某乘用车冷却风扇组件振动可靠性分析【字数：19269】
摘 要汽车产品可靠性试验是检验汽车及其零部件质量，保障人生安全，维护合法利益的有效手段。针对汽车冷却风扇组件对于整车性能的重要作用，开展此次振动可靠性分析。本文详细论述了其测量系统、监控软件、夹具的设计与优化以及实验数据的分析。在振动实验中，夹具起着至关重要的作用。本文参考了国内外夹具与结构的优化设计，从本实验的实际出发，基于对汽车冷却风扇组件的总体布局、共振频率等综合因素，利用Catia建立实验夹具的三维模型，并通过ANSYS软件进行有限元分析，得出优化方案，从而获得最佳结构和动、静态特性。本文实验利用环境舱模拟真实道路环境，通过88小时满量级随机振动，得出一系列实验数据，并以此为基础，对冷却风扇组件的加速度、位移等进行分析，得出结论，为冷却风扇的优化设计提供理论基础。
目录
1 绪论 1
1.1 课题来源、研究目的及意义 1
1.2 国内外发展现状 1
1.2.1 汽车零部件可靠性 1
1.2.2 综合环境实验 2
1.2.3 中冷器组件的研究现状 4
1.3 论文的主要内容 4
2 汽车零部件综合环境试验理论基础 6
2.1综合环境试验的概述 6
2.2 系统频响函数辨识 6
2.2.1 常见系统频响函数辨识方法 6
2.2.2 自动步长算法频响函数辨识 7
2.2.3 系统频响函数辨识仿真比较 8
2.3 功率谱密度估计 9
2.3.1 非参数模型估计法 10
2.3.2 参数模型估计法 10
2.3.3 Welch法 11
2.3.4 AR谱模型估计法 11
2.4本章小结 12
3 乘用车冷却风扇组件振动可靠性试验工作原理 13
3.1汽车冷却风扇组件振动可靠性试验系统的原理及构成 13
3.2汽车中冷器系统的工作原理 14
3.3实验系统工作原理 14
3.3.1振动台与振动控制系统 15
3.3.2振动夹具系统 17
3.3.3计算机实时监控系统 17
3.4 本章小 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
结 18
4 夹具系统总体设计 19
4.1振动夹具设计要求及设计流程 19
4.1.1夹具设计的理论基础 19
4.1.2振动夹具设计要求及设计流程 19
4.2 汽车冷却风扇组件振动可靠性试验台夹具系统的总体设计 21
4.2.1夹具系统的需求分析 21
4.2.2夹具系统的方案设计 21
4.3主要参数控制 22
4.3.1材料选择 22
4.3.2动态参数范围 22
4.4夹具系统的设计及有限元分析 23
4.4.1 承载平台的设计及有限元分析 23
4.4.2 随行夹具的设计及有限元分析 25
4.5缺陷控制 26
4.5.1材料调整 26
4.5.2优化结果 26
4.6本章小结 27
5 乘用车冷却风扇组件振动可靠性试验 28
5.1试验条件 28
5.1.1 通道参数 28
5.1.2 振动台参数 28
5.1.3 控制参数 29
5.2加速度分析 29
5.3位移分析 31
5.4本章小节 32
6 总结与展望 33
6.1全文总结 33
6.2研究展望 33
参考文献 35
致谢 36
1. 绪论
1.1 课题来源、研究目的及意义
本课题主要包括实验夹具的设计建模以及乘用车冷却风扇组件振动试验的部分。本项实验采用随机振动信号理论以及有限元分析的方法，参照真实行驶状态，模拟振动条件，向被测冷却风扇组件施加实际工作载荷，进而开展振动可靠性实验。
汽车发动机运行工况最大的特点就是具有多变性，面对恶劣的工作环境，如果冷却风扇组件在运行过程中由于振动造成松动、脱落等，致使发动机冷却不足或冷却过度，造成发动机不能进行正常的外循环冷却，进而导致发动机温度过高，严重时甚至导致拉缸、烧瓦等不可逆转损伤。为了防止上述故障的发生，保证发动机的正常运行，必须将综合环境可靠性试验放在冷却风扇组件设计开发过程中的前列。在试验过程中，振动夹具同样起着尤为重要的作用，如果夹具在试验中出现了故障，容易造成试验对象的松动，摇摆甚至脱落，这些都会严重影响试验结果。
