标准振动试验介绍

标准振动试验介绍 一通检测简介 振动试验是评定元器件、零部件及整机在预期的运输及使用环境中的抵抗能力. 物体或质点相对于平衡位置所作的往复运动叫振动。振动又分为正弦振动、随机振动、复合振动、扫描振动、定频振动。描述振动的主要参数有 振幅、速度、加速度。单频正弦振动频率为 f 时 振幅单峰值为 D 则其速度单峰值为 加速度单峰值为。 振动试验标准 GJB 150.25-86 GB-T 4857.23-2003 GBT4857.10-2005 目前可以进行该试验的试验室有测量控制设备及系统实验室、环境可靠性与电磁兼容试验中心、苏州电器科学研究所。 在现场或实验室对振动系统的实物或模型进行的试验。振动系统是受振动源激励的质量弹性系统 如机器、结构或其零部件、生物体等。振动试验是从航空航天部门发展起来的 现在已被推广到动力机械、 交通运输、建筑等各个工业部门及环境保护、劳动保护方面 其应用日益广泛。振动试验包括响应测量、动态特性参量测定、载荷识别以及振动环境试验等内容。 响应测量 主要是振级的测量。为了检验机器、结构或其零部件的运行品质、安全可靠性以及确定环境振动条件 必须在各种实际工况下对振动系统的各个选定点和选定方向进行振动量级的测定 并记录振动量值同时间变化的关系 称为时间历程 。对周期振动 主要测定振级 位移、速度、加速度或应变的幅值或有效值 和振动周期 对瞬态振动和冲击 主要测定位移或加速度的最大峰值和响应持续时间;对平稳随机振动,主要测定力和响应的时间历程的均值和方差等 对非平稳随机振动 可把时间划分为许多小段 测定各小段内时间历程的均值和方差 找出它们同时间的关系 并以此作为振级的度量。 许多机器的振动速度在很宽频率范围内几乎为常数 所以可用在机器上选定点测得的振动速度的最大有效值作为机器振动强烈程度 称为振动烈度 的指标。 动态特性参量的测定 为了设计和试制新机器或在改造旧机器时解决减振问题 以及为了提高振动机械的效率 必须了解系统的动态特性参量。动态特性参量很多 对于线性系统 最常用的为模态参量 包括各阶固有频率、振型、模态质量或模态刚度、模态阻尼比。模态参量可以换算出物理坐标 即几何坐标 中的力学参量 包括集中质量、刚度和阻尼矩阵。 动态特性参量的简易测定方法 在工程设计中 有时只需知道低阶如一、二阶 固有频率、振型以及阻尼系数 可用简易方法测定这些参量 固有频率测定 用敲击或突然卸载使系统产生自由振动,记录其衰减波形并与仪器中的时标信号比较,或将信号发生器产生的固定频率正弦波和衰减波形输入射线示波器 由示波器显示的利萨如图形求得一、二阶固有频率。如果有激振器或振动台 则可对系统进行步进频率激振或低速扫频激振以寻找共振频率 在小阻尼时共振频率近似等于固有频率。 振型测定 手持木质或铝质探针接触被测系统各点 由撞击声音 或凭手感 测定所有不振动点的位置 即节线位置。对水平放置的平板型系统 可在平板上撒上砂粒 振动时砂粒将聚集到节线上 由节线分布情况即可大致判断振型。 阻尼测定 可采用衰减振动法、共振法和相位法。衰减振动法是用记录仪记录自由振动的衰减波形 由相邻同向的两次或数次的振幅的衰减率算出阻尼值 共振法是由共振时振幅和共振区频率带宽算出阻尼值 相位法是由共振区相位随频率变化关系算出阻尼值。 机械导纳方法 机械导纳是系统频域的特征参量(见机械阻抗)。大型复杂结构的固有频率多而密集,振型很复杂 无法用简易方法测定。然而可以先测试系统对激振力的响应 得到机械导纳 再用图解识别 即机械导纳的幅频、相频、实频、虚频或矢端图等图形识别 或计算机识别来确定模态参量或物理参量。时域识别方法 直接利用振动的时间历程来求系统的模态参量。对自由振动 可以通过自由振动和脉冲响应函数(系统的时域特性参量之一,其傅里叶变换即机械导纳)的关系直接计算模态参量。对受迫振动,可以用数字时间序列分析方法或其他方法 如随机减量法、滤波法等 来计算模态参量。