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技术领域

本发明涉及一种汽车动力传动系统扭振试验台架，尤其是应用到前置后驱汽车 上，属于汽车制造检测技术领域。

背景技术

动力传动系统是整车主要的振动、噪声源，其振动特性与整车其他系统的匹配将 直接决定整车NVH性能水平，因而急需对汽车的动力传动系统的振动噪声进行研究， 从而提出有效的底盘振动噪声解决方案。

目前，国内对汽车动力传动系统扭振的研究主要以建模计算为主，很少有通过试 验的方法来研究传动系统的扭振状况，相对于建模计算，通过试验的方法对汽车动力 传动系统扭振的测试与分析能够更真实地反映出传动系统实际扭振状况。而且国内对 动力传动系统的扭振试验也都是集中在单独对传动轴扭振特性的试验上，缺少一个对 整个动力传动系统进行的试验方法。因此急需对传动系统扭振台架进行研究及设计， 使得该台架能满足扭振测试的功能，并且使得设计的台架具有柔性化安装的特点，能 适用于多种汽车传动系统而非单一某车型。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于建立一款较为合理的汽车动力传动系 统扭振测试台架，为了使得测试数据尽可能与实际相符合，首先需要分析前置后驱式 汽车动力传递路径从而合理设计台架布局结构，使其能尽量模拟真实情况。其次为了 使该台架具有使用广泛这特点，需要充分研究台架机械结构，使其具有一定可调节度, 并且保正其拆装方便，调节灵活。

本发明的技术方案充分研究不同动力传动系统的共同点以及不同点，将可能产生 不同的连接安装处进行可调结构设计，采用可移动式结构设计或是采用可更换结构设 计。为了使传动轴的相对夹角能够进行调节，采用电动丝杆升降以及蜗轮升降机构来 实现台架区域升降。台架中与施力相关的结构采用高强设计，并通过有限元软件进行 模拟验证，在分析其各结构刚度强度的基础上还进行了模态分析，避开传动系统的扭 振范围，防止发生结构共振。

具体而言，本发明采用的技术方案为：

一种汽车动力传动系统扭振试验台架，主要由车辆惯性模拟系统、驱动装置、激 振装置和加载装置组成，其特征在于，驱动装置模拟发动机的工作，产生动力驱动发 动机飞轮转动，使整个传动系统按照正常的行驶工况运行；车辆惯性模拟系统模拟车 辆在道路上运行过程中存在的运动惯性；加载装置辅助惯性模拟系统，确保惯性负载 有效施加；另外通过激振装置对传动系统施加激励力矩使其产生扭转振动；然后利用 扭振测试仪器对传动系统的扭振状况进行测量。

根据本发明的一个方面，按照试验台架的功能特征可以将其分为四大功能区域： 功能一区为动力源安装区，主要用于安装台架运行所需动力性元件；功能二区为传动 系中间支承安装区，用于支承传动轴的中间部分；功能三区为后桥支撑区，根据实际 情况支撑后桥；功能四区为轮毂安装及惯性负载区，用于固定轮毂并为传动系统施加 惯性负载，其中，功能一区在台架上的水平位置是固定的，而功能二、三，四区的位 置是可以根据需求调节的。

根据本发明的一个方面，功能一区台架配有电动丝杆升降机构，其四周顶端法兰 盘通过螺栓与动力性元件安装平板相连接，在其升降电机的驱动下带动台架垂直方向 移动，从而满足传动系统轴间角度可调的功能；动力性元件安装平板上安装激振电机， 驱动电机，离心式激振器，变速器台架安装座，激振电机以及驱动电机通过皮带与离 心式激振器中相应带轮连接起来，带动激振器运行。

根据本发明的一个方面，为了方便激振电机、驱动电机和离心式激振器在动力性 元件安装平板上的安装，平板结构上开有燕尾槽和T型槽，其中燕尾槽用于安装定位 离心式激振器以及变速器台架安装座，T型槽用于安装激振电机和驱动电机。

根据本发明的一个方面，功能二区通过涡轮升降器手动调节传动轴中间支承安装 点的高度，从而实现传动系轴间角度的可调节；高度辅助板通过四周柱体支撑两块平 板，板面上开有螺孔，便于于底座以及涡轮箱的连接固定；连接横梁的中部与涡轮升 降器上的法兰盘通过螺栓连接，两端插入中间支承侧板的圆孔处，为过盈配合；中间 支承侧板通过槽型结构与槽板相贴合，选取合适的公差配合并且在两板面相接触边制 作倒角，保证平滑稳定的槽内移动。

