振动试验设备-模拟汽车运输振动试验台

gaosheng

一、振动试验对设备的要求

& G% i) N% a* C- _6 W9 _* V+ A振动试验对设备的要求一般依赖于试验方法标准。随着试验方法标准的不断完善和提高.试验设备的特性、功能、水平也要不断地完善和提高。

1．正弦振动试验对设备的要求
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: c: o6 T4 b3 x* ?8 Y: c; KGB／T2423.10国家标准的《电工电子产品环境试验》的第2部分：试验方法中，试验Fc和导则：振动（正弦）对试验设备在条件试验时的特性要求如下：
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（1）基本运动。基本运动应为时间的正弦函数。试验样品各固定点应基本上同相沿平行直线运动。
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（2）横向运动。垂直于振动方向的任何轴向的检测点上的最大振幅。当试验频率低于或等于500 Hz时，应不大于在振动方向上所规定的振幅的50％；当试验频率大于500 Hz时，则应不大于100％。对于小试验样品，如果有关标准有要求，则可规定为不大于25％，对于大试验样品或对于较高的试验频率，要达到上述要求可能是困难的，在这种情况下，可按下述办法处理：在报告中指明并记录超过上述规定的任何横向运动；横向运动不监控。
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; l! n% O/ H+ J0 T$ R" R; p, [7 r（3）加速度波形失真。加速度波形失真的测量应在基准点上进行，应覆盖到5000 Hz或驱动频率的5倍，并采用其中的较高者。加速度波形失真度不应超过25％。在某些情况下，要达到上述要求是不可能的，在这种情况下，如果基频控制信号的加速度振幅被恢复到规定的值，如使用跟踪滤波器，则可以容许失真度超过25％。

对于大的或复杂的样品，在频率范围内的某些部分，若所规定的失真要求不能被满足，而且使用跟踪滤波器也不现实时，就不需要恢复加速度振幅，但应指明失真并记录在报告中，有关规范可以要求记下如上述规定的失真及其受影响的频率范围。
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（4）振幅容差。在所要求轴线上的检测点和基准点上的实际振幅应等于所规定的值，并应在下列容差内，这些容差包括仪器误差。

+ l7 c; M9 u$ l1 |1）基准点：基准点上控制信号的容差为±15％。有关规范应指明是采用单点控制还是采用多点控制。如果采用多点控制，应说明是将各检测点上信号的平均值控制到所规定的值，还是将所选择的一个点上的信号控制到所规定的值。

- @& K9 ]- ?% z2）检测点：在每一检测点上，当频率低于或等于500 Hz时控制信号的容差为±25％；当频率超过500Hz时为±50％。
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1 |8 X: @; a* o8 t( y7 w; L在某些情况下，如对低频或大样品的某些频率要达到上述要求可能是困难的.应当在规范中规定一个较宽的容差或规定另一种可选择的评价方法。
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4 }$ z7 s1 I* Q+ b3 F' }（5）频率容差：

低于或等于0.25Hz时：±0.05 Hz；
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$ O/ p- ~; k" O0 C从0.25～5Hz时： ±20%;
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3 i. T2 I0 Q! }从5～50 Hz时：±1％；

8 _% B, D( @; O/ T( J: [超过50Hz时：±2％。
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在比较耐久试验前后的危险频率时，即在振动响应检查期间，应采用下列容差：
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低于或等于0.5Hz时：±0.05 Hz；
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从0.5～5Hz时：±10％；

从5～100 Hz时：±0.5Hz；

超过100Hz时：±0.5％。
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（6）扫频。扫频应是连续的，并且其频率随时间应按指数规律进行变化。扫频的速率应为1倍频程／min，其容差为±10％。其他标准如有规定，频率随时间也可按线性规律变化。
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5 k. ]. V/ {; q# l7 v& n二、模拟汽车运输振动试验台

/ S5 b3 X! N" Y: o; o1．汽车运输振动的特征

汽车运输振动的数据是通过大量的跑车实测而得。通过对数据的分析和处理，可得出运输振动具有如下的特征：
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（1）汽车运输振动是宽带随机振动，振动的瞬时值基本满足正态分布。
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3 B8 y5 e* G  y/ g' n+ P: Y" [（2）汽车运输振动的能量主要分布在0～200 Hz的频率范围内。在0～20 H2须带范图内能量更为集中。
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( p: Z' V  ]6 ~3 h: P（3）汽车运输振动在不同的频率下，自功率谱形状变化不大，总的趋势是随频率增大，自功率谱密度逐渐减小，并在2Hz和20Hz左右各出现峰值。