时域识别方法的优点是能利用运行状态下机器的振动信号 适用于不能在实验室测试的大型结构 缺点是天然振源的激振力往往无法测定和控制 而仅能由响应值来识别 故精度较低。 载荷识别 指分析和确定振源的性质 是有规律的还是随机的 是定力还是定运动 、传播途径及振源施加在系统上的载荷谱 即载荷的时间历程 。载荷识别也叫环境预测 它可为分析系统的动力响应和振动原因等提供数据。大型结构承受的载荷非常复杂 很难直接测定 但可以通过结构的响应信号和系统已知的数学模型来反推系统承受的载荷 再根据各种工况下得出的数据进行统计和综合 最终得到载荷谱。振源的性质和传播途径可以用功率谱分析或相关分析方法得出。 振动环境试验 为了了解产品的耐振寿命和性能指标的稳定性 录找可能引起破坏或失效的薄弱环节 对系统在模拟实际环境的振动、冲击条件下进行的考核试验。定型产品的试验规范通常已经标准化 新产品要制定合适的试验方法。试验方法分两大类:标准试验,包括耐预定频率试验、耐共振试验、正弦扫描试验、宽带随机振动试验、冲击试验、声振试验和运输试验等 非标准试验 包括瞬态波形振动试验、窄带随机振动试验、随机波再现试验、正弦波和随机波混合试验等。(见振动环境试验) 振动试验数据处理和分析 试验得到的大量原始数据必须经过各种处理 才能作为工程设计计算的依据资料。试验的原始记录数据是参量的时间历程 位移、速度或加速度等量值同时间的关系 通过直观分析可将数据分为瞬态的、周期的、随机或非随机持续非周期的三种 进而在时域 包括时差域 即自变量为两信号的时间差 、频域和幅值域三大域中进行统计分析、相关分析和谱分析从而得到表征时间历程特征的各种函数。处理方法可分为模拟量处理法和数字量处理法。前者设备简单 但精度较差 处理时间长 后者需将原始记录的模拟量变换为数字量后用数字计算机处理 由于精度很高 速度极快 所以随着各种功能齐全的专用数据处理机如快速傅里叶分析仪 的出现 数字量处理法已逐渐取代了模拟量处理法。 振动试验意义和使用 在运输过程产生的振动中 货运箱受到复杂的动态的压力。要求货运箱受到运输中可能受到振动 从而模拟产生近似真实的损坏或没有损坏。 运输过程的共振响应是剧烈的 可能会导致包装或产品失效。确认临界频率和包装受到的压力种类 会令到这种失效减到最低程度。 振动测试要基于典型测试场地数据。可能的话 实验数据与实际场地的相比较一下 以提高我们对实验的信心。 振动摆放方位会影响到货运箱、它的内包装、封装和内在产品。测试允许分析这些部件的相互作用。更改其中一个或多个部件的设计使货运箱性能符合运输环境的要求。 方法 A1 重复振动 (垂直运动)测试 A2 重复振动(旋转运动)测试 B 单个货运箱共振 (垂直运动)测试 C 水平负载、复合负载、垂直负载共振测试 这个标准并不会列出所有安全关系 除非 是关联到标准的使用。标准使用者的责任是 确保适当安全和健康操作及监测标准使用前预先调整界限的适用性。这些方法符合 ISO8318 和 ISO2247。 方法 A1 和方法 A2 重复振动测试 适合放在运输车里没有受到任何限制的单个货运箱及因单个负载或堆放负载的放大振动而受到重复振动的货运箱。备注 1 方法 A1 和方法 A2 产生不同的振动运动 从而产生不同的力导致不同的损坏类型和强度。两种测试方法的测试结果不能相互关联。 B 方法 B 单个货运箱共振测试测试或评估单个货运箱承受振动能力和它的内包装在运输中保护产品的能力 尤其是货运箱和产品有表现出共振响应时。 备注 2 单个的码垛堆集的产品最好用方法 C 来测试。 方法 C 码垛堆集 复合堆放或垂直堆放的共振测试 包括评估负载平行堆放或复合堆放时共振的存在和影响 以及货运箱的强度是否足够承受动态负载的堆放。 4.8 这些测试方法的使用 由适当的操作要求(包括测试强度、频率范围、测试周期)来确定。虽然这些测试没有模拟到运输环境 它们是用来创造运输环境损坏产生潜在能力。这些测试的结果是相互不同的。 