根据本发明的一个方面，中间支承侧滑板可通过支撑板滑槽在中间支承板中平顺 滑动；中间支承侧板与中间支承板相交处为空心结构，且外侧面带有相应的长方体围 墙状支撑结构，用于支撑伸出的中间支承侧滑板；随着涡轮升降器的调节，中间支承 侧板在槽板中上下移动，从而调节中间部分传动轴的高度。

根据本发明的一个方面，在功能三区中，后桥连接头通过底部螺杆头与接头连接 杆通过螺纹连接，后桥支撑安装底座通过螺栓与试验地基相连，并且将接头连接杆焊 接在其上端。

根据本发明的一个方面，在功能四区中，主体台架安装座呈平板状，四周倒圆角， 相应位置开设较长的螺栓过孔，便于与地基连接固定，安装座上焊接有轮毂安装台架 和压紧机构台架；惯性轮压紧台架底座上开设有三个位置相应的螺栓过孔与主体台架 安装座上的伸出螺杆配合从而使得该台架可相对于板面在一定范围内移动。

根据本发明的一个方面，轮毂安装台架上端开有平行轴孔，惯性轮压紧台架开有 平行轴孔，压紧机构台架开有圆孔，三者孔轴向通过精密加工处于同一水平面上，为 了保证有效地惯性轮压紧。

根据本发明的一个方面，轮毂安装台架与惯性轮压紧台架顶部轴孔形式相同，并 采用相同型号的内侧台架滚动轴承以及轴端限位盘，限位盘通过螺钉与各台架相连 接，限制其中转轴以及滚动轴承的移动。

本发明的技术方案具有以下技术效果：

1.可适应性强：通过调节台架各功能区相对位置可以适用于各轴距，各轮距的传 动系统。通过更换适配件可以与不同轮毂相配合，安放不同类型的变速器，连接不同 类型的后桥，能满足较多类型前置后驱形式传动系统的试验安装而非单一类型传动系 统；

2.模拟真实性强：台架的设计构造是根据汽车传动系统实际在车架上的安装而来 的。传动轴可以通过台架升降装置进行方位夹角调节，动力输出端各电机也是经过合 理验证而选用的，台架末端的惯性模拟装置的配重能根据不同车型而进行方便调配； 能较好得满足各车辆的试验匹配，通过与台架各部分合理安装连接可较好模拟传动系 统真实扭振状况，能对实际生产及改进起到积极效果；

