振动试验基础：振动试验机的选择及试验可否判断要素

[导读]通过前文介绍，相信初入者对振动试验系统应该有一定了解。特别是电动式振动台加振力（推力）有1～60tonf，针对试验条件和试验体，如何选择合适且经济的振动台进行试验？本文进行了阐述。试验前，必须明确试验条件和要求。

本文来源于振动试验学习笔记

通过前文介绍，相信初入者对振动试验系统应该有一定了解。特别是电动式振动台加振力（推力）有1～60tonf，针对试验条件和试验体，如何选择合适且经济的振动台进行试验？下面进行阐述。

试验前，必须明确试验条件和要求。需要考虑的要素如下：

※有没有试验规格？

※振动台式样规格。

※试验种类：正弦试验、随机试验、冲击试验、etc.。

※频率范围。

※加速度、速度大小。

※振幅（位移）大小。

※试验体的尺寸、质量、形状等。

※夹具的尺寸、质量、形状、共振点等。

※振动方向（垂直、水平、二轴同时振动、三轴同时振动）

※是否和温度、湿度、高度（气压）、光照等条件复合试验？

※试验的控制点、检测点、控制误差范围等。

※其他特殊要求等

试验规格介绍

1.ISO（International Organization for Standard，国际标准化机构）

2.CCC（China Compulsory Certificate System），GJB（国军标），GB（国标）

3.MIL（Military Specifications and Standard,美军标）

4.IEC（International Electro-technical Commission,国际电气标准会议）

5.EN（European Norm）

6.JIS（Japanese Industrial Standard,日本工业规格）

7.各个公司内部规格BMW，TOYOTA, HONDA, SONY, SHARP, Panasonic。

要读懂试验规格是一件很困难的事情，只能在试验中慢慢去理解，多请教，多学习。

振动试验机的式样规格

各个厂家的设备目录中记载有很多参数和规格，一般标准振动台以下几个参数比较重要，

最大正弦加振力：10kN、20kN、30kN、、、、、600kN

最大正弦加速度：1000m/s²

最大正弦速度：2m/s、2.5m/s

最大位移：51mm、76mm、100mm

使用频率范围：5Hz～3000Hz

动圈质量：加振力不同，质量不同。

这些规格参数代入前面的A、V、D、f四者之间的计算公式，即

通过上面的计算公式，可以得到设备的交越频率和最大正弦能力特性曲线图（无负载）。再结合牛顿第二定律计算出各种负载下的最大加速度，继续使用上面的式子，可得到各种负载下的交越频率和能力特性曲线图。

最大正弦能力特性曲线图（无负载情况）

图中可以看出，电动振动台有三个工作区域，低频段对应位移区域，低中频段对应速度区域，中高频段对应加速度区域。或者说低频段受最大位移限制，低中频段受最大速度限制，中高频段受最大加速度限制。每个物理量对应频率变换点就是交越频率。因此，如果说5Hz的时候需要满足加速度500m/s²，或者1000Hz的时候满足位移50mm_p-p，那就是外行话了。

图中可以看出，25kg负载情况下，蓝线以下（含蓝线）的试验条件该设备都可以对应。超出蓝线对应的话，导致设备故障损坏。个人经验，振动台的损坏，一半以上都是过负载原因造成的，切记！

例题：某电动振动台使用频率范围5～2000Hz，最大位移51mm_p-p，最大速度2m/s，最大加速度1000m/s²，请计算位移到速度，速度到加速度的两个交越频率，并试着画出该设备无负载最大能力特性曲线图。

试验条件的确认

试验的种类：正弦试验、随机试验、冲击试验、etc。

试验频率范围f

加速度大小A、

加振力F=∑mA≦最大正弦加振力（下节重点叙述）

振幅（位移大小）D

速度大小V

1．正弦定频试验的场合

试验条件：频率10Hz 加速度10G

半位移峰值D_0-p= A_0-p/（2πf）² = 10×9.8/62.8²= 24.85mm

全位移峰峰值49.70mm　（注意半位移和全位移的倍数）

一般振动台的全位移峰峰值有51mm、76mm、100mm，为了安全起见可以选76mm的设备。（请再计算一下速度的峰值。）

注意：

① 控制仪输入f、A、D、V中的两个参数，会自动得出另外两个参数。

②扫频试验的时候取最大值。

③正弦试验一般各个参数小于试验机的规格值即可，一般安全系数1.2~1.3。

④以上计算都假定没有夹具和试验体的共振影响。

2．随机试验的场合

加振力

试验加振力rms≦随机额定rms

（必要时需要试验PSD的等价频幅修正）

速度

3试验速度rms≦正弦波额定速度峰值

位移

3.5试验位移rms≦正弦波额定位移峰值

加速度rms、速度rms、位移rms值的计算比较复杂，可以通过振动控制仪输入PSD值之后，自动得出数据。

3.冲击试验的场合

加振力

F= ∑mA≦2倍最大正弦加振力（半正弦波冲击）

∑m：总质量（动圈质量+夹具质量+ 试验体质量）

速度≦正弦波额定速度峰值

位移≦正弦波额定位移峰值

速度、位移峰值的计算比较复杂，可以通过振动控制仪输入冲击脉宽和加速度之后，自动得出数据。规格标准不同，数值结果不同。

IEC标准

MIL标准

试验体的尺寸、质量、形状、固定方式

① 试验体直接固定动圈或垂直扩张台（垂直方向），水平滑台（水平方向），还是先固定在夹具上再固定在台面上？

② 试验体尺寸有没有超出台面，有没有碰到其他地方（三综合恒温恒湿箱内壁等）？

③ 各重心（G1、G2、G3）是否都在一直线上，重心是不是偏高？振动台台面的抗倾覆力矩是否在允许条件下？

④ 固定螺栓全部固定好了？固定后是否会在振动时候倒下来？

⑤ 夹具是不是要提前准备？

⑥ 夹具共振点是多少？是不是在试验频率范围内？

⑦　etc.。

各种夹具的确认

试验体固定在夹具上的位置和尺寸、夹具的共振点、

夹具固定在振动台面上的间隔（ □100mm,φ50mm,φ100mm ），螺钉大小（ M6,M8,M10,M12等）和固定深度,公制（mm）还是英制（in.）？

要设计制造出一个完美的振动试验夹具，严格的来说，几乎是不可能的工作。每个试验只有最适合的夹具，没有最完美的夹具。基本上每个振动试验室都需要一个夹具保管室，里面罗列着形形色色的试验夹具。下面介绍一些常见的试验夹具。

垂直扩张台面（Vertical Table）

水平滑台（Slip Table）

其他夹具

总结

一次振动试验的顺利完成需要考虑的要素很多，以上只是列举了一些基本要素。此外还涉及到振动控制仪的设置、控制点的位置、避免夹具的共振点、加速度传感器的固定方式、试验体的m（质量）k（弹性系数）c（阻尼）、振动台的能力（动圈特性、功放性能等）等等要素。总之，记住一句话“振动的水很深！”，只能在工作和学习中不断地慢慢积累。