振动试验设备使用方法 仪器测试 方法 A1-重复振动测试(垂直运动) 振动测试设备 附带一个足够有力和坚硬的水平台面 因而在负载测试样办时 确保要求的振动在整个测试台面上是均衡的。平面由一个可以使台面振动令到平面的运动曲线类似垂直正弦输入(平面旋转振动是不接受的)的设备支撑。振动的双幅位移应该符合或控制到 1”(25mm),而频率可以是范围在 2 到 5Hz 内的变量(每秒周期)。测试设备要装备护栏 以确保测试样办不会从平面上掉下去 但不能限制样办垂直方向的运动。 方法 A2-重复振动测试(旋转运动) 振动测试设备 附带一个足够有力和坚硬的水平台面 因而在负载测试样办时 确保要求的振动在整个测试台面上是均衡的。平面由一个可以使台面旋转振动(垂直方向的运动曲线类似垂直正弦输入)的设备支撑。振动的双幅位移应该符合1”(25mm),而频率可以是范围在 2 到 5Hz 内的变量(每秒周期)。测试设备要装备护栏 以确保测试样办不会从平面上掉下去 但不能限制样办垂直方向的运动。 方法 B 和方法C-共振测试 振动测试设备 附带一个足够有力和坚硬的水平台面 因而在负载测试样办时 确保要求的振动在整个测试台面上是均衡的。平面由一个可以使平面振动的设备支撑 该设备具备有通过控制加速度或位移或两者(通过一个频率变量范围的连续控制)在垂直直线面上产生振动的能力。(平面旋转振动是不接受的)。方法 B 中 适当的仪器和附加位置必须被牢牢的放在测试样办上。而方法 C 中 必须提供设备限制测试货运箱的水平运动 但不能限制样办垂直方向的运动。 使用仪器-方法 B 和方法 C 中 需要用到加速计 信号调节器和数据显示或储存器来测量和控制测试台面的加速度。使用仪器同时要能监控货运箱或包装物的响应。要求仪器系统的精确到测试要求范围的5%。加速计的体积和重量要尽可能小 以致不会影响到被测量样办的响应及测试结果。 环境仪器-提供适当的(如可以调节湿度和温度)的设备在测试前或测试过程中使样办测试环境达到要求。振动试验安全防范 这个测试方法会在测试样办上产生剧烈的机械反应。因比 测试设备的护栏必须足够牢固和安全。操作者要对潜在的危险保持警惕和自身的安全有足够的保护意识。如果测试出现危险情况 马上停止测试 振动试验测试样办 测试样办为实际用于运输的货运箱(实际填装的内包装和产品) 可以用次品和不合格产品来测试(但要测试前记录下次品问题)。模拟样办可以用发展阶段的测试 但不可以用在最后的接受性测试。 备注当测试时不能使用实际产品(例如危险产品)时 可用代用品来测试。 传感器要能感应到样办在测试中尽可能小的变更 获得数据。如果有需要观察测试过程中样办产品的变化可在货运箱的临界位置开孔。 当有足够的货运箱和产品时 要求测试 5 次或更多次数来提高统计数据的可靠性。 振动试验环境 在测试前或测试过程中使样办测试环境达到要求。如果没有环境要求 而货运箱材料容易受到环境影响 则推荐使用空调。 振动试验程序 方法 A1 和方法 A2-重复振动测试 将测试样办按正常运输放置位置放在测试平台上 附加装置以限制样办从测试平面上掉下来和防止样办的过分摆动 但不能限制样办垂直方向的移动。调整限制装置 使得测试样办的水平周边有且只有大约 10mm(0.4in)的空间。 用大概 2Hz 的频率启动平台振动 稳定的增加测试频率 直测试样办的某些位置重复跳离测试平台。为了确保测试样办是受到连续的重复振动 当样办跳离测试平台时 用一块厚 1.6mm(1/26 in) 宽 50mm (2.0in)的垫片塞到样办下 最少可以塞入 100 mm(4.0 in 和)长 垫片并能间隙地沿着某个样办的底面长度移动。使用足够长的垫片以确保操作者的安全 并注意保持垫片平直地放在测试台面上。 在这个振动频率下 连续测试达到标准要求的时间或预定的周期或观察到预定数目的损坏出现。即时停止测试 检查损坏。 如果货运箱在运输过程可能会以其它方向摆放 则每个可能方向最少测试一箱。 