3.操作性强：安装以及操作方便简单，更换适配件也较为简单，台架的升降可以 通过电动或者手动方式升降，台架移动拆装都比较容易，避免试验过多的高强度、繁 琐的操作。

附图说明

图1为本发明的传动系统扭振试验台架结构布局；

图2为本发明的传动系统扭振试验台架总装示意图；

图3为本发明的传动系统扭振试验台架四大功能区域示意图；

图4为本发明的功能一区结构示意图；

图5为本发明的功能一区主体结构拆分示意图；

图6为本发明的功能二区结构示意图；

图7为本发明的功能二区顶部结构内外侧示意图；

图8为本发明的功能二区结构调节示意图；

图9为本发明的功能三区结构示意图；

图10为本发明的功能四区结构示意图；

图11为本发明的功能四区结构拆分示意图；

图12为本发明的某样车传动系统与二、三,四功能区安装示意图；

图13为本发明的某样车动力传动系统与试验台架装配总成示意图；

附图标记：

1、电动丝杆升降机构 2、辅助支撑板安装底座 3、辅助支撑板 4、动力性元件 安装平台 5、激振电机 6、驱动电机 7、离心式激振器 8、变速器台架安装座 9、变 速器固定底座 10、升降机构连接螺栓孔 11、辅助支撑板固定螺栓孔 12、燕尾槽 13、 T型槽 14、激振器安装底座 15、高度辅助板 16、涡轮升降器 17、连接横梁 18、中 间支承侧板 19、中间支承板 20、小型螺栓压紧机构 21、刚度加强板 22、槽板 23、 螺栓过孔 24、中间支承侧滑板 25、轴承安装支座 26、支撑板滑槽 27、后桥支撑安 装底座 28、接头连接杆 29、后桥连接头 30、主体台架安装座 31、轮毂安装台架 32、 限位板 33、惯性轮压紧台架 34、滚轮支撑台架 35、压紧机构台架 36、螺旋压紧机 构 37、聚氨酯滚轮 38、外侧轴端盖 39、外侧台架滚动轴承 40、轴承限位盘 41、滚 轮限位盘 42、法兰盘螺杆 43、滚轮安装主轴 44、三叉法兰盘 45、花键轴 46、轮 毂卡盘 47、轴端限位盘 48、内侧台架滚动轴承.

具体实施方式

图1表示了所设计的试验台架结构布局，它主要由车辆惯性模拟系统、驱动装置、 激振装置和加载装置组成。根据台架的功能和要求，试验台架采用电机代替发动机， 通过在室内台架上模拟汽车传动系统工况的方案，并使用NVH便携式设备来实现对传 动系统扭转振动状况的试验。其工作原理为：驱动装置模拟发动机的工作，产生动力 驱动发动机飞轮转动，使整个传动系统按照正常的行驶工况运行；车辆惯性模拟系统 模拟车辆在道路上运行过程中存在的运动惯性；加载装置辅助惯性模拟系统，确保惯 性负载有效施加；另外通过激振装置对传动系统施加激励力矩使其产生扭转振动；然 后利用扭振测试仪器对传动系统的扭振状况进行测量。图2为传动系统扭振试验台架 总装示意图，其中包含台架设计的机械结构以及台架安装平台的形式。本发明选用T 型槽式铸铁平台作为安装地基。为了方便台架的安装和移动，选用纵横双向T型槽式 平台。底座四周分别有矩形凹槽，用于安装弹簧隔振器与阻尼器，解决试验台的隔振 问题。

图3所示，根据台架的功能特征可以将其分为四大功能区域，从左至右依次为：

功能一区为动力源安装区，主要用于安装台架运行所需动力性元件；

功能二区为传动系中间支承安装区，用于支承传动轴的中间部分；

功能三区为后桥支撑区，根据实际情况支撑后桥；

功能四区为轮毂安装及惯性负载区，用于固定轮毂并为传动系统施加惯性负载。

功能一区在台架上的水平位置是固定的，而功能二、三，四区的位置是可以根据 需求调节的。各功能区详细结构会在下文进行描述。

功能一区(参见附图4,5)

图4为台架功能一区结构示意图，图中各电机以及电动丝杆升降机构均已做简 化。功能一区台架配有电动丝杆升降机构1，电动丝杆升降机构1四周顶端法兰盘通 过螺栓与动力性元件安装平板4相连接，在其升降电机的驱动下带动台架垂直方向移 动，从而满足传动系统轴间角度可调的功能。

动力性元件安装平板4是功能一区的主要支撑部件，呈板型结构，使用钢作为材 料，其上需要安装激振电机5，驱动电机6，离心式激振器7，变速器台架安装座8。 其中除了变速器台架安装座8之外的器件均采用选型购买的方式。由于安装平板4 上安装有多个振动部件，所以平板的模态频率较低，需要底部适当的支撑来增加其模 态频率。因此将辅助支撑板3与动力性元件安装平台4通过螺栓相连接。随着平台的 升降，辅助支撑板3随之移动，因为辅助支撑板3为轴对称结构，所以下方设置两个 呈镜像的辅助支撑板安装底座2来固定辅助支撑板3，从而固定其垂直向自由度。

激振电机5以及驱动电机6通过皮带与离心式激振器7中相应带轮连接起来， 带动激振器运行。样车传动系统中的变速器安装在变速器固定底座9上，变速器固定 底座9侧板外侧有伸出螺杆，通过螺栓过孔与变速器台架安装座8进行不同高度位置 的固定，由于不同测试对象变速器箱体不尽相同，所以变速器固定底座9可以根据实 际测试状况进行制作更换。

