依据 IEC 60068-2-6 标准开展汽车零件振动测试

IEC 60068-2-6 是国际电工委员会（IEC）制定的环境试验标准中关于正弦振动测试的部分，广泛应用于包括汽车零件在内的电工电子产品，用于评估产品在振动环境下的机械强度和功能可靠性。以下从标准核心内容、汽车零件测试的关键要求、实施流程等方面详细说明：

一、标准核心目的

IEC 60068-2-6 中的正弦振动测试旨在模拟产品在运输、存储或使用过程中可能遭遇的周期性正弦振动环境（如汽车行驶时发动机、路面颠簸产生的周期性振动），验证零件在持续或间歇振动作用下是否发生机械损伤（如结构松动、部件脱落）或性能退化（如电气连接失效、参数漂移）。

二、汽车零件振动测试的关键参数与要求

1. 测试设备

• 振动台：核心设备为电动或液压驱动的正弦振动台，需具备足够的承载能力（匹配零件重量）和频率范围，台面需保证振动的均匀性（各点振幅 / 加速度偏差在允许范围内）。

• 测量仪器：包括加速度传感器（固定于振动台或被测零件上）、激光测振仪（测量振幅）、信号发生器（控制振动波形）、数据采集系统（记录振动参数）。

2. 核心测试参数

汽车零件的振动测试参数需结合其安装位置（如发动机舱、驾驶舱、底盘）和振动环境特性确定，主要参数包括：

• 频率范围：
  标准未规定固定范围，但汽车行业通常选择 10 Hz ~ 2000 Hz（覆盖发动机怠速振动、路面颠簸等典型频率）。

• 低频段（10~500 Hz）：模拟路面不平或发动机低频振动；

• 高频段（500~2000 Hz）：模拟零部件共振或高频噪声振动。

• 振动振幅 / 加速度：
  振动强度可通过位移振幅（双振幅，单位 mm）或加速度（单位 m/s² 或 g）描述，两者可通过公式换算（$a=(2\pi f{)}^2\times d/2$，其中$a$为加速度，$f$为频率，$d$为双振幅）。
  汽车零件常见强度：

• 驾驶舱内零件：0.1~1 mm（振幅）或 10~100 m/s²（加速度）；

• 发动机舱 / 底盘零件：1~5 mm（振幅）或 100~500 m/s²（加速度）。

• 振动方向：
  需在三个互相垂直的轴向（X、Y、Z 轴，对应零件的长度、宽度、高度方向）分别测试，每个方向至少覆盖全频率范围扫描 1 次。

• 扫频速率：
  指频率变化的速率，通常为 1 oct/min（倍频程 / 分钟，即频率从$f$到$2f$的时间为 1 分钟）或线性速率（如 10 Hz/s），确保零件有足够时间响应各频率点的振动。

• 持续时间：
  每个轴向的总测试时间通常为 10~20 小时（根据零件可靠性要求调整），可分为多个循环（如每循环 2 小时，重复 5 次）。

3. 振动波形与测试类型

• 波形要求：严格为正弦波，波形失真度需≤5%（确保振动的单一频率特性）。

• 测试类型：

• 扫频振动：从最低频率到最高频率连续扫描（或往复扫描），用于寻找零件的共振点（共振时振动响应会放大，易导致失效）。

• 定频振动：在特定频率（如共振点或典型工作频率）下持续振动，验证零件在该频率下的长期承受能力。

三、汽车零件测试的特殊考量

1. 安装与固定方式

• 需模拟零件在汽车上的实际安装状态（如使用原厂支架、螺栓扭矩按规定拧紧），避免因固定方式不当导致测试结果失真（如过度固定可能掩盖零件本身的薄弱点）。

• 若零件需与其他部件协同工作（如线束、连接器），测试时需包含相关附件，以评估整体系统的振动耐受性。

2. 工作状态设置

• 测试过程中，零件需处于正常工作状态（如通电、加载信号），实时监测其电气性能（如电压、电流、信号输出），而非仅进行机械结构测试。

• 对敏感部件（如传感器、ECU），需在振动过程中记录关键参数（如测量精度、响应延迟），判断是否超出允许误差范围。

四、测试流程

1. 样品准备：

• 检查零件外观及初始性能，记录 baseline 数据（如尺寸、电气参数）。

• 按实际安装方式固定零件于振动台，安装加速度传感器（通常在零件重心或关键部位）。

2. 参数校准：

• 启动振动台，在空载或模拟负载下校准频率、振幅 / 加速度、波形失真度，确保符合设定要求。

3. 测试实施：

• 机械状态：是否有异常噪音、松动、变形；

• 电气状态：是否出现短路、断路、信号中断或参数漂移。

• 按预设程序进行扫频或定频振动，每个轴向完成规定时间的测试。

• 振动过程中实时监测：

4. 后处理与评估：

• 测试结束后，检查零件外观（如裂缝、部件脱落）、结构完整性（如紧固件扭矩衰减）。

• 重新测试电气性能，与初始数据对比，判断是否符合合格标准（如性能参数偏差≤10%，无永久性损坏）。

五、合格判定标准

• 机械方面：无可见损伤（裂缝、变形、涂层脱落），紧固件无松动，活动部件（如旋钮、开关）功能正常。

• 电气方面：

• 无电气故障（短路、断路、绝缘击穿）；

• 性能参数（如输出信号、测量精度）在产品规范允许范围内；

• 连接器、焊点等关键部位无接触不良。

六、与汽车行业其他标准的关联

IEC 60068-2-6 是基础通用标准，汽车行业常结合以下标准细化测试要求：

• ISO 16750-3：针对汽车电子的机械负荷测试，其中振动测试参数（如频率范围、加速度）更贴合汽车实际工况（如发动机舱零件可能要求更高的振动强度）。

• SAE J1455：美国汽车工程师协会标准，对商用车零件的振动测试有更具体的规定（如路面谱相关的振动剖面）。

七、注意事项

• 测试前需明确零件的失效模式（如焊点疲劳、线束磨损、结构共振断裂），针对性设置监测点。

• 对于批量生产的零件，需进行抽样测试（如每批次抽 3~5 件），确保一致性。

• 若测试中发现共振点，需在该频率下增加定频测试时间（如延长至 2 小时），验证零件的抗共振能力。

通过 IEC 60068-2-6 标准的正弦振动测试，可有效暴露汽车零件在周期性振动下的潜在缺陷，为设计优化（如增加阻尼、避免共振频率）提供依据，最终提升整车的可靠性。