) k4 m: @+ m# K: b（4）汽车底板的振动量值（总有效值）因不同位置、不同方向、不同载荷、不同路面，不同车速而异。

2．汽车运输振动的等效模拟
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汽车运输振动是一个基本上满足各态历经假设和平稳性假设的随机振动。对一个平稳的各态历经的随机振动，根据振动信号的三个重要特征就能得到振动的较为详细的描述。这三个重要特征是：幅值概率密度函数、自相关函数和功率谱密度函数，由于功率谱密度是其自相关函数的傅里叶变换，于是功率谱包含了自相关曲线同样的基本讯息，因而，两个随机振动只须幅值概率密度函数相同及功率谱密度函数相同，那么这两个随机振动基本等效。
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; x3 o1 W1 q, r2 Q, m0 ?$ p) T* L上述原则为汽车运输振动的等效模拟提供了依据。若在实验室内能够产生一个随机振动，且该随机振动同汽车运输振动的幅值概率密度函数及功率谱密度函数相近时，则可以认为该随机振动就重现了汽车模拟运输振动。

6 a/ o9 P9 ?+ m7 t& u' d3．模拟汽车运输振动试验台
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6 k" D- X9 \' R2 L% V# K: U9 X模拟汽车运输振动试验台是一种机械式随机振动模拟器，是能较好地再现汽车运输振动台的试验室设备。
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6 X# A/ p' {8 P! N现有的模拟汽车运输振动环境的设备中，一般认为由数字式随机控制系统组成的试验设备能很好地重现所需要的振动环境，但这种设备成本昂贵，技术复杂，就我国现有情况来看，还很难普及应用，而用正弦振动来代替随机振动试验的方法又欠妥，故国内一些单位研制了机械式随机振动器——模拟汽车运输振动试验台。
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0 `( U8 t8 {' ]2 e! C. N+ A; Q用机械式的方法完全重现一个随机振动环境显然有很大困难。因而这种设备采用了分额段能量近似的模拟思想，即当试验的功率谱给定时，要在设备上重现该试验功率谱，完全重现是不可能的，因此把功率谱分成几个频段。高频段中的能量应该近似一致，并且总能量和功率谱的形状也应近似相同，这样，就可认为在设备上得到的振动的功率谱与给定的试验功率谱一致。
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试验台的全部活动质量通过两侧的若干组挂簧挂在框架上。整个活动质量包括台面、胶轮、鼓轮、齿轮箱和砂箱等主要部分组成。工作台面由板弹簧和胶轮弹性连接，每对胶轮座落在鼓轮上，使台面处于稳定平衡状态，鼓轮上对称装有不同曲率半径的相隔180°的两个可调凸块，同侧前后鼓轮为同速且相位可调，左右鼓轮为差速，砂箱做成可调质量以改变振动系统的频率特性，启动电机经减速器链传动机构，带动鼓轮旋转并顶起胶轮使台面运动，凸块高度的调节靠专用工具来完成。

粗略的理论分析可以证明：台面的振动量级与鼓轮直径成反比，与凸块的高度、宽度成正比。如果w（鼓轮转速）是随机变量，那么激振位移就是一个随机过程。这种情况在实际中是存在的。如果适当调整鼓轮和凸块的参数，可以使试验台的功率谱密度峰值与被模拟的功率谱密度峰值相接近。再配合设计具有一定形式的频率特性的结构（主要调整固有频率），可以使试验台产生适当要求的随机振动。

这种设备一般在出厂时已调整为较差路面上车速为30～40km／h的汽车底板振动状态，是一种规范试验机，试验时间1:1，每次试验时，不必进行测量。
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' y  r6 L, [- K& Y. z2 }Delta德尔塔仪器模拟运输振动试验台适用玩具、电子、家具、礼品、陶瓷、包装等产品进行模拟运输测试，符合EN、ANSI、UL、ASTM、ISTA美国、欧洲、国际运输标准
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台面的振动量级与鼓轮直径成反比，与凸块的高度、宽度成正比