我们说的产品振动试验,是对受到某种程度的振动后可能产品会出问题(如产品质量出故障、包装破裂使食品受损或变质等等)才要做的试验。而对那些无电子电路的玩具等是谈不上做振动试验的。
一个产品从生产出来到用户手中,必然经过搬运与运输过程,有搬运和运输就必定经历振动过程,而这种振动是各种各样。最简单而又明显的是产品做出后,工人将产品包装后把产品往地上一放,就是一个产生振动的过程,只是根据所施加的力度大小不同,产品受的振动大小不同,一般来说,这种振动是很轻微的,对产品影响几乎为零。但产品出厂后,就要运输,情况不同,影响就大不相同。比如说,产品装到汽车上,要经过高低起伏的路面,就要经历颠簸的考验,而这种考验也因道路的不同,产品被颠簸的程度也就不同。有的产品要远洋运输到外国,运输的条件会有多种,受到的振动就会有多种。就算航空运输,飞机在天空中也不是不会有振动,当碰到气流,飞机就会上下波动;当降落时,有个别的飞机在个别的条件下(一般是拐弯时)还会产生机身颤抖的现象。所以说,任何产品到用户手中都会经过振动过程。随着我国进入世贸WTO,对产品的振动试验必不可少。振动试验还包括跌落试验、冲击试验等,这些需要根据要求而定。
如何选择振动试验设备呢,这是许多厂家还不太清楚。如果最终用户对生产厂有指引,问题好办。如没有,就要自己考虑产品会经历哪些振动过程。比如说,产品远洋运输是从厂出去后,是走平坦的公路,再到轮船上,到了用户港口后,也是走平坦公路到用户手中。这时,只需用电动振动台对产品做振动试验就可以。如果运输中会遇到高低不平的道路,就要考虑做模拟汽车运输颠簸试验台或低频运输试验振动台。如果产品是装到航天飞行器上,更需要根据要求做更严格的试验,因这时产品会受到很大的冲击和振动。
各国各用户对产品振动试验的要求也各不相同,有的只需做一般的电振动试验,有的还要在高低温湿热的条件下做振动试验,美国还将军用的冷热冲击试验条件振动试验设备拿到了国际市场(世界上只有这一家能做到)。有的产品要做随机振动试验,控制器就比没有随机的复杂。有的产品还要做冲击试验(特别是航天用的产品)。有的要求试验频率能达到每秒一次以下或二次左右,因为这种频率在实际中会有的。做的要求越高,成倍增长。所以,一般只要满足用户要求即可,不可盲目添置设备,但又不能没有一定的试验设备,否则,在都要求产品可靠的世界里会有被淘汰的可能。
振动试验设备简介:
1. 工频(或变频,有人将此与机械振动台算为一类)式:早期的一种振动试验设备,只能小幅度按电源的正弦波来上下或水平方向振动,振动幅度一般只有几毫米(与国家标准、国际上的各种标准25.4mm、51mm或更大幅度要求相差很远),振动频率最高也只有200次/秒或300次/秒。与产品真正会遇的一两千次相差甚远。尽管有的厂家将设备的振动频率做成可调,但并不等于能达到振动试验(幅度等)的要求。这类产品并没有国家标准,更无国际标准。所以,这类振动试验设备不能满足出口产品振动试验的要求。因此,大型振动试验设备厂家已将此种产品淘汰,在其新的产品手册中已不再登出。
2. 机械式:靠电机带动的振动来实现振动试验。此种振动试验设备的垂直方向上的振动幅度能达到10mm,而且有了扫频的功能(振动的频率来回从某个范围变到另一个范围作振动),可做水平和垂直方向的振动试验。这种试验方法虽然不一定能满足国标或国际标准,但比上一种有了很大的进步,可以对产品进行一定的振动试验。能适合一些中小企业的要求。这类产品因能满足简单的要求(不是严格的要求),还是有国家标准(GB)和国际电工标准IEC)。
3. 电动振动式:这是国际上常用的振动试验装置。振动频率可以从2次/秒到2000或3000次/秒,幅度可达51mm(2英寸),垂直方向还可一有加速度的上下振动。载人航天飞船的振动试验也用此种设备进行,我国突破了西方世界对我们的禁运,自己成功地制造出可做5吨以上的振动试验设备。这里要注意是,当要求低频到2次/秒时,设备的上限频率受阻,一般只能到2000次/秒。有的厂家将此类单独称为低频振动试验台。
4.电子液压式:此种能产生更大的振动推力,可达100吨以上,频率也可以低与2次/秒,一般用在模拟汽车、船只运输的振动试验。
由于电动振动式(系统)是国际上常用的标准,现简单介绍选用方法。
1.首先要认定测试标准。是按国标,还是UL(美国)、IEC(国际电工)、JIS(日本标准)等等。认定标准后,从该标准中查出自己产品做试验所要求的加速度a和振幅D。
2.根据加速度来找振动试验所需要的推力:
牛顿定律: F=ma
如果当看的标准没提到加速度a时,需要按以下公式计算:
a=(2пf)²хD(/1000)
公式中的频率f和振幅D是已知的(振动试验要求)。
公式中的质量m包括:产品质量(“重量”)、振动设备中的动圈质量、放产品的辅助台面的质量(共三个质量)。
每个生产厂都列有表可查辅助台面的质量,按自己产品尺寸大小,从表中可以查出质量。
在不知道动圈质量的情况下(一般可从厂家产品手册中查出),可以暂不计算其质量。
将两个质量(“重量”)代入公式 F=ma,算出推力F。
从表中查最大(或额定)正弦激振力,F必需小于或等于该推力的型号,即是要求的型号。
电动振动台、机械振动台、电子液压振动台的主要性能比较
实际使用中以电动式振动台应用范围最广,约占在役的振动台的百分之八十以上,特别在宽带随机振动试验领域,电动振动台更是独领风骚,但是随着使用目的与要求的不同,用户在选择振动台时还需注意以下一些问题。
作为计量标准的振动试验台通常使用电动振动台,而且一般选用永磁式振动台,当需要标定质量或体积较大的传感器时也可以用激磁电动振动台式,其原因是电动振动台波形失真度最小,在很宽的范围内可达到1%~3%,甚至更低,而且信噪比高。
推力超过200KN,频率用到超低频(1Hz以下)应考虑选择电子液压台,大推力、超低压、长冲程,重负载是电子液压台的四大优点。在振动台选型时,请特别注意“0”的概念,许多厂商对自己振动台的工作频率都写“0~3KHz”或“0~5KHz”,这个“0”给人以极大的迷惑,一方面振动台不可能在零频工作,另一方面对于1KHz的振动参数指标(位移、速度、加速度)也需要明确。
机械台只能用于几Hz到80Hz,直接驱动(凸轮式等)的范围更窄。离心式可开车调幅。机械式振动台比较容易转换垂直、水平振动或倾向振动等振动方向,而且机械台结构牢固,价格低廉,但它一般只能用于正弦试验。
电动振动台、机械振动台、电子液压振动台的主要性能比较
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型号
指标
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电动振动系统
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电子液压振动系统
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机械振动系统
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负载重量
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中等、几公斤到几吨
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大,几吨到百吨以上
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中等、几百公斤到几吨
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频率范围
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2~1000Hz左右
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甚低频-500Hz左右(可达到1000Hz)
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1~100Hz左右
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振幅范围
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小,可达50mm左右
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大,可达100mm左右
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中等,1~10mm左右
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波形种类
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正弦、随机、冲击
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正弦、冲击、冲击
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正弦或近似正弦
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波形质量
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好
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中等,满载时波形优于空载
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失真大
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控制范围
