振動試驗及振動試驗設備

關于振動試驗及振動試驗設備第1頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三一、振動試驗及常用試驗標準

振動試驗是評定元器件、零部件及整機在預期的運輸及使用環(huán)境中的抵抗能力，根據(jù)產品所承受的環(huán)境不同，振動試驗分以下種類：

1、正弦定頻試驗在選定的頻率上（可以是共振頻率，特定頻率，或危險頻率）按規(guī)定的量值進行正弦振動試驗，并達到規(guī)定要求的時間。

2、正弦掃頻試驗在規(guī)定的頻率范圍內，按規(guī)定的量值以一定的掃描速率由低頻到高頻，再由高頻到低頻作為一次掃頻，直到達到規(guī)定的總次數(shù)為止。第2頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三

掃頻試驗分線性掃頻試驗和指數(shù)掃頻試驗線性掃頻速度由掃頻速率（Hz/s）或單次掃頻時間決定。指數(shù)掃頻速度的掃頻速率一般為每分鐘一個倍頻乘，單次掃頻時間為第3頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三3、窄帶隨機掃描試驗在規(guī)定的頻率范圍內，用某一中心頻率上某一帶寬的窄帶隨機信號作由低頻到高頻，再由高頻到低頻的掃描，并達到規(guī)定要求的時間。4、寬帶隨機振動試驗在規(guī)定的頻率范圍內，按規(guī)定的譜形狀和總均方根值（GRMS）作寬帶隨機振動，并達到規(guī)定要求的時間。第4頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三5、寬帶隨機疊加正弦振動試驗在規(guī)定的頻率范圍內，在隨機振動的基礎上疊加有若干個頻率的正弦振動，按規(guī)定量級規(guī)定時間完成試驗。6、寬帶隨機疊加窄帶隨機掃描振動試驗在規(guī)定的頻率范圍內，在寬帶隨機振動的基礎上疊加有若干窄帶隨機峰值，按規(guī)定量級規(guī)定時間完成試驗。7、跑車試驗在選定的路面上，將試驗樣品裝在運輸車上，以一定的車速行駛若干次，用來模擬在不同路面上的振動情況。第5頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三

以上振動試驗的量值GB2423,及GJB150、GJB360、根據(jù)不同的使用環(huán)境規(guī)定了相應的試驗量值。

GB2423是對電工電子產品的基本環(huán)境試驗所作的規(guī)定。

GJB150是對軍用設備環(huán)境試驗方法所作的規(guī)定。

GJB360是對軍用電子及電氣元器件試驗方法所作的規(guī)定。

GJB548是對軍用微電子器件試驗方法所作的規(guī)定。第6頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三二、振動試驗設備的基本參數(shù)及選型

1、振動試驗設備的基本參數(shù)①最大載荷最大載荷是振動試驗設備的承受載荷的能力，振動試驗設備承受載荷的能力決定于承載彈簧和導向系統(tǒng)的強度，其中還包括最大允許的重心高度及最大允許偏載力矩第7頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三②最大推力振動試驗設備所能產生的最大激振力是試驗設備的最大推力。衡量推力的物理量是加速度；計算公式為：

F=MaF:最大推力單位：kgM＝M1+M2M1:為活動系統(tǒng)重量，

M2:為負載重量單位：kg第8頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三③頻率范圍振動試驗設備允許的工作頻率范圍，振動試驗設備的頻率范圍主要決定于活動系統(tǒng)的一階諧振頻率范圍，尤其對于電動振動臺，其額定上限頻率約為一階諧振頻率的1.2倍左右。如下圖所示：第9頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三

第10頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三④最大位移機械振動臺的最大位移決定于激振器的偏心力矩，受系統(tǒng)結構限制最大位移一般為5mm，峰峰值為10mm。電動振動臺的最大位移決定于動圈的活動空間及承載簧的線性行程，目前的電動臺最大位移一般為25.4mm，峰峰值為51mm。⑤最大速度機械振動臺不受最大速度的限制，只受最大位移及最大加速度的限制。第11頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三

電動振動臺由于受功放最大輸出電壓的限制，存在最大速度，因為在最大速度時動圈繞線切割磁力線產生的反電動勢要消耗功放電壓。目前的電動臺允許的最大速度為1.2－2m/s。⑥最大加速度最大加速度是振動試驗設備空載時的加速度，是衡量振動試驗設備推力的一項參數(shù)。第12頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三2、常用的振動試驗設備振動試驗設備分機械振動試驗臺、電液振動試驗臺、電動振動試驗臺、模擬汽車運輸試驗臺。①機械式振動試驗臺機械式振動試驗臺屬低頻大載荷振動試驗臺，頻率為5－80Hz，載荷從50kg－1000kg，位移為5mm左右，加速度為3－20g。適宜于低頻定振試驗或低頻定位移掃頻試驗，不能作定加速度掃頻試驗，機械式振動試驗臺是一種開環(huán)式振動試驗設備。一次裝夾可實現(xiàn)垂直和水平兩方向振動。第13頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三②電液式振動試驗臺電液式振動試驗臺屬中低頻大位移、大推力振動試驗臺，頻率為2－200Hz，推力可達數(shù)十噸，位移可達50mm左右。適宜于低頻定振試驗或中低頻掃頻試驗及隨機試驗和沖擊實驗。電液式振動試驗臺是一種閉環(huán)式振動試驗設備。③電動式振動試驗臺電動式振動試驗臺屬高頻、大位移、大推力振動試驗臺，頻率范圍為5－3000Hz，推力可達十六噸，位移可達25.4mm。適宜于任何形式的給定信號的振動及沖擊試驗。電動式振動試驗臺是一種閉環(huán)式振動試驗設備第14頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三④模擬汽車運輸試驗臺可代替實際跑車試驗。第15頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三3、振動試驗設備的選型及使用首先應根據(jù)所做試驗的頻率范圍及掃頻方式選擇振動臺的類型（機械式振動臺或電動式振動臺）（1）機械振動臺的選型機械式振動臺是按載荷大小命名的，

