龔運息

(柳州五菱汽車有限責任公司， 廣西 柳州 545007)

1 引 言

汽車用轉向管柱上組合開關，簡稱組合開關，又稱轉換開關，是用來控制照明與燈光信號裝置以及其他一些附件的多功能組合式開關。它一般為手柄式，安裝在轉向盤下的轉向柱上，以便于駕駛員操作。微車的組合開關通常由手柄(左手柄、右手柄)、安裝支座、按鈕和連接線束組成。

左手柄是燈光控制開關，控制轉向信號燈、前照燈及其他燈光。分三擋：OFF(空擋)，1(夜間用)，2(前照燈打開)；右手柄是刮水器和風窗洗滌器開關。分四擋： OFF(空擋)，INT(間歇工作)，LO(低速工作)，HI(高速工作)；安裝支座是將組合開關固定在轉向管柱上；按鈕是喇叭按鈕，安裝在支座上方。如圖1所示。

圖1 組合開關結構

2 組合開關振動試驗

2.1 振動試驗的類型和作用

(1) 振動試驗的類型分為：掃頻振動試驗和定頻振動試驗；

(2) 振動試驗的作用：利用振動試驗來模擬各種環(huán)境下的機械振動，模擬產品在車上的振動情況，以評定產品的耐振性、可靠性和完好性。通過振動試驗來暴露產品在結構性、工作性能和工藝性能等方面的薄弱環(huán)節(jié)，為改進產品設計提供依據(jù)[1]。

2.2 振動試驗的標準

組合開關振動試驗標準執(zhí)行中華人民共和國汽車行業(yè)標準 QC_T_218-1996 《汽車用轉向管柱上組合開關技術條件》，有關耐振動性條款和要求摘錄如下：組合開關按試驗條件進行試驗時，開關觸點應無連接上的松動。掃頻試驗中不應發(fā)生各工作檔位的位移、跳檔。振動試驗后轉換力應符合規(guī)定，電壓降應符合規(guī)定，絕緣電阻應符合規(guī)定。具體規(guī)定如下：

(1) 轉換力：各種開關從一個檔位轉換到另一個檔位時所需要的轉換力(或力矩)，應符合該型產品標準的規(guī)定。左右轉換力之差應不大于30%，耐久性試驗后，轉換力的變化值的絕對值不應大于試驗前數(shù)值的40%。

(2) 電壓降：組合開關中的各種開關，在通以額定電流(對點火開關通以10A電流)時，跨越觸點兩端的電壓降，在耐久性試驗前應不超過150 mV，在耐久性試驗后，應不超過250 mV。

(3) 絕緣電阻：各開關的開路觸點間及載流元件與其它金屬零件間的絕緣電阻，正常狀態(tài)下和耐久性試驗后應不小于1MΩ，在濕熱狀態(tài)下應不小于0.05 MΩ。[2]

2.3 振動試驗主要儀器設備

本案例中組合開關的振動試驗，由表1所列設備完成。

表1 振動試驗設備

2.4 試件的裝夾要求

一般情況下，一些汽車零部件的振動試驗，對于體積較小、形狀比較規(guī)則的試件，可通過螺桿、壓板直接將試件固定在振動臺面上。

對于組合開關，因考慮其不同的工作狀態(tài)，依靠螺桿和壓板固定比較困難，則需要設計專用夾具，將試件牢固地固定在振動臺面上。

2.5 安裝夾具設計

振動試驗夾具的作用，是從振動臺把機械連接的振動能量不失真地傳遞給試件。在設計夾具時，必須考慮夾具對試件和振動的影響，需要考慮三個基本參數(shù)，即剛度、質量和固有頻率，要知道三個參數(shù)間的相互關系以及每個參數(shù)的意義[3]。

安裝夾具設計要考慮：①組合開關的安裝狀態(tài)接近在汽車轉向管柱上的安裝狀態(tài)；②安裝狀態(tài)能滿足垂直振動和水平振動狀態(tài)要求。如圖2所示為夾具CAD設計圖形。

2.6 安裝夾具的測試和要求

根據(jù)試件設計出的夾具通過CAE軟件分析，分析夾具的剛度、強度和受力均勻性。在試驗頻段內盡可能不出現(xiàn)和少出現(xiàn)共振的情況，要使得振動和能量很好的通過夾具傳遞到試件，波形失真小，要求夾具在滿足剛性要求的同時，其重量越小越好。組合開關夾具重量的核算方法：

振動產生的合力：

(M1+M2+M3)×a

(1)

式中：F為振動臺額定推力；M1為組合開關質量(kg)；M2為夾具質量(kg)；M3為振動臺臺面與動圈的質量(kg)；a為試驗的最大加速度。

為考慮設備的可靠性及壽命等問題，一般采取60%冗余度，即：振動產生的合力：

(M1+M2+M3)×a

(2)

