汽車鋁合金車輪固有頻率測試方法研究

毛秋仙，朱文婧，薛海東

（1.浙江萬豐奧威汽輪股份有限公司，浙江 紹興 312500；2.寧波奧威爾輪轂有限公司，浙江 寧波 315800）

汽車作為現(xiàn)代交通和代步工具，已不僅僅局限于整車的安全性，對乘坐舒適性和行駛穩(wěn)定性的要求也越來越高。車輪的固有頻率與路面載荷的關(guān)聯(lián)作用是產(chǎn)生路面噪聲和振動的重要影響因素，對整車行駛的平穩(wěn)性將產(chǎn)生很大的影響，進(jìn)而影響乘坐的舒適性，甚至?xí)φ嚠a(chǎn)生破壞性損傷。所以，控制車輪的固有頻率，特別是固有頻率的合理取值區(qū)間是汽車廠和車輪生產(chǎn)商共同關(guān)注的問題[1]。

目前，國外的主要汽車廠都有車輪固有頻率的相關(guān)測試方法，國內(nèi)的汽車廠也已紛紛開始研究車輪的固有頻率測試方法。車輪固有頻率測試方法的研究，將有利于車輪生產(chǎn)商進(jìn)行產(chǎn)品測試，提高產(chǎn)品性能，促進(jìn)整車NVH性能的提高。

通過研究表明，影響車輪固有頻率的主要因素有材料（彈性模量和密度）、約束情況（有約束和無約束）、結(jié)構(gòu)等[1]。所以在實際測試時，需明確具體的約束情況。以下研究是基于車輪在不同約束情況下的不同振型和頻率所做的測試與分析對比。

1 固有頻率的幾種測試方式

目前，車輪固有頻率的主要測試方式有：采用法蘭盤剛性約束測試方式和自由條件下的無約束測試方式，其中無約束條件下測試方式主要有橡皮筋懸吊方式和海綿墊方式。

測試采用一種振動測量儀和測量分析系統(tǒng)，法蘭盤剛性約束方式是以（110±10）Nm的螺栓扭矩將車輪固定在剛性約束裝置上，橡皮筋懸吊方式是用橡皮筋穿過輪輻將車輪懸吊起來，海綿墊方式是直接將車輪放置到海綿墊上。本實驗采用了雙向傳感器，在車輪的輪輻或輪輞上分別以180度對稱的方式布置雙向傳感器，采用塑料錘頭錘擊測試點（激勵點），再從感應(yīng)點讀取測試的頻率值。

2 不同約束情況的測試分析對比

實驗分別在剛性約束條件與無約束條件下進(jìn)行測試對比、無約束下的橡皮筋懸吊方式和海綿墊方式進(jìn)行測試對比。為方便測試，本次實驗只取了一階和二階頻率。

2.1 剛性約束條件與無約束條件下的測試對比

實驗抽取了8款不同規(guī)格、不同結(jié)構(gòu)的具有代表性的鋁車輪，分別在剛性約束條件下和橡皮筋懸吊下，采用相同的測試儀和測試程序，在相同部位進(jìn)行測試對比，結(jié)果如表1。選取實驗中1#輪子的3D模型，分別進(jìn)行了剛性約束模態(tài)和自由模態(tài)的分析對比，結(jié)果如下：

圖2 剛性約束模態(tài)與自由模態(tài)對比

表1 剛性約束與橡皮筋懸吊試驗對比

由以上實驗對比和模態(tài)分析對比可以看出：

（1）剛性約束條件下的一階、二階頻率，對應(yīng)的可能是輪輞徑向振型頻率，也可能是輪輻盤面扭轉(zhuǎn)振型頻率，由車輪的結(jié)構(gòu)決定。

（2）剛性約束條件與自由條件下的頻率振型不同，兩者無對應(yīng)關(guān)系。

2.2 無約束條件下 （海綿墊與橡皮筋懸吊）的測試對比

實驗抽取了10款不同規(guī)格、不同結(jié)構(gòu)的具有代表性的鋁車輪，分別在海綿墊方式和橡皮筋懸吊方式下進(jìn)行對比實驗。結(jié)果如表2。

表2 海綿墊與橡皮筋懸吊試驗對比

圖3 海綿墊與橡皮筋懸吊一階段對比

圖4 海綿墊與橡皮筋懸吊二階段對比

由以上實驗對比可以看出：自由條件下的不同測試方式，測試的結(jié)果基本相同。

3 結(jié)論

（1）剛性約束條件與自由條件下的振動頻率沒有對比性，給出車輪固有頻率時必需同時給出對應(yīng)的約束情況；

（2）自由條件下的不同測試方式，可以相互替代；

（3）頻率值是與振型相對應(yīng)的，給出頻率值時，需明確是哪種振型下的頻率值。