长途货车后装仪表设备机械稳定性研究

宁秋平

（辽宁机电职业技术学院，辽宁 丹东 118009）

0 引 言

汽车后装仪表设备一般是指车辆出厂后，用户根据自己需求后期安装的设备。目前在市场上买到的仪表设备，自配的用于固定的支架，一般仅考虑仪表固定问题，往往忽视减振系统的设计，更没考虑特殊应用环境下的抗振措施。如长途货车，行驶于不平、倾斜路面,在空载的情况下，以及受本身大功率的影响，都会产生剧烈的抖动[1]，导致后装设备出现运行不平稳或故障，这给后台监控带来极大的影响。为解决这一问题,以长途货车后装GPS[2]终端和显示器两种设备为案例，从机械稳定性角度进行分析和设计仪表的固定架，同时附加有隔振器机构，以改善后装仪表所处的振动工作环境,降低仪表在振动过程所受的动态载荷，提升后装设备的机械稳定性,确保后装设备能长期稳定运行。

1 阻尼材料

外部环境振动量一般作为技术条件，不可能降低，所以要降低仪表所受的振动，只能对仪表进行隔振或改善其本身的振动特性。后装仪表是成品设备，其振动特性已经固定，因此通常采用隔振措施，即在仪表与载体之间增加弹性、阻尼环节,使载体的振动在传输到仪表的过程中得到衰减。这种办法在平台隔振中应用得十分广泛[3]。

橡胶是一种高分子聚合物材料,是最为典型的粘弹性材料,它有着良好的能量吸收特性。这类高聚物材料,它的应力变形行为是介于Hooke弹性体和New ton流体之间的粘弹性行为,在交变应力作用下,表现为形变的变化落后于应力变化的粘弹性特征[4-6]。

橡胶的“弹性后效”现象，即在加载了一定时间以后才会产生最终变形，同样缷载一定时间以后才会恢复。加载后瞬时所确定的弹性模量称为瞬态弹性模量。加载过程中橡胶变形稳定一段时间后所确定的弹性模量称为静弹性模量。计算橡胶隔振器静变位时应以静态弹性模量作为依据。

橡胶的动态弹性模量在数值上明显不同于静态弹

式中：一般nd=2～2.5，nd称为动态系数。

2 隔振器

2.1 隔振器机理

振动隔离（简称隔振）是振动控制中应用最广的一项减振技术，即采用附加子系统将振源与需减振的对象隔离，以减小振源对隔振对象的影响。作为附加子系统的隔振装置通常称为隔振器，可由弹性元件、阻尼元件甚至惯性元件以及他们的组合组成。隔振是在两个结构之间增加柔性环节，从而使一个结构传至另一结构的力激振或运动激振得以降低的措施。减小力激振的传递，常称为第一类隔振，简称为隔力；减小运动激振传递的措施，常称为第二类隔振，简称为隔幅。安装于运输工具（如飞机、汽车）上的电子设备或精密仪器的振动隔离即属于第二类隔振。图1是第二类隔振系统力学模型。

图1 第二类隔振力学模型

2.2 橡胶隔振器的设计

橡胶隔振器结构及参数，如图2所示。

橡胶隔震器设计步骤如下：

1）分析振源；2）仪器设备受振干扰时的振幅应控制的范围；3）计算被隔振设备的质量和惯性矩；性模量。由于动载荷往复交变，橡胶处于反复瞬时加载情况下，所以动态弹性模量往往大于静态弹性模量。动态弹性模量Ed与静态弹性模量Es之比为nd：4）计算隔振器固有平率、数目和布置形式；5）确定隔振器的阻尼；6）估算隔振器的振幅和隔振效率；7）对隔振器进行强度校核。

图2 隔振器

若被隔振设备的总重量为W，整个系统要求的固有频率为f，则可得到橡胶隔振器的具体参数及个数。

橡胶隔振器的外形为圆柱形，承压面积为圆形，它的高和直径宜控制在下列范围：

式中：R为圆形直径；H为圆柱高。橡胶块的断面积为：

式中：Kjs为每只隔振器的静刚度。

图3是针对后装的GPS设备，设计的四点支承橡胶隔振器结构。当来自车体的振动作用于GPS设备时，产生的振动能量，会很好地被弹性材料所吸收,并转化为热能损耗掉,使振动能够快速地衰减，保护仪表,减少器件损坏。

图3 橡胶隔振器结构简图

3 G PS安装座设计

GPS终端壳体的安装座设计的结构，见图4。橡胶隔振器与基座的装配图，见图5。

图4 G PS安装座结构图

图5 橡胶隔振器与基座安简图

图6是整体装配图，GPS终端壳体上盖有压板，通过螺纹枪联将其固定于GPS的安装座上，螺纹连接处涂抹螺纹紧固剂。固定在GPS的安装座隔振器上端，隔振器下端固定于基座上。为防止磨损，GPS终端壳体与安装座之间夹有橡胶垫，使其更紧密贴合。

图6 G PS终端设备联接简图

4 显示器座设计

本文设计的GPS终端液晶显示器座结构如图7所示。为便于驾驶员调整可视角，能很好环视到显示器内容，在显示器座结构上，增设了万向节机构。转向球头由左右夹持，松紧度通过螺栓调整，间隙由内嵌压簧调节。左右夹构成的内球面又经喷砂处理，能更好地抱紧转向球头[7，8]。

5 安装位置的选择

后装设备的振动是在持续的激振力作用下被迫产生的，是受迫振动，后装设备的振动响应只跟自身的安装位置振动有关系。

车辆在行驶过程中，当外界激振频率与系统固有频率接近时,将产生共振[9]。汽车的设计过程中要求各系统的固有振动频率避开外界激励产生的频率范围,业界通常采用最小二乘复频域法(LSCF)[10]对车身进行结构模态分析，由模态实验可获得，一般车振动最小的位置是在驾驶室内。但由于长途货车车型很多，安装位置选择还要现场测试，以确定最优的位置。经多年实践，确定GPS终端设备的安装位置最好在主副驾驶之间。

6 结 论

针对长途车后装GPS设备的稳定性分析，在固定支架上附加隔振器，能大幅度降低仪表谐振幅度，从而提高了仪表的抗振能力。外加的隔振器结构简单，制造方便，安装隔振器后对车体并无不利影响，能有效降低后装设备因振动而损坏的概率。

图7 液晶显示器安装简图

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