图5为台架功能一区主体结构拆分示意图。为了方便激振电机5，驱动电机6， 离心式激振器7，在动力性元件安装平板4上的安装，平板结构上开有燕尾槽12和T 型槽13，燕尾槽12用于安装定位离心式激振器7以及变速器台架安装座8，T型槽 用于安装激振电机5和驱动电机6。离心式激振器7固定在激振器安装底座14上， 底座下方有梯形块结构与燕尾槽12配合，并且通过平板上伸出的四个螺杆从而限位 与紧固。

动力性元件安装平板4上开有两种螺栓孔，包括呈四周分布的升降机构连接螺栓 孔10和呈阵列分布的辅助支撑板固定螺栓孔11，其分别用来连接固定电动丝杆升降 机构1与辅助支撑板3。电动丝杆升降机构1四周法兰盘与动力性安装平板4直接连 接处加有减振垫，辅助支撑板3与平板之间也加有减振垫，降低台架振动。

辅助支撑板安装底座2通过螺栓与台架安装基座相连，其上设置有加强筋，保证 其刚度，同时其侧板是中空结构，用于与辅助支撑板3侧板相配合移动，支撑板内外 侧均带有伸出螺杆，与辅助支撑板安装底座2侧板上的长条型螺栓过孔配合固定。

变速器台架安装座8底部同样有梯形块结构与燕尾槽配合移动，采用过盈配合。 其一侧板通过螺钉与其底部板相连接，可以拆卸，方便安装变速器固定底座9。

功能二区(参见附图6,7,8)

图6为台架功能二区结构示意图，其中涡轮升降器已做简化。该功能区通过涡轮 升降器16手动调节传动轴中间支承安装点的高度，从而实现传动系轴间角度的可调 节。高度辅助板15根据实际试验所需的高度要求进行选择性使用，辅助板结构简单， 通过四周柱体支撑两块平板，板面上开有螺孔，便于于底座以及涡轮箱的连接固定。

连接横梁17的中部与涡轮升降器16上的法兰盘通过螺栓连接，两端插入中间支 承侧板18的圆孔处，为过盈配合。四块槽板22分别焊接在台架底座相应位置上，并 且与刚度加强板21相连接，刚度加强版21是通过拓扑优化而设计的结构，为了保证 该功能区的结构刚度。槽板22于底座上的固定必须保证其与底座的垂直度。中间支 承侧板18通过槽型结构与槽板22相贴合，选取合适的公差配合并且在两板面相接触 边制作倒角，保证平滑稳定的槽内移动。

中间支承板19焊接在中间支承侧板18上，随涡轮升降器16的移动而移动。该 区域顶部支承结构于下文做详细说明。

图7为功能二区顶部结构内外侧示意图，中间支承侧滑板24上固定有轴承安装 支座25，支座由橡胶材料制得，用于减弱试验过程中传递到台架上的振动。可根据 实际情况选用不同材料的轴承安装支座。由于不同传动系统中间支承轴承的径向距离 不尽相同，所以中间支承侧滑板24可通过支撑板滑槽26在中间支承板19中平顺滑 动。两者之间的接触面做相应的粗糙度以及公差处理，保证其运动可靠性。中间支承 侧板18与中间支承板19相交处为空心结构，且外侧面带有相应的长方体围墙状支撑 结构，用于支撑伸出的中间支承侧滑板24。此部分结构采用双重紧固方式，在中间 支承板19上开有两处螺栓过孔，在中间支承侧滑板24上开有螺栓孔，螺栓通过螺栓 孔并在螺栓过孔中移动，在合适位置紧固。两端通过外侧小型螺栓压紧机构20压紧 紧固，螺栓压紧机构的压紧面采用高摩擦系数材料。

图8为功能二区结构调节示意图，此结构中，随着涡轮升降器16的调节，中间 支承侧板18在槽板22中上下移动，从而调节中间部分传动轴的高度。根据不同径向 距离的轴承调节中间支承板19相对距离，进而紧固。

功能三区(参见附图9)

图9为功能三区结构示意图，该结构区用于模拟实际的后桥的支撑情况，由于不 同传动系统后桥的支撑形式不同，所以设计有不同类型的后桥连接头29，可根据实 际需求定制，后桥连接头29通过底部螺杆头与接头连接杆28通过螺纹连接。后桥支 撑安装底座27通过螺栓与试验地基相连，并且将接头连接杆28焊接在其上端。保证 与底座的垂直度。试验台架配有多个相同结构，可按需求选用，从而达到真实支撑状 态。

