振動臺做正弦振動試驗參考的標準與試驗方法分享!
使用振動臺做正弦振動試驗的目的是在試驗室內模擬產品在運輸、儲存、使用過程中所可能經受到的正弦振動及其影響。正弦振動主要是由于飛機、車輛、船舶、空中飛行器和地面機械的旋轉、脈動、振蕩等諸力所引起的。
振動臺正弦振動試驗的試驗條件(嚴酷等級)由頻率、振幅、試驗持續時間三個參數共同確定。
一、 相關術語定義
(《GB/T 2298-2010 機械振動、沖擊與狀態監測 詞匯(hui)》)
1)正弦振動 sinusoidal vibration 振動參量可由時間自變量的正弦函數描述的周期振動。
2)頻率 frequency (3.33)
周期(qi)的倒數。
注:頻率(lv)的單位(wei)是(shi)赫茲(Hz),相(xiang)當于每(mei)秒循環一次。
3)振幅
位移(yi) displacement 相對位移(yi) relative displacement(2.1)
<振動與沖擊>表征物體上一(yi)點相(xiang)對于某參考系的(de)位置變化(hua)的(de)時間變量(liang)。
(振動(dong)的(de))峰—峰值 peak-to-peak value (of a vibration) (3.45)
給定(ding)時間(jian)區(qu)間(jian)內振動(dong)最大正值(zhi)(zhi)與(yu)最大負(fu)值(zhi)(zhi)之間(jian)的(de)差值(zhi)(zhi)。
注:其大(da)小與測量系統的響應或上升時間(jian)有關。
4)交(jiao)越頻率 cross-over frequency:(3.118)
<振動環境試驗>振動的某一特性從一種關系轉變為另一種關系時的頻率。
二 標準
振動臺做振動試驗標準有很多,不同的國家地區行業,都會有不同標準體系,如下:
ASTM,ISTA,MIL,EN,IEC,ETSI,JIS,SAE、JASO、IEC,ISO,AEC等。
現行常見的振動試驗標準有:GB2423,GJB150A,GJB360,GJB548,GJB4,GJB367A,GB25119,IEC61373,GB21563,GB6587,GB11287,GB16806,QC413,ISO16750,GB4857等(deng)
其(qi)中正弦振動標準主要包括:
GB/T2423.10-2008 電工電子產品環(huan)境試驗 第(di)2部分: 試驗方法(fa) 試驗Fc: 振動(正弦)
IEC60068-2-6-2007 基本(ben)環(huan)境(jing)試驗規程.第2部分:試驗.第6節:試驗Fc:振(zhen)動(正弦(xian)波)
ISO8318:2000 包裝(zhuang).滿裝(zhuang)的運輸包裝(zhuang)和單元(yuan)貨(huo)物.采用可變(bian)頻(pin)的正(zheng)弦振動試驗(yan)
GB/T4857.10-2005 包裝(zhuang) 運輸包裝(zhuang)件基本試(shi)驗第10部(bu)分:正弦(xian)變頻振動試(shi)驗方(fang)法
三 試驗方法
在正弦振動試(shi)驗方法中又規定(ding)(ding)了“掃頻(pin)試(shi)驗”和(he)“定(ding)(ding)頻(pin)試(shi)驗”兩種試(shi)驗方法。
1、掃頻試驗
掃(sao)頻(pin)試(shi)驗(yan)是(shi)指(zhi)在(zai)試(shi)驗(yan)過程中維持一個或兩(liang)個振動參數(shu)(位移、速度或加速度)量級不變,而振動頻(pin)率在(zai)一定范圍(wei)內連續(xu)往(wang)復變化的試(shi)驗(yan)。
1)線性掃描化是線性的,即單位時(shi)間掃過多少赫(he)茲,單位是Hz/s或Hz/min,這種(zhong)掃描用(yong)于細找共振頻(pin)率(lv)的試驗。
2)對數掃描頻率變(bian)化(hua)按對數變(bian)化(hua),掃描率可以是(shi)oct/min、oct是(shi)倍頻程。
如果上限(xian)頻(pin)(pin)率(lv)fH,下限(xian)fL,fH/fL=2n,n就是下限(xian)頻(pin)(pin)率(lv)到上限(xian)頻(pin)(pin)率(lv)經過了n個倍頻(pin)(pin)程(cheng)。
對(dui)數(shu)(shu)掃(sao)描(miao)(miao)的(de)(de)意思是(shi)相(xiang)同的(de)(de)時間(jian)掃(sao)過(guo)(guo)(guo)的(de)(de)頻(pin)率(lv)倍(bei)(bei)頻(pin)程(cheng)(cheng)數(shu)(shu)是(shi)相(xiang)同的(de)(de),例如從5-20Hz是(shi)兩個(ge)倍(bei)(bei)頻(pin)程(cheng)(cheng),從500-2000Hz也是(shi)倍(bei)(bei)頻(pin)程(cheng)(cheng)。在對(dui)數(shu)(shu)掃(sao)描(miao)(miao)的(de)(de)情況下,掃(sao)過(guo)(guo)(guo)這兩段的(de)(de)時間(jian)是(shi)相(xiang)同的(de)(de)。就是(shi)說對(dui)數(shu)(shu)掃(sao)描(miao)(miao)時低頻(pin)掃(sao)得慢而高頻(pin)掃(sao)得快(這當然是(shi)指單位時間(jian)掃(sao)過(guo)(guo)(guo)的(de)(de)頻(pin)率(lv)范圍)。有時對(dui)數(shu)(shu)掃(sao)描(miao)(miao)率(lv)還用于Dec/min,含(han)意是(shi)每分鐘(zhong)掃(sao)多少個(ge)十倍(bei)(bei)頻(pin)程(cheng)(cheng)。
