振动试验夹具设计及模态分析.pdf

机械 研究 与应用 2 0 1 3 年 第1 期 第2 6 卷 总 第1 2 3 期 研究与分析 振动试验夹具 设计及模态 分析 许江文 武艳波 马洪斌 中国电子科技 集团公 司 第十八研 究所 河北 天津3 0 0 3 8 4 摘要 夹具是连接试件与振动台的连接器 振动夹具的一阶固有频率是衡量夹具设计可靠性的重要参数之一 也是 振动试验可靠性的关键因素之一 在设计出某产品的夹具后 通过 D u n k e r l e y方程理论估算该夹具的一阶固 有频率 并对其结构进行改进 以满足试验要求 关键词 振动 夹具 模态分析 D u n k e r l e y方程 中图分类号 T G 7 5 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 7 4 4 1 4 2 0 1 3 0 1 0 0 0 3 0 2 Vib r a t io n t e s t fi x t u r e de s ig n a nd m o d al a na l y s is X u J i a n g w e n Wu Ya n b o Ma Ho n g b in 1 8 t h r e s e a r ch i n s t i t u t e o f C h in a e l e ct r o n i cs t e ch n o l o g y g r o u p co r p o r a t io n T i a n fi n H e b e i 3 0 0 3 8 4 C h i na Ab s t r a ct T h e fi x t u r e is t h e co n n e ct o r w h ich co n n e ct s s p e cime n a n d v ib r a t io n t a b l e Th e fi r s t n a t u r e f r e q u e n cy o f v ib r a t io n f ix t u r e is o n e o f t h e imp o r t a n t p a r a me t e r s o f me a s u r in g fi x t u r e r e l ia b il it y it is a l s o o n e o f t h e k e y f a ct o r s o f t h e v ib r a t io n t e s t r e l i a b il it y T h e f ix t u r e is d e s ig n e d a n d t h e fi r s t o r d e r n a t u r a l f r e q u e n cy is e s t ima t e d f o l l o win g Du n k e r l e y e q u a t io n t h e o r y a n d t h e s t r u ct u r e is imp r o v e d f o r t h e t e s t r e q u ir e me n t s Ke y wo r d s v i b r a t i o n fi x t u r e mo d al a n a l y s is Du n k e r l e y e q u a t i o n t h e o ry l 引 言 振动夹具 的功用是从振动台将机械能不失真地 传递给试件 由于试验产品的不同 夹具的结构和形 状不尽相同 一般把夹具分为专用夹具和通用夹具 专用夹具须根据产品结构和试验要求定制 通用夹具 的结构包括立方体型夹具 盒式夹具 半球形夹具 锥 形夹具 L型和 T型夹具等 夹具在总体设计上要 求重量轻 刚度质量比大 在试验频率范围内部发生 共振 振动夹具的一阶共振频率大于试件一阶共振 频率 的 3 4倍 在夹具设计时还要求夹具 的横 向运 动 垂直于激振方向 和其波形失真要小 j 对于夹 具的一阶共振频率 的分析方法包括理论计算 有限元 仿真和振动试验等方法 采用有限元建模时 往往受 到建模精度 单元数的多少等限制 且计算周期长 笔者采用 D u n k e r l e y方程 对某产 品的试验 夹具进 行理论分析计算 并通过扫频试验验证其合理性 2 振动夹具设计 为模拟某型号电子元件的实际连接边界 该振动 夹具采用 L 型结构 如 图 1所示 夹具材料 采用铝 合金 分析该夹具 将其看作 2个垂直梁 A和 1 个水 平梁 B 首先考虑垂直梁构件 A 构件 A可作为一 个刚性连 接到基板 的悬臂 梁 受均 布载荷 自身 重 量 此外 每个垂直梁还作用有构件 B的一半重 量 看作集 中载荷 铝合金材料弹性模量 7 2 G P a 图 1 振动夹具结构 对 构 件 A A 6 7 7 1 0 b h lp 0 2 8 7 N Wa 0 4 2 N 垂直梁 A在两个力的作用下 产生的挠度为 面W B 1 3 1 构件 A的刚度为 1