已知M1=0.29，M2=18，M3=75，a=44.1 m/s2,F=49 kN。

則(M1+M2+M3)×a=(0.29+18+75)×44.1=4114.089 N≈4.11 kN

結論：組合開關夾具重量能滿足實驗要求。

2.7 安裝方式

在振動試驗開始前要進行夾具、組合開關以及傳感器的安裝。DC-5000-50的電動振動試驗系統(tǒng)有垂直方向和水平方向的振動功能，雙振動工作臺，能分別滿足組合開關垂直方向和水平方向的振動要求。

組合開關夾具的安裝與振動狀態(tài)：垂直方向狀態(tài)、水平方向狀態(tài)。如圖3、圖4所示。

圖2 夾具CAD圖型 圖3 垂直方向振動

圖4 水平方向振動

2.8 振動試驗的標準和要求

振動試驗的標準和要求，執(zhí)行中華人民共和國汽車行業(yè)標準 QC_T_218-1996 《汽車用轉向管柱上組合開關技術條件》，有關振動試驗條款和要求摘錄如下：

組合開關按正常工作狀態(tài)安裝在振動試驗臺上，通以指示燈負荷，按下列程序和方法進行振動試驗。

(1) 掃頻振動試驗 組合開關按下列條件做上下方向掃頻試驗：頻率5～100 Hz；加速度44.1 m/s2(振幅在0.4 mm以下)，掃頻周期10 min(按指數(shù)規(guī)律變化)；掃頻次數(shù)1，當有共振頻率出現(xiàn)時，應記錄共振頻率點。

(2) 定頻振動試驗 當試驗中未出現(xiàn)共振頻率時，定頻振動試驗按下列條件進行：頻率67 Hz；加速度44.1 m/s2；振動時間：上下方向4 h、左右方向2 h、前后方向2 h；各個方向的試驗中，杠桿、手柄處于非工作位置占50%的時間，處于各檔位工作位置均為其余50%的時間。當試驗中記錄有共振點時，定頻振動試驗按下列條件進行：①在頻率67Hz、加速度44.1 m/s2下，振動時間為：上下3 h、左右1.5 h、前后1.5 h；②在主要共振頻率、加速度44.1 m/s2下，振動時間為：上下l h、左右0.5 h、前后0.5 h。組合開關在振動過程中及試驗后，均應符合前述耐振動性的規(guī)定[2]。

2.9 振動試驗過程分析

(1) 共振點測試 組合開關按正常工作狀態(tài)安裝在電動振動試驗臺上，上下方向掃頻試驗：頻率5～100 Hz；加速度44.1 m/s2(振幅在0.4 mm以下)；掃頻周期10 min(按指數(shù)規(guī)律變化)；掃頻次數(shù)1；當有共振頻率出現(xiàn)時，記錄共振頻率點[4]。

從掃頻曲線可以看出，在55～65 Hz區(qū)間存在一共振點。如圖5所示。

圖5 55～65 Hz區(qū)間共振點

利用LMS 四十通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進一步采集數(shù)據(jù)，可以看到，在57 Hz、205 Hz出現(xiàn)共振。如圖6、圖7所示。因此，結合以上數(shù)據(jù)，可以判斷，組合開關總成在57Hz出現(xiàn)共振。

圖6 57 Hz出現(xiàn)共振 圖7 205 Hz出現(xiàn)共振

(2) 耐振動性試驗 經過測量，組合開關共振點頻率為57 Hz。

按照標準要求，當出現(xiàn)共振點時，定頻振動試驗按下列條件進行：①在頻率67 Hz、加速度44.1 m/s2下，振動時間為：上下3 h、左右1.5 h、前后1.5 h； ②在主要共振頻率、加速度44.1 m/s2下，振動時間為：上下l h、左右0.5 h、前后0.5 h。

(3) 測量共振點試驗圖片。如圖8、圖9所示。

圖8 電動振動系統(tǒng)測量共振點 圖9 LMS數(shù)據(jù)采集儀測量共振點

3 耐振動試驗分析[5]

本次試驗，嚴格按照試驗標準執(zhí)行。樣件數(shù)：2件；試驗地點：本公司產品試驗中心；電壓降檢測設備：HD-YL-2；絕緣電阻檢測設備：FLUKE 1587。試驗后產品檢測結果見表2所列。

表2 試驗后產品檢測結果

4 結 語

綜上所述，振動試驗為評定產品的耐振性、可靠性和完好性提供了一個重要手段。隨著汽車設計和制造技術的發(fā)展，振動試驗的技術和方法也將不斷發(fā)展。在產品開發(fā)試制過程中，振動試驗在提高產品的質量，提升產品的競爭力方面將會發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻：

[1] 吳三靈.實用振動試驗技術[M].北京：兵器工業(yè)出版社，1993.

[2] 夏永忠.汽車用轉向管柱上組合開關技術條件[S].中華人民共和國機械工業(yè)部，1996-12-18.

[3] 費麗梅.汽車電器振動可靠性試驗夾具系統(tǒng)結構動態(tài)設計研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學,2010.

[4] 高品賢.振動沖擊及噪聲測試技術[M].第二版.成都：西南交通大學出版社，2010.

[5] 劉巖睿,夏群生,何 樂.汽車轉向組合開關力特性研究[J].汽車工程，2004(3): 336-337.