掃(sao)頻試驗主要(yao)用于:
a)產品振動頻響的檢(jian)查(cha)(即最初共(gong)振檢(jian)查(cha)),確定共(gong)振點及工作的穩定性,找(zhao)出產品共(gong)振頻率,以做耐振處理。
b)耐掃(sao)(sao)頻(pin)處理(li)(li):當產品在使用(yong)頻(pin)率范圍內無共振(zhen)點時(shi),或有數(shu)(shu)個不明顯的(de)諧振(zhen)點,必須進行耐掃(sao)(sao)頻(pin)處理(li)(li),掃(sao)(sao)頻(pin)處理(li)(li)方式(shi)在低頻(pin)段采用(yong)定(ding)位移幅值,高(gao)頻(pin)段采用(yong)定(ding)加(jia)速度(du)幅值的(de)對數(shu)(shu)連續掃(sao)(sao)描,其交(jiao)越頻(pin)率一般(ban)在55-72Hz,掃(sao)(sao)頻(pin)速率一般(ban)按每分鐘一個倍頻(pin)進行。
c)最后(hou)共振檢查:以產品(pin)振動(dong)頻(pin)響檢查相同的(de)方法(fa)檢查產品(pin)經(jing)耐振處(chu)理后(hou),各共振點有(you)無改(gai)變,以確定產品(pin)通過耐振處(chu)理后(hou)的(de)可靠程(cheng)度。
2、定頻試驗:
定(ding)頻(pin)試(shi)驗(yan)(yan)是(shi)指在規(gui)定(ding)的固定(ding)頻(pin)率點上進行各種振動參數不同量級(ji)的試(shi)驗(yan)(yan)。它(ta)主要用于:
(1)耐(nai)共(gong)振(zhen)(zhen)頻率處理。在產(chan)品振(zhen)(zhen)動頻響檢查時發現的(de)(de)明(ming)顯共(gong)振(zhen)(zhen)頻率點上,施(shi)加規定振(zhen)(zhen)動參(can)數振(zhen)(zhen)幅的(de)(de)振(zhen)(zhen)動,以考核產(chan)品耐(nai)共(gong)振(zhen)(zhen)振(zhen)(zhen)動的(de)(de)能(neng)力。
(2)耐預定頻率處理(li):在已知的產品使用環境條件振動(dong)頻率時,可采用耐預定頻率的振動(dong)試(shi)驗(yan)。其目的還是為考核產品在預定危險頻率下承受(shou)振動(dong)的能力。
四、 試驗條件的選擇
1、頻率、頻率范圍
有的(de)(de)標(biao)準(特別是(shi)(shi)軍標(biao))是(shi)(shi)直(zhi)接給(gei)出(chu),即按產(chan)品(pin)的(de)(de)使用環(huan)境直(zhi)接給(gei)出(chu)了試驗的(de)(de)頻(pin)率或頻(pin)率范圍;民(商)用標(biao)準通常是(shi)(shi)用兩種方式來規定(ding)的(de)(de)。
如何(he)確(que)定(ding)和(he)選擇(ze)和(he)確(que)定(ding)試驗的(de)頻率(lv)范圍?下面的(de)敘述可供參考(kao):
產(chan)品在運輸、貯存和使用過程中,有時會(hui)遇到(dao)很(hen)低(di)的(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率,例如(ru)(ru)車輛(liang)上(shang)用的(de)(de)設備,其車輛(liang)主(zhu)要(yao)(yao)基波(bo)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率可能(neng)低(di)到(dao)在1.5~4Hz之間(jian),而(er)(er)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)試(shi)(shi)(shi)驗設備,要(yao)(yao)達到(dao)1.5Hz,其加速(su)度波(bo)型失真就會(hui)超差很(hen)大,達不到(dao)試(shi)(shi)(shi)驗的(de)(de)要(yao)(yao)求。