备注如果测试周期没有要求 推荐测试一个小时。 检查货运箱和内在产品 并记录测试中出现的损坏或变差结果。 方法 B-单个货运箱的共振测试 按样办正常运输放置位置将样办安全地固定在测试台面上 以便要求的振动条件可以传到测试样办的外部。将加速计放在台面的顶部或底部 尽可能靠近测试样办(但要确保不会被样办碰坏) 或者某个能够产生具有代表意义数据的台面的位置。监测台面达到的振幅和频率以确保要求的条件已经产生。 用其中一个方法可以测定共振频率 正弦扫荡输入或任意输入。 用正弦扫荡进行共振搜索-调节振动测试仪器以达到要求的常量加速度振幅(0 到峰值) 直到达到要求的频率范围。在一个连续的每分钟为 0.5 到 1.0 信频程的对数比率下 从最低频率开始扫荡到频率上限 再回到频率下限。重复这个循环两次 记录样办的共振响应。这些共振频率可以用不同的方法监测到 包括听觉(听响应) 视觉(一个频闪观测仪或视频系统)或一个加速度计。 备注 响应频率在扫荡上限和扫荡下限是不同的 而测试样办的实际响应频率会是在两个频率(上限共振频率和下限共振频率)的中间。 备注 如果测试精度没有要求 则一个加速度为 0.25gs 到 0.5gs(2.45m/s2 到 4.9m/s2) 的振幅(由 0 到峰值) 使频率范围达到 3 到 100HZ 已经足够刺激到产生响应。 用任意输入进行共振搜索-和用正弦扫荡比较 用任意输入确认产品的共振频率会更快(用宽频输入同步刺激测试样办的真实频率)。见测试方法 D3580。要用这个方法 则需要在测试样办上装加速计来监测最大的响应频率。同时测试台面上也要装加速计 以确保台面的运动是要求的 PSD 的输入频谱。在振台运动方向设置传感器以确认产品的共振频率。 在最小的功率谱密度为0.005g2/Hz(0.049(m/s2)2/Hz)或公认的适当的频谱下 最小频率范围为 3 到 100Hz。注意 这个范围并不代表任何特别的真实环境 仅仅是用来确认在运输过程中经常出现的强制频率范围下样办的的自然频率。启动振动系统 启动过程中 PSD 水平不能超过要求的范围。在低于整个水平的最少 6dB 时开始测试 然后慢慢增加一个或多个并发的步骤来达到整个测试范围。允许控制系统足够稳定可以描述到一个稳定的频谱形状和水平。比较输入和响应。记录测试样办的共振响应。 备注 众所周知 现有的一些振动测试设备只有有限的频率范围 必需附加设备以满足推荐的频率范围要求。 在每次的共振频率测定中要保持要求的时间长度(限于 4 个最强共振响应的最大值) 或直到货运箱出现损坏。如有需要调整振动频率以保持共振。 备注 如没有保持时间长度要求 则一般最小保持 15 分钟。模拟运输过程中样办可能会被放置的方向 重复步骤。 检查货运箱和内在产品 并记录测试中出现的损坏或变差结果。 方法 C-码垛堆集 复合负载或垂直堆放的共振测试 将带有标准尺寸的复合或码垛堆集的测试样办放在测试台面上 堆放高度等同实际高度。最好能测试真实用于正常运输的负载 如伸缩膜 条带 堆放结构 等等。如果运输过程中会用到垂直堆放 要测试货运箱的单独垂直列负载时的共振。附加限制装置以限制样办水平方向离开测试台面 防止样办倾倒和过分摆动。调整限制装置 使得测试样办的水平周边有且只有大约 10mm(0.4in)的空间。将加速计放在测试台面尽可能靠近测试样办的位置(但要确保不会被接触) 用其中一个方法可以测定共振点 正弦扫荡输入或任意输入。 用正弦扫荡进行共振搜索-调节振动测试仪器 产生达到要求常量加速度振幅(0到峰值) 直到达到要求的频率范围。在一个连续的每分钟为 0.5 到 1.0 信频程的对数比率下 从最低频率开始 扫荡到频率上限 再回到频率下限。重复这个循环两次 记录样办的所有的共振响应。这些共振频率可以用不同的方法监测到 包括听觉(听响应) 视觉(一个频闪观测仪或视频系统) 或装一个加速度计在样办堆放负载的最高处。 备注 有多个