寧秋平

（遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東 118009）

0 引 言

汽車后裝儀表設(shè)備一般是指車輛出廠后，用戶根據(jù)自己需求后期安裝的設(shè)備。目前在市場(chǎng)上買到的儀表設(shè)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(tǒng)的設(shè)計(jì)，更沒考慮特殊應(yīng)用環(huán)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(huì)產(chǎn)生劇烈的抖動(dòng)[1]，導(dǎo)致后裝設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行不平穩(wěn)或故障，這給后臺(tái)監(jiān)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(shè)備為案例，從機(jī)械穩(wěn)定性角度進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)儀表的固定架，同時(shí)附加有隔振器機(jī)構(gòu)，以改善后裝儀表所處的振動(dòng)工作環(huán)境,降低儀表在振動(dòng)過程所受的動(dòng)態(tài)載荷，提升后裝設(shè)備的機(jī)械穩(wěn)定性,確保后裝設(shè)備能長期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 阻尼材料

外部環(huán)境振動(dòng)量一般作為技術(shù)條件，不可能降低，所以要降低儀表所受的振動(dòng)，只能對(duì)儀表進(jìn)行隔振或改善其本身的振動(dòng)特性。后裝儀表是成品設(shè)備，其振動(dòng)特性已經(jīng)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(huán)節(jié),使載體的振動(dòng)在傳輸?shù)絻x表的過程中得到衰減。這種辦法在平臺(tái)隔振中應(yīng)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(yīng)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(yīng)力作用下,表現(xiàn)為形變的變化落后于應(yīng)力變化的粘彈性特征[4-6]。

橡膠的“彈性后效”現(xiàn)象，即在加載了一定時(shí)間以后才會(huì)產(chǎn)生最終變形，同樣缷載一定時(shí)間以后才會(huì)恢復(fù)。加載后瞬時(shí)所確定的彈性模量稱為瞬態(tài)彈性模量。加載過程中橡膠變形穩(wěn)定一段時(shí)間后所確定的彈性模量稱為靜彈性模量。計(jì)算橡膠隔振器靜變位時(shí)應(yīng)以靜態(tài)彈性模量作為依據(jù)。

橡膠的動(dòng)態(tài)彈性模量在數(shù)值上明顯不同于靜態(tài)彈

式中：一般nd=2～2.5，nd稱為動(dòng)態(tài)系數(shù)。

2 隔振器

2.1 隔振器機(jī)理

振動(dòng)隔離（簡稱隔振）是振動(dòng)控制中應(yīng)用最廣的一項(xiàng)減振技術(shù)，即采用附加子系統(tǒng)將振源與需減振的對(duì)象隔離，以減小振源對(duì)隔振對(duì)象的影響。作為附加子系統(tǒng)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(gè)結(jié)構(gòu)之間增加柔性環(huán)節(jié)，從而使一個(gè)結(jié)構(gòu)傳至另一結(jié)構(gòu)的力激振或運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)激振傳遞的措施，常稱為第二類隔振，簡稱為隔幅。安裝于運(yùn)輸工具（如飛機(jī)、汽車）上的電子設(shè)備或精密儀器的振動(dòng)隔離即屬于第二類隔振。圖1是第二類隔振系統(tǒng)力學(xué)模型。

圖1 第二類隔振力學(xué)模型

2.2 橡膠隔振器的設(shè)計(jì)

橡膠隔振器結(jié)構(gòu)及參數(shù)，如圖2所示。

橡膠隔震器設(shè)計(jì)步驟如下：

1）分析振源；2）儀器設(shè)備受振干擾時(shí)的振幅應(yīng)控制的范圍；3）計(jì)算被隔振設(shè)備的質(zhì)量和慣性矩；性模量。由于動(dòng)載荷往復(fù)交變，橡膠處于反復(fù)瞬時(shí)加載情況下，所以動(dòng)態(tài)彈性模量往往大于靜態(tài)彈性模量。動(dòng)態(tài)彈性模量Ed與靜態(tài)彈性模量Es之比為nd：4）計(jì)算隔振器固有平率、數(shù)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(duì)隔振器進(jìn)行強(qiáng)度校核。