因此在確(que)定試(shi)(shi)(shi)驗頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率范圍(wei)(wei)時就要(yao)(yao)權衡(heng),如(ru)(ru)果(guo)一個產(chan)品試(shi)(shi)(shi)驗頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率范圍(wei)(wei)不寬,低(di)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)端在1 Hz或1 Hz以(yi)下,高頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)端在100(或~500Hz),則可用液壓振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)臺來實現(xian);如(ru)(ru)果(guo)一個產(chan)品試(shi)(shi)(shi)驗頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率范圍(wei)(wei)很(hen)寬,其高頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)段在500~2000 Hz或以(yi)上(shang),而(er)(er)低(di)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)端又要(yao)(yao)到(dao)1 Hz或1 Hz以(yi)下,則只能(neng)適當的(de)(de)提高低(di)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)段的(de)(de)起點頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率,例如(ru)(ru)低(di)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)端從5~10 Hz開始,因為(wei)要(yao)(yao)達到(dao)500~2000 Hz的(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率,必需用電動(dong)(dong)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)臺來進(jin)行試(shi)(shi)(shi)驗,而(er)(er)當今的(de)(de)電動(dong)(dong)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)臺隨著(zhu)科(ke)學技(ji)術的(de)(de)發展(zhan),其低(di)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)端已(yi)可達到(dao)5~10 Hz。
2、振幅及其選擇
在正弦振動試驗(yan)(yan)中,其(qi)振幅(fu)有(you)位(wei)(wei)(wei)移(yi)(yi)幅(fu)值和加速度(du)幅(fu)值二種,在實(shi)際試驗(yan)(yan)時,有(you)的(de)(de)試驗(yan)(yan)僅給出位(wei)(wei)(wei)移(yi)(yi)幅(fu)值,有(you)的(de)(de)試驗(yan)(yan)同(tong)時給出位(wei)(wei)(wei)移(yi)(yi)幅(fu)值和加速度(du)幅(fu)值。
1)僅(jin)給出一(yi)個(ge)位移幅值:對(dui)IEC標準和國(guo)標,其上限頻率不(bu)超(chao)過10Hz的試驗,只給出一(yi)個(ge)位移幅值;對(dui)美軍標和國(guo)軍標,例如電(dian)子及電(dian)氣元件試驗方法,在10~55 Hz的頻率范圍(wei)內也僅(jin)給出一(yi)個(ge)位移幅值,其值為0.75mm(單振幅)。
2)同時給出位(wei)移(yi)(yi)(yi)幅(fu)值和(he)加速(su)度(du)幅(fu)值:產品安裝(放)平臺實(shi)(shi)際振動(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)特點是(shi)頻(pin)(pin)(pin)率愈(yu)高加速(su)度(du)愈(yu)大,頻(pin)(pin)(pin)率愈(yu)低(di)位(wei)移(yi)(yi)(yi)幅(fu)值愈(yu)大,而(er)(er)且(qie)是(shi)隨著(zhu)振動(dong)(dong)頻(pin)(pin)(pin)率的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)而(er)(er)不(bu)斷改變(bian)(bian)的(de)(de)(de)(de)。