a、一般技術指標載荷：15-1000kg

臺面尺寸：一般為方臺面最大位移：5mm

最大加速度：5-20g

頻率范圍：5-80Hz

試驗方式：定頻、定位移線性或指數(shù)掃頻振動方向：垂直和水平

b、機械振動臺的選型根據(jù)試品重量、試品大小、及試品需要振動的方向選擇振動臺的型號。

第16頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三（c）機械振動臺的使用第17頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三第18頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三第19頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三（2）電動振動臺的選型與使用電動振動臺是以推力大小命名

a、一般技術指標：推力：載荷：臺面尺寸:

空載加速度：最大位移：頻率范圍：一般為5-3000Hz

振動方向：可帶水平滑臺

b、電動臺的選型

(a)電動臺推力大小的選擇

F=(M1+M2)aF:試驗所需推力

M1:活動系統(tǒng)重量

M2:試品重量

a:試驗加速度

第20頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三(b)功率放大器的選擇（c）傳感器和電荷放大器的選擇

c、電動振動臺的使用第21頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三第22頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三第23頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三第24頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三第25頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三第26頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三（3）模擬汽車運輸試驗臺的選型及使用模擬汽車運輸試驗臺是以載荷大小命名的。模擬汽車運輸試驗臺是實際跑車試驗在實驗室的真實再現(xiàn)。

a、模擬汽車運輸試驗臺的一般指標載荷：臺面大小：加速度總均方根值：強化等級：

b、模擬汽車運輸試驗臺的選型

c、模擬汽車運輸試驗臺的使用

第27頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三第28頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三三、電動振動臺及隨機振動試驗技術

1、電動振動臺的頻率特性電動臺的下限頻率為5Hz，單獨就控制儀及振動臺均可達到5Hz以下，但是5Hz以下加速度較小，受控制儀動態(tài)范圍的限制，很難實現(xiàn)閉環(huán)控制。電動臺的上限頻率一般為動圈一階諧振頻率的1.2倍，電動臺的一階諧振頻率與電動臺動圈的直徑有關，動圈的直徑越大一階諧振頻率越低，動圈的直徑越小一階諧振頻率越高。第29頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三第30頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三

我公司設計的電動臺充分考慮GJB150、GJB360、GJB548的要求，結合國外電動臺的特點，10000N以下電動臺做到高頻率高加速度，適宜于元器件的正弦及隨機試驗，滿足GJB360、GJB548的需要。20000N以上電動臺做到大臺面高帶載特性，適宜于部件及整機的正弦及隨機試驗，滿足GJB150的需要。

推力10000N20000N30000N50000N臺面尺寸φ220φ400φ500φ500上限頻率3000Hz2500Hz2000Hz2000Hz第31頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三①電動振動臺的空載加速度電動臺的空載加速度是描術電動臺推力的一項參數(shù)，并不是電動振動臺的空載加速度低電動臺的推力就小，片面提高電動臺的空載加速度要以犧牲電動臺的可靠性為代價。以3000N電動臺帶載200kg負載為例說明如下：

30000N,空載加速度65g的振動臺推力M活空載加速度200kg負載下加速度30000N45kg65g12.19g第32頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三

30000N,空載加速度100g的振動臺在200kg負載下兩者加速度只差0.8g

推力M活空載加速度200kg負載下加速度30000N30kg100g13g第33頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三②電動振動臺作沖擊試驗隨著控制儀技術的發(fā)展，及開關功放技術的應用，電動臺允許的振動速度得到很大提高，為電動臺作沖擊試驗提供了很大的方便，由于使用了開關功放，電動臺允許的沖擊速度可達5m/s允許的沖擊推力為正弦推力峰值的2倍。③

隨機振動試驗技術隨機振動是較為真實的反映實際環(huán)境的一種試驗方法，它的概念較為抽象，涉及的知識面較寬，作為我們試驗人員需從以下兩方面弄清楚隨機振動。第34頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三

⑴隨機振動與正弦振動的區(qū)別正弦振動在任意一瞬間只包含一種頻率的振動，而隨機振動在任意一瞬間包含頻譜范圍內的各種頻率的振動，這些頻率能量的大小按照規(guī)定的譜圖分布。如下圖所示：第35頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三如下圖所示：正弦振動時域波形

正弦振動頻域譜圖第36頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三正弦振動頻域譜圖隨機振動時域波形概率分布圖隨機振動時域波形概率分布圖正弦振動頻域譜圖第37頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三

對于正弦振動