圖2 隔振器

若被隔振設(shè)備的總重量為W，整個(gè)系統(tǒng)要求的固有頻率為f，則可得到橡膠隔振器的具體參數(shù)及個(gè)數(shù)。

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(duì)后裝的GPS設(shè)備，設(shè)計(jì)的四點(diǎn)支承橡膠隔振器結(jié)構(gòu)。當(dāng)來自車體的振動(dòng)作用于GPS設(shè)備時(shí)，產(chǎn)生的振動(dòng)能量，會(huì)很好地被彈性材料所吸收,并轉(zhuǎn)化為熱能損耗掉,使振動(dòng)能夠快速地衰減，保護(hù)儀表,減少器件損壞。

圖3 橡膠隔振器結(jié)構(gòu)簡圖

3 G PS安裝座設(shè)計(jì)

GPS終端殼體的安裝座設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(lián)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(shè)備聯(lián)接簡圖

4 顯示器座設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的GPS終端液晶顯示器座結(jié)構(gòu)如圖7所示。為便于駕駛員調(diào)整可視角，能很好環(huán)視到顯示器內(nèi)容，在顯示器座結(jié)構(gòu)上，增設(shè)了萬向節(jié)機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向球頭由左右夾持，松緊度通過螺栓調(diào)整，間隙由內(nèi)嵌壓簧調(diào)節(jié)。左右夾構(gòu)成的內(nèi)球面又經(jīng)噴砂處理，能更好地抱緊轉(zhuǎn)向球頭[7，8]。

5 安裝位置的選擇

后裝設(shè)備的振動(dòng)是在持續(xù)的激振力作用下被迫產(chǎn)生的，是受迫振動(dòng)，后裝設(shè)備的振動(dòng)響應(yīng)只跟自身的安裝位置振動(dòng)有關(guān)系。

車輛在行駛過程中，當(dāng)外界激振頻率與系統(tǒng)固有頻率接近時(shí),將產(chǎn)生共振[9]。汽車的設(shè)計(jì)過程中要求各系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率避開外界激勵(lì)產(chǎn)生的頻率范圍,業(yè)界通常采用最小二乘復(fù)頻域法(LSCF)[10]對(duì)車身進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，由模態(tài)實(shí)驗(yàn)可獲得，一般車振動(dòng)最小的位置是在駕駛室內(nèi)。但由于長途貨車車型很多，安裝位置選擇還要現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，以確定最優(yōu)的位置。經(jīng)多年實(shí)踐，確定GPS終端設(shè)備的安裝位置最好在主副駕駛之間。

6 結(jié) 論

針對(duì)長途車后裝GPS設(shè)備的穩(wěn)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(jié)構(gòu)簡單，制造方便，安裝隔振器后對(duì)車體并無不利影響，能有效降低后裝設(shè)備因振動(dòng)而損壞的概率。

圖7 液晶顯示器安裝簡圖

[1] 吳紹斌，李劍峰，高利.車輛穩(wěn)定性控制的虛擬實(shí)驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2008（5）：6-9.

[2] 謝克非，李偉.車載GPS導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用[J].測(cè)繪，2010（2）：89-90，96.

[3] 姚竹賢，周安石，錢小靜.動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀動(dòng)力吸振器的研究[J].導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)，1997（6）：18-23.

[4] JunjiYoshida,M asatoAbe and Yozo Fujino.Constitutive mod?el of high-damping rubber materials[J].Engrg.M ech.,2004,130(2):129-141.

[5] 劉曉東,張玉磊,郭為君.硅橡膠減震器振動(dòng)試驗(yàn)的有限元模擬[J].噪聲與振動(dòng)控制，2010（10）：173-176.

[6] 張思.橡膠減振器的減振機(jī)理與設(shè)計(jì)[J].機(jī)床，1991（11）:39-40.

[7] 張阿舟,姚起航.振動(dòng)控制工程[J].北京：航空工業(yè)出版社,1989:109-111.

[8] 王松，鄭曉東.汽車振動(dòng)診斷與校正[J].輕型汽車技術(shù)，2003（1）：39-42.

[9] 傅志方,華宏星.模態(tài)分析理論與應(yīng)用[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2000：10-18.

[10] 謝小平,韓旭,陳國棟，等.某商用車駕駛室白車身模態(tài)分析[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010（5）：24-30.