就(jiu)對產品的(de)(de)(de)(de)影響而(er)(er)言,低(di)頻(pin)(pin)(pin)主(zhu)要(yao)(yao)是(shi)位(wei)移(yi)(yi)(yi)破(po)壞(huai),高頻(pin)(pin)(pin)主(zhu)要(yao)(yao)是(shi)加速(su)度(du)破(po)壞(huai),而(er)(er)當今的(de)(de)(de)(de)正弦振動(dong)(dong)試(shi)(shi)(shi)驗是(shi)建(jian)立(li)在(zai)以往科學技術基礎上的(de)(de)(de)(de),當時(形成正弦振動(dong)(dong)試(shi)(shi)(shi)驗時)的(de)(de)(de)(de)試(shi)(shi)(shi)驗室模擬技術還不(bu)可能實(shi)(shi)現像現場(chang)振動(dong)(dong)一樣隨著(zhu)振動(dong)(dong)頻(pin)(pin)(pin)率的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)而(er)(er)其(qi)振幅(fu)有(you)位(wei)移(yi)(yi)(yi)幅(fu)值不(bu)斷改變(bian)(bian),只(zhi)能采(cai)用盡量逼近現場(chang)振動(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)方法,因(yin)此采(cai)用低(di)頻(pin)(pin)(pin)段(duan)位(wei)移(yi)(yi)(yi)幅(fu)值不(bu)變(bian)(bian)(稱定(ding)(ding)位(wei)移(yi)(yi)(yi)),高頻(pin)(pin)(pin)率段(duan)加速(su)度(du)幅(fu)值不(bu)變(bian)(bian)(稱定(ding)(ding)加速(su)度(du)),從定(ding)(ding)位(wei)移(yi)(yi)(yi)變(bian)(bian)到(dao)定(ding)(ding)加速(su)度(du)之間的(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率稱交越頻(pin)(pin)(pin)率(振動(dong)(dong)特性(xing)一種(zhong)關(guan)系(xi)變(bian)(bian)到(dao)另一種(zhong)關(guan)系(xi)的(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率)。在(zai)IEC標準和(he)國標中有(you)二種(zhong)交越頻(pin)(pin)(pin)率,即8~9 Hz的(de)(de)(de)(de)低(di)交越頻(pin)(pin)(pin)率和(he)57~62 Hz高交越頻(pin)(pin)(pin)率,前(qian)者(zhe)主(zhu)要(yao)(yao)用于艦(jian)船產品的(de)(de)(de)(de)試(shi)(shi)(shi)驗,后者(zhe)主(zhu)要(yao)(yao)用于陸用和(he)空用產品的(de)(de)(de)(de)試(shi)(shi)(shi)驗。
3、試驗的持續時間及其選擇
試(shi)驗的(de)(de)(de)持(chi)續時(shi)間(jian)是描述(shu)產(chan)品的(de)(de)(de)耐(nai)受(shou)振動能(neng)力的(de)(de)(de)重要參數。對試(shi)驗持(chi)續時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)選擇(ze)相對于上述(shu)二個參數的(de)(de)(de)選擇(ze)要困難得多(duo)。因(yin)為(wei)目前(qian)一般很難給出(chu)多(duo)長的(de)(de)(de)試(shi)驗時(shi)間(jian)相當于實際使用的(de)(de)(de)多(duo)少(shao)時(shi)間(jian)。
對(dui)掃頻試(shi)驗,通常以掃頻循環數給出試(shi)驗時間。
對(dui)定(ding)頻試驗(yan),則直接以(yi)分鐘和(he)小時給出試驗(yan)時間。
IEC和國(guo)標(biao)對(dui)(dui)掃(sao)(sao)(sao)頻(pin)(pin)(pin)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)給(gei)出(chu)(chu)(chu)了1,2,5,15,20,50,100等(deng)(deng)七個掃(sao)(sao)(sao)頻(pin)(pin)(pin)循環(huan)數等(deng)(deng)級(ji),對(dui)(dui)定(ding)頻(pin)(pin)(pin)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)給(gei)出(chu)(chu)(chu)了10分(fen),30分(fen),1小(xiao)(xiao)時(shi),1.5小(xiao)(xiao)時(shi),2小(xiao)(xiao)時(shi),10小(xiao)(xiao)時(shi