本文对乘用车冷却风扇组件进行振动可靠性试验与模拟，利用三维软件，建立夹具模型，并通过有限元模型进行仿真计算，对比模拟和试验，得到振动频率与振型，对振型进行分析，同时对冷却风扇组件工作状态下所受的主要载荷进行计算与分析，分析结果对于找到结构薄弱环节、优化冷却风扇组件结构设计有着重要的参考意义，为进一步改善冷却风扇组件运行的可靠性提供了理论基础，为相关开发与设计提供了基础数据。
1.2 国内外发展现状
1.2.1 汽车零部件可靠性
可靠性可以理解为给质量加了一个时间轴，质量随时间轴的延长而保持稳定。它作为一个重要指标来衡量汽车产品及附属零部件质量，贯穿在产品从无到有的过程中。工业技术的发展完善了汽车的结构、功能，可靠性也越来越被人们所重视，如今它正在成为一项标定产品质量的重要标准。它也正成为汽车工程领域理论研究的一个核心方向。
在20世纪中叶，可靠性理论一经形成，便赢得了全世界学者的广泛关注，虽然在很多领域得到了重视但也暴露了很多问题，设备的可靠性问题一直在研究者们的难点突破簿中[1]。有限元法模型、概率与非概率混合可靠性模型以及神经网络的可靠性模型等相关联的模型被一次次建立，使得在可靠性研究的发展中尝试更多[2]。基于设备寿命统计分布以实现可靠性评估的信息量模型被李超等人通过对信息理论的研究与引入而建立。通过对模糊数学的研究，黄洪忠和董玉阁建立了模糊可靠性模型。张鹏，王光远等研究了多态部件和系统可靠性分析[1]。
近些年来，随着计算机的发展，数值模拟技术的进步，它在科学研究与工程实践中，获得了相当的重视以及应用。统计学家Neyman曾说过：解决问题必须建立模型，而在建立模型的过程中我们或多或少会删去一部分元素，而这些元素是否真的无用我们并不知道，所以也导致了即使我们计算正确，也不能保证结果正确。在早期发达国家，对可靠性评估研究进行了大量实验，建立了经典方法，似然比方法和基准方法等多种方法。在可靠性分析中，除了实验数据外，还有大量与未知参数有关的信息，这些信息需要被融合到未知参数的估计中。二十世纪后期，国内经过长时间的普及传播，人们的认可使得可靠性理论迅速占据各个领域的关键地位。零部件的可靠性评估得到了国家和各部门的充分重视，各大学纷纷投入研究。
目录
1 绪论 1
1.1 课题来源、研究目的及意义 1
1.2 国内外发展现状 1
1.2.1 汽车零部件可靠性 1
1.2.2 综合环境实验 2
1.2.3 中冷器组件的研究现状 4
1.3 论文的主要内容 4
2 汽车零部件综合环境试验理论基础 6
2.1综合环境试验的概述 6
2.2 系统频响函数辨识 6
2.2.1 常见系统频响函数辨识方法 6
2.2.2 自动步长算法频响函数辨识 7
2.2.3 系统频响函数辨识仿真比较 8
2.3 功率谱密度估计 9
2.3.1 非参数模型估计法 10
2.3.2 参数模型估计法 10
2.3.3 Welch法 11
2.3.4 AR谱模型估计法 11
2.4本章小结 12
3 乘用车冷却风扇组件振动可靠性试验工作原理 13
3.1汽车冷却风扇组件振动可靠性试验系统的原理及构成 13
3.2汽车中冷器系统的工作原理 14
3.3实验系统工作原理 14
3.3.1振动台与振动控制系统 15
3.3.2振动夹具系统 17
3.3.3计算机实时监控系统 17
3.4 本章小 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
结 18
4 夹具系统总体设计 19
4.1振动夹具设计要求及设计流程 19
4.1.1夹具设计的理论基础 19
4.1.2振动夹具设计要求及设计流程 19
4.2 汽车冷却风扇组件振动可靠性试验台夹具系统的总体设计 21
4.2.1夹具系统的需求分析 21
4.2.2夹具系统的方案设计 21
4.3主要参数控制 22
