行结构设计和修理时，主要是靠经验，哪个部件损坏，就在哪里采取措施，哪个部件出现断裂，就加固哪个部件，这仲补救方法带有盲目性，不仅没有从根本上解决问题，还能使汽车的自重增加，影响汽车的其他性能。这主要是对汽车及其零部件的振动规律缺乏了解。用模态分析方法对汽车车架或车身进行故障诊断，是研究解决上述问题的一种有效手段。使用该方法可发现汽车结构动力学特性存在缺陷，找到影响汽车可靠性的原因及解决措施。　　实验模态分析　　　　1、模态实验应考虑的问题　　　　实验模态分析就是以控制理论为基础，从

3、所测得的输入、输出信息中去辨识结构的模态参数。近几年来，实验模态技术发展很快，各种测试手段日益更新，模态参数识别软件也层出不穷，这为我们获得结构的较为准确的模态参数带来极大方便。　　　　（1）激振方法　　　　激振方法的选择包括两方面内容：采用什么样的激振信号；采用单点激振还是多点激振。问题的中心在于是否能够提供足够的能量，把需要的频段中的模态全部激发出来。激励信号可采用随机信号、脉冲信号等。随机信号可用白噪声发生器产生，试验中选用了0-160Hz白噪声信号，其优点是，能量均匀分布在频带上，且在较宽频率范围内对结

4、构进行激励，总的激振力水平，便如平均值、均方值等是可以控制的；其缺点是泄漏误差大。用锤击法提供脉冲信号，该方法的优点是设备简单，不需要精心设计安装激振器的夹具，便于现场测试或在线测试；激振点可以灵活，敲击力方向可以任意；测试精度能满足一定要求，高于随机激励。缺点是激振力频率范围不易控制；仅适合于低频，高频模态不易激出来；由于振动能量分散，从而信噪比小；锤击有时可能过载，使结构进入非线性范围。固定的激振点是经过多点试敲后选定的。模态分析的频域法有两种：单点激振法和多点激振法。多点激振法需要昂贵的多点激振设备，试验

5、过程复杂，但计算比较简单；单点激振法所需设备简单，试验也较容易，但计算方法要复杂上些。在本次实验中根据现有条件，采用单点激振法。　?　　（2）固定方式　　　　在进行部件模态实验分析时，首先要确定被测物体的固定方式。固定方式一般有两种：一种是按照其实际工作状的方式约束，这种固定方式主要是用于较波折部件或在振动台上进行试验；二是悬吊式。由于本次实验对象是车架，不可能选择实际工作状态方式，故采用橡皮绳悬吊式，使其处于自由状态下进行分析。结构处于自由状态具有最多的自由度，这样得到的模态参数便于与其他部件一起进行整体结构

6、的综合模态分析。具体悬吊方江是：车架左右纵梁前后端各用一根橡皮绳将整个车架吊挂在大型吊架上，即为四点悬吊式。经实测，车架挂上后，系统的固有频率（所谓的“刚体模态频率”）中的最高者为0.816Hz，小于第一阶弹性模态频率（FI=20.67Hz）的1/5，可近似认为被吊的车架处于自由状态，这样可以防止悬挂的刚体模戊与车架的弹性模态发生耦合。　　　　（3）激励方式　　　　采用电磁式激振器，最大激振力为200N。激振器的推杆顶端连接一个力传感器，力传感器固定在车架后横梁右下部。为了保证测试精度，不能让被测物体有附加约束

7、而产生其它外力，例如，对结构激振时，除了产生垂直振动外，还将产生回转（转角），这时如果因为有激振器连接限制其转动，就会产生附加的弯矩。为了解决这一问题，激振器和被测物体之间的推杆需要有一定的侧向弹性，这样既能保证在激振方向有一定的刚度，不影响激振力的传递，双能减少在侧向对回转的约束。另外，推力杆的自振频率应远离被测物体的模态频率。在试验中要求顶杆与车架之间不能脱离，顶杆与力传感器间不能有任何松动和间隙。此次试验采用顶杆与力传感器间通过螺纹连接。为防止顶杆与车架脱离，将力传感器固定在一个小底座上，该底座用螺纹与一

8、磁铁相联，同时将磁铁块吸附在车架上。还应注意激振点不应与测试频段内任何一阶振型的节点相重合。因此在进行正式试验以前应先进行预测。　?　　（4）试验频段的选择　　　　试验频段的选择应考虑到汽车在运行条件下可能的激振频率范围，通常认为，远离振源频带的模态对结构的实际振动影响（贡献量）较小。通俗的说法就是“低频激励激不出高频模态”。事实上，高频模态贡献的大小，除与激振频率有关外，还与激振力的