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定振幅、速度、加速度
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定振幅、速度、加速度
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定振幅
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噪音
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小
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泵房噪音大
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大
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漏磁
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有
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无
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无
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对地基要求
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可无专用地基
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需专用地基
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一般需要专用地基
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抗偏载能力
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中等
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强
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中等
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特点
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适用面宽,使用条件简单
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可工作于1Hz以下的低频、甚低频
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价廉、有开车调幅与停车调幅之分
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可否采用反馈控制
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可
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可
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不可
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三种振动台性能比较
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序号
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项目
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内 容
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1
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价格
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机械
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<
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电动
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≥
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电子液压
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2
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最大推力
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机械
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≤
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电动
|
<
|
电子液压
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3
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最宽频带
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机械
|
<
|
电动
|
>
|
电子液压
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4
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超低频
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机械
|
<
|
电动
|
<
|
电子液压
|
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5
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波形失真
|
机械
|
>
|
电动
|
<
|
电子液压
|
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6
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波形控制与种类
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机械
|
<
|
电动
|
≥
|
电子液压
|
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7
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水平、垂直换向
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机械
|
>
|
电动
|
=
|
电子液压
|
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8
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横向承载能力
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机械
|
<
|
电动
|
<
|
电子液压
|
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9
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剩余磁场
|
机械
|
<
|
电动
|
>
|
电子液压
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振动台的一般工作原理

加速度、速度、位移的关系
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加速度 a[m/s2] =(2πf)2d/1000
=2πfV
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a[m/s2] ≈0.0394df2
≈6.28fV
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速度 v[m/s] =2πfd/1000
=a/2πf
|
v[m/s] ≈0.00628fd
≈0.159a/f
|
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位移 d[mm] =1000a/(2πf)2
=1000v/2πf
|
d[mm] ≈25.5a/f2
≈159.2V/f
|
d: 位移(0-p)mm
v: 速度(m/s)
a: 加速度(m/s2)
f: 频率(Hz)
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