4.3.1材料选择 22
4.3.2动态参数范围 22
4.4夹具系统的设计及有限元分析 23
4.4.1 承载平台的设计及有限元分析 23
4.4.2 随行夹具的设计及有限元分析 25
4.5缺陷控制 26
4.5.1材料调整 26
4.5.2优化结果 26
4.6本章小结 27
5 乘用车冷却风扇组件振动可靠性试验 28
5.1试验条件 28
5.1.1 通道参数 28
5.1.2 振动台参数 28
5.1.3 控制参数 29
5.2加速度分析 29
5.3位移分析 31
5.4本章小节 32
6 总结与展望 33
6.1全文总结 33
6.2研究展望 33
参考文献 35
致谢 36
1. 绪论
1.1 课题来源、研究目的及意义
本课题主要包括实验夹具的设计建模以及乘用车冷却风扇组件振动试验的部分。本项实验采用随机振动信号理论以及有限元分析的方法，参照真实行驶状态，模拟振动条件，向被测冷却风扇组件施加实际工作载荷，进而开展振动可靠性实验。
汽车发动机运行工况最大的特点就是具有多变性，面对恶劣的工作环境，如果冷却风扇组件在运行过程中由于振动造成松动、脱落等，致使发动机冷却不足或冷却过度，造成发动机不能进行正常的外循环冷却，进而导致发动机温度过高，严重时甚至导致拉缸、烧瓦等不可逆转损伤。为了防止上述故障的发生，保证发动机的正常运行，必须将综合环境可靠性试验放在冷却风扇组件设计开发过程中的前列。在试验过程中，振动夹具同样起着尤为重要的作用，如果夹具在试验中出现了故障，容易造成试验对象的松动，摇摆甚至脱落，这些都会严重影响试验结果。
本文对乘用车冷却风扇组件进行振动可靠性试验与模拟，利用三维软件，建立夹具模型，并通过有限元模型进行仿真计算，对比模拟和试验，得到振动频率与振型，对振型进行分析，同时对冷却风扇组件工作状态下所受的主要载荷进行计算与分析，分析结果对于找到结构薄弱环节、优化冷却风扇组件结构设计有着重要的参考意义，为进一步改善冷却风扇组件运行的可靠性提供了理论基础，为相关开发与设计提供了基础数据。
1.2 国内外发展现状
1.2.1 汽车零部件可靠性
可靠性可以理解为给质量加了一个时间轴，质量随时间轴的延长而保持稳定。它作为一个重要指标来衡量汽车产品及附属零部件质量，贯穿在产品从无到有的过程中。工业技术的发展完善了汽车的结构、功能，可靠性也越来越被人们所重视，如今它正在成为一项标定产品质量的重要标准。它也正成为汽车工程领域理论研究的一个核心方向。
在20世纪中叶，可靠性理论一经形成，便赢得了全世界学者的广泛关注，虽然在很多领域得到了重视但也暴露了很多问题，设备的可靠性问题一直在研究者们的难点突破簿中[1]。有限元法模型、概率与非概率混合可靠性模型以及神经网络的可靠性模型等相关联的模型被一次次建立，使得在可靠性研究的发展中尝试更多[2]。基于设备寿命统计分布以实现可靠性评估的信息量模型被李超等人通过对信息理论的研究与引入而建立。通过对模糊数学的研究，黄洪忠和董玉阁建立了模糊可靠性模型。张鹏，王光远等研究了多态部件和系统可靠性分析[1]。
近些年来，随着计算机的发展，数值模拟技术的进步，它在科学研究与工程实践中，获得了相当的重视以及应用。统计学家Neyman曾说过：解决问题必须建立模型，而在建立模型的过程中我们或多或少会删去一部分元素，而这些元素是否真的无用我们并不知道，所以也导致了即使我们计算正确，也不能保证结果正确。在早期发达国家，对可靠性评估研究进行了大量实验，建立了经典方法，似然比方法和基准方法等多种方法。在可靠性分析中，除了实验数据外，还有大量与未知参数有关的信息，这些信息需要被融合到未知参数的估计中。二十世纪后期，国内经过长时间的普及传播，人们的认可使得可靠性理论迅速占据各个领域的关键地位。零部件的可靠性评估得到了国家和各部门的充分重视，各大学纷纷投入研究。
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