功能四区(参见附图10,11)

图10为功能四区结构示意图，该部分结构为了安装惯性滚轮以及方便其拆卸， 同时起到固定传动系统的轮毂并有效为传动系统施加惯性负载而设计。主体台架安装 座30呈平板状，四周倒圆角，相应位置开设较长的螺栓过孔，便于与地基连接固定， 安装座30上焊接有轮毂安装台架31和压紧机构台架35。惯性轮压紧台架33底座上 开设有三个位置相应的螺栓过孔与主体台架安装座30上的伸出螺杆配合从而使得该 台架可相对于板面在一定范围内移动。为了防止惯性轮压紧台架33在移动压紧过程 中底部未贴合主体台架安装座30的现象发生，在安装座上设置限位板32，该限位板 32通过螺钉与安装座30相连接，有效地限制了惯性轮压紧台架33垂直方向上的自 由度。本台架加载装置由压紧机构台架35与螺旋压紧机构36共同组成，通过手动旋 转螺旋压紧机构36使惯性轮压紧台架33上的聚氨酯滚轮37压紧轮毂安装台架31 上的聚氨酯滚轮，从而通过滚轮之间的摩擦传递动力，施加惯性负载。压紧机构台架 35主体呈平板状，上方带有圆孔用于安装螺旋压紧机构36，后方带有通过拓扑优化 得出的条状加强筋，保证其弯曲刚度。轮毂安装台架31上端开有平行轴孔，惯性轮 压紧台架33开有平行轴孔，压紧机构台架35开有圆孔，三者孔轴向通过精密加工处 于同一水平面上，为了保证有效地惯性轮压紧。本发明使用聚氨酯滚轮37来施加惯 性负载，滚轮主体为钢材制得，外缘使用聚氨酯材料均匀覆盖，从而达到良好的摩擦 贴合效果。本试验台架配备有多种厚度的惯性滚轮，根据不同整车质量选用。滚轮支 撑台架34由拓扑优化后的底座、侧板，加强筋焊接拼接而成。底端开有螺栓过孔， 便于移动与连接。该部分台架用于定位以及支撑惯性轮轴的伸出端，保证惯性滚轮之 间的稳定工作。

图11为功能四区结构拆分示意图，由于各传动系轮毂形式的不同，所以本台架 配备有多种卡头形式的轮毂卡盘46，卡盘连接端是内花键形式，通过花键与花键轴 45相连接。采用花键可以有效适应传递大扭矩的场合，并且能承受较大载荷，保证 稳定工作。轮毂安装台架31与惯性轮压紧台架33顶部轴孔形式相同，并采用相同型 号的内侧台架滚动轴承48以及轴端限位盘47，限位盘通过螺钉与各台架相连接，限 制其中转轴以及滚动轴承的移动。

花键轴45的另一端焊接在三叉法兰盘44上，法兰盘端面另一侧焊接有2个法兰 盘螺杆42，一个滚轮安装主轴43。聚氨酯滚轮37上开有位置相应的三个圆孔与其配 合安装。安装完滚轮后，通过滚轮限位盘41将滚轮固定住，滚轮限位盘41上同样开 有三个相应位置的圆孔，在外侧通过螺母紧固。

滚轮支撑台架34上端圆孔与轮毂安装台架31，惯性轮压紧台架33中的圆孔相 对应。圆孔中安装有外侧台架滚动轴承39，并通过轴承限位盘40将其固定在台架中。 轴承限位盘40通过螺钉与台架安装面相连接。外侧轴端盖38通过螺钉与台架面相连， 防止滚轮安装主轴43的转动对外界造成危害。

图12为某样车传动系统与二、三,四功能区安装示意图，展示了样车传动系统与 台架后端功能区的安装位置关系。图13为某样车动力传动系统与试验台架装配总成 示意图，图中各电机以及变速器均已简化表示。

示例展示

某前置后驱汽车传动系统安装操作示例：

阶段一：部件准备阶段

1)首先将测试车辆的传动系统取出，取出传动轴(包括中间支承轴承座)，后桥， 包括所使用的变速器。测量测试车传动系统的长宽，根据测量结果在安装地 基上初步摆放台架各功能区。