)等(deng)(deng)六個試(shi)驗(yan)(yan)(yan)時(shi)間等(deng)(deng)級(ji);對(dui)(dui)微電(dian)子器(qi)件試(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)法(fa)與程序和電(dian)子及電(dian)氣元(yuan)件試(shi)驗(yan)(yan)(yan)方(fang)法(fa)的(de)(de)美軍標(biao)和國(guo)軍標(biao),給(gei)出(chu)(chu)(chu)了12個(三(san)方(fang)向)和36個(三(san)方(fang)向)二種(zhong)掃(sao)(sao)(sao)頻(pin)(pin)(pin)循環(huan)數等(deng)(deng)級(ji)。在這里還(huan)需指(zhi)出(chu)(chu)(chu)的(de)(de)是進行掃(sao)(sao)(sao)頻(pin)(pin)(pin)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)時(shi),其(qi)掃(sao)(sao)(sao)頻(pin)(pin)(pin)速率通常為(wei)1倍頻(pin)(pin)(pin)程/min。如何具體地(di)選擇試(shi)驗(yan)(yan)(yan)的(de)(de)持(chi)續時(shi)間,通常是根據振動對(dui)(dui)產品的(de)(de)破壞(huai)機(ji)理來確定(ding)的(de)(de)。
振(zhen)動(dong)對(dui)(dui)產(chan)品(pin)(pin)的(de)破(po)(po)壞(huai),一(yi)(yi)般可以(yi)分為三種(zhong),即對(dui)(dui)產(chan)品(pin)(pin)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)性能的(de)破(po)(po)壞(huai),對(dui)(dui)產(chan)品(pin)(pin)結(jie)(jie)構完好性的(de)破(po)(po)壞(huai),對(dui)(dui)產(chan)品(pin)(pin)壽(shou)(shou)命(ming)(ming)的(de)破(po)(po)壞(huai)。如果(guo)主(zhu)要(yao)(yao)考慮振(zhen)動(dong)對(dui)(dui)產(chan)品(pin)(pin)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)性能的(de)影(ying)響(xiang),如工(gong)(gong)(gong)作(zuo)不正(zheng)常、不穩定(ding)(ding)、失靈、甚至不能工(gong)(gong)(gong)作(zuo)等,通常是(shi)振(zhen)動(dong)一(yi)(yi)旦停止,工(gong)(gong)(gong)作(zuo)性能就能恢復正(zheng)常,所以(yi)其試驗(yan)時間(jian)可按(an)設備所需的(de)最(zui)長(chang)連(lian)(lian)續工(gong)(gong)(gong)作(zuo)時間(jian)結(jie)(jie)合(he)實踐經驗(yan)來(lai)確(que)定(ding)(ding)。結(jie)(jie)構破(po)(po)壞(huai)主(zhu)要(yao)(yao)是(shi)指脫(tuo)焊、螺(luo)(luo)釘松動(dong)、連(lian)(lian)接件脫(tuo)開、部件的(de)相互撞擊(ji)。對(dui)(dui)這種(zhong)破(po)(po)壞(huai)一(yi)(yi)般在30分鐘到一(yi)(yi)小時就能發現。對(dui)(dui)其中(zhong)的(de)螺(luo)(luo)釘松動(dong)和(he)連(lian)(lian)接件脫(tuo)開、部件的(de)撞擊(ji)也(ye)可按(an)最(zui)長(chang)的(de)連(lian)(lian)續工(gong)(gong)(gong)作(zuo)時間(jian)來(lai)考慮。在某(mou)些情況(kuang)下,也(ye)可按(an)全部壽(shou)(shou)命(ming)(ming)時間(jian)來(lai)考慮。如果(guo)是(shi)為了確(que)定(ding)(ding)產(chan)品(pin)(pin)承(cheng)受累積應力的(de)能力(疲(pi)勞),其時間(jian)應根據產(chan)品(pin)(pin)的(de)使用要(yao)(yao)求,按(an)使用時可能出現的(de)應力循(xun)(xun)環(huan)數(shu)來(lai)確(que)定(ding)(ding),或按(an)無限壽(shou)(shou)命(ming)(ming),即10^7次(ci)應力循(xun)(xun)環(huan)來(lai)確(que)定(ding)(ding)試驗(yan)時間(jian)。