2)初步布置好台架各功能区结构之后，根据此传动系统的特征选用或者定制相 应的安装适配件。仔细观察此传动系统轮毂特征，选取合适的轮毂安装盘46； 观察其后桥在实车中的连接方式，选用合适的后桥连接头29，并且选用合适 数量的后桥支撑总成(即功能三区结构)；观察其变速器箱体的结构，选用 合适的变速器固定底座9。

3)最后根据测试车辆的技术参数以及测试需求，通过计算，选用不同厚度和数 量的聚氨酯滚轮37。

阶段二：台架安装阶段

4)由于台架系统中功能四区的垂直高度是限定的，无法更改，所以我们从功能 开始安装。将选好的轮毂安装盘46通过花键与花键轴45相连，将传动系统 轮毂与轮毂安装盘安装在一起，通过移动主体台架安装座30,使其夹紧不松 脱，最后将主体台架安装座30通过螺栓与试验地基固定。

5)安装好轮毂端后，将选用好的后桥连接头29安装在接头连接杆28上，根据 实际位置摆放功能三区结构，并通过螺栓将后桥支撑安装底座27固定在地 基上。

6)接下来进行功能二区结构的安装，将传动轴摆放到中间支承板19的下方位 置，调节两边的中间支承侧滑板24，使其距离满足中间轴承的径向距离，用 螺栓进行连接。使用小型螺栓压紧机构20对侧滑板进行压紧，并用螺栓通 过螺栓过孔23以及中间支承侧滑板24上的螺栓孔预紧固定，

7)接下来进行功能一区结构的安装，先通过摇动涡轮升降器16使传动轴中间部 分达到合适高度之后(根据实际需求选择高度辅助板15)对比高度后使用电 动丝杆升降机构1调节功能一区台架的高度。首先将原配变速器安装在合适 的变速箱固定底座9上。松开变速器台架安装座8的侧板，将变速器固定底 座摆放进去，再将侧板固定起来。通过变速器台架安装座8底部的梯形块， 嵌入动力性元件安装平台4上的燕尾槽12将其移动到适合位置，便于于传 动轴输入端连接。将离心式激振器7焊接在激振器安装底座14上，同样通 过底座上的梯形块与燕尾槽的配合将其到合适位置，并通过伸出螺杆紧固， 与飞轮及变速器相连接。将驱动电机6以及激振电机5通过T型槽13移动 到对应位置紧固在平台上，通过皮带与离心式激振器7相连。由于电动丝杆 升降机构1的升降，辅助支撑板3随动力性元件安装平台4一同运动，下来 需要将辅助支撑板3与辅助支撑板底座2通过两侧螺杆紧固，达到有效支撑 作用。

阶段三：惯性负载安装阶段

8)上述步骤中已选用了合适的惯性负载。松开滚轮支撑台架34底部螺母并向外 侧移开，松开滚轮限位盘41上的螺母。通过把手放松螺旋压紧机构36。松 开惯性轮压紧台架33底座上的三个螺母，移动它，使两聚氨酯滚轮37之间 取消接触，根据质量需求添加或者减少聚氨酯滚轮37。在更换滚轮的过程中 由于滚轮安装主轴43起到的临时支撑作用所以无需人工支撑。更换之后再 将台架恢复至原状态(按照步骤反操作)，保证聚氨酯滚轮37之间贴合紧密。 最后将滚轮支撑台架34移动到原位，压紧并起到定位作用。

操作完毕之后安装相应传感器，调节各电机速率便可进行扭振模拟。

总体而言，采用的本发明的技术方案，具有以下优势特点：

a)完备性强：该台架能将汽车整个动力传动系统涵盖在内。对其整体进行扭振 测试，而非单一的传动轴，所有试件，除了原配发动机外，都是采用原车型的，当然， 代替发动机的电动机也是几乎能涵盖大部分发动机的实际性能；

b)适应性强、提高试验精度：不仅能适应不同车型、不同尺寸的动力传动系统， 而且试验的安装状态与真实车身上的装配状态基本保持一致，一定程度上能较好的反 映实际情况；

c)操作简单、各部分台架工作相对独立且有效：台架操作安装基本步骤统一， 且顺序性强，各部分台架各司其职，拆装维护都较为独立方便，且配备有各种适配结 构，能让试验进行的井然有序。所有台架都进过有限元软件分析优化，保证强度刚度 基础上还不会产生共振，从而影响试验精度。