振动试验基本知识

1、专业知识51、振动试验基本知识1.1 振动试验方法试验方法包括试验目的，一般说明、试验要求、严酷等级及试验程序等几个主要部分。为了完成试验程序中规定的试验，在振动试验方法中又规定了 “正弦振动试验”和“随机振 动试验”两种型式的试验方法。正弦振动试验正弦振动试验控制的参数主要是两个，即频率和幅值。依照频率变和不变分为定频和扫频两种。定频试验主要用于：a)耐共振频率处理：在产品振动频响检查时发现的明显共振频率点上，施加规定振动 参数振幅的振动，以考核产品耐共振振动的能力。b)耐予定频率处理：在已知产品使用环境条件振动频率时，可采用耐予定频率的振动 试验，其目的还是为考核产品在予定危险频率下承受振

2、动的能力。扫频试验主要用于：产品振动频响的检查(即最初共振检查)：确定共振点及工作的稳定性，找出产品共振频率，以做耐振处理。耐扫频处理：当产品在使用频率范围内无共振点时，或有数个不明显的谐振点，必 须进行耐扫频处理，扫频处理方式在低频段采用定位移幅值，高频段采用定加速度幅值的对数连续扫描，其交越频率一般在55-72HZ,扫频速率一般按每分钟一个倍频进行。最后共振检查：以产品振动频响检查相同的方法检查产品经耐振处理后，各共振点有无改变，以确定产品通过耐振处理后的可靠程度。 随机振动试验随机振动试验按实际环境要求有以下几种类型： 宽带随机振动试验、窄带随机振动试验、 宽带随机加上一个或数个正弦信号

3、、 宽带随机加上一个或数个窄带随机。前两种是随机试验， 后两种是混合型也可以归入随机试验。电动振动台的工作原理是基于载流导体在磁场中受到电磁力作用的安培定律。1.2 机械环境试验方法标准电工电子产品环境试验国家标准汇编(第二版)2001年4月汇编中汇集了截止目前我国正式发布实施的环境试验方面的国家标准72项，其中有近50项不同程度地采用IEC标准，内容包括：总则、名词术语、各种试验方法、试验导则及 环境参数测量方法标准。其中常用的机械环境试验方法标准:第2部分：试验方法第2部分：试验方法第2部分：试验方法（1） GB/T 2423.5-1995电工电子产品环境试验试3& Ea和导则：冲击（2）

4、 GB/T 2423.6-1995电工电子产品环境试验试3& Eb和导则：碰撞（3） GB/T 2423.7-1995电工电子产品环境试验试3经Ec和导则：倾跌与翻倒(主要用于设备型产品)第2部分：试验方法第2部分：试验方法第2部分：试验方法（4） GB/T 2423.8-1995电工电子产品环境试验试3Ed和导则：自由跌落（5） GB/T 2423.10-1995电工电子产品环境试验试3Fc和导则：振动(正弦)（6） GB/T 2423.11-1997电工电子产品环境试验试3软Fd：宽频带随机振动一一一般要求（7） GB/T 2423.12-1997电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试3

5、Fda：宽频带随机振动一一高再现性（8） GB/T 2423.13-1997电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试3短Fdb:宽频带随机振动一一中再现性（9） GB/T 2423.14-1997电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试3较Fdc：宽频带随机振动一一低再现性（10） GB/T 2423.15-1997电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试3叙Ga和导则：稳态加速度（11） GB/T 2423.22-1986电工电子产品基本环境试验规程温度（低温、高温）和振动（正弦）综合试验导则（12） GB/T 2423.24-1995电工电子产品环境试验温度（低温、高温）/低气压/振动（正

6、弦）综合试验导则GJB150.1150.20-86 军用设备环境试验方法标准中共包括1个总则和19个试验方法，以美国军用标准 MIL-STD-810C或810D为 依据制订，其中涉及机械环境试验的是：(1) GJB150.15-86(2) GJB150.16-86(3) GJB150.17-86(4) GJB150.18-86(5) GJB150.20-86依据 MIL-STD-810F军用设备环境试验方法军用设备环境试验方法军用设备环境试验方法军用设备环境试验方法军用设备环境试验方法修订的GJB150即将颁布。加速度试验振动试验 噪声试验冲击试验飞机炮振试验GB2423、GB2424和GJB

7、150系列标准是产品环境试验的基础标准，供各个行业、各类 产品制订技术条件和相应试验标准时使用，以使该产品的环境试验达到统一而又具有再现 性。1.3 相关名词术语振动振动是物体围绕平衡位置进行的往复运动的一种形式。通常用一些物理量（如位移、速度、加速度等）随时间变化的函数来表征振动的时间历程。或者说，振动可以认为是一个质点或物体相对一个基准位置的运动。当这个运动在一定的时间间隔后仍精确地重复着，我们称之为周期振动。正弦振动 随机振动运动量随时间按正弦（或余弦）函数变化的振动，亦称简谐振动。对未来任何一个给定时刻，其瞬时值不能预先确定的振动。（注：在某一范围内，随时振动大小的概率可以用概率密度来

8、确定。）振动周期周期振动中，同一物理量的相同值重复出现的最短时间间隔，一般用振动频率周期振动中，单位时间内相同的物理量值重复出现的次数。一般用 f一 、1表小。这里分f=T角频率单位时间内的弧度数它等于频率乘以2n角频率一般用表示，即 =2n f幅值位移幅值速度幅值加速度幅值正弦量的最大值。在振动中幅值亦称振幅。正弦振动中位移量的最大值正弦振动中速度量的最大值正弦振动中加速度量的最大值 二2复合振动共振频率扫频扫频速度交越频率振动台面横向运动比振动台面加速度均匀度宽带随机振动窄带随机振动倍频程控制点 监测点频率响应时域频域 线性系统非线性系统单自由度系统 多自由度系统自随机振动随机过程平稳过程

9、 时间历程各态历经过程 均衡传感器传感器的电压灵敏度 传感器的电荷灵敏度 电荷放大器低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 跟踪滤波器等效质量由频率不同的简谐振动合成的振动构件或产品出现共振的频率频率连续经过某一区域的过程在扫频过程中，频率对时间的变化率，即df-dt在振动试验中由一种振动特性量变为另一种振动特性量的频率。如交越频率由等位移一一频率关系变为等加速度一一频率关系时的频率。振动时横向加速度与轴向加速度比台面不同直径安装螺孔上的加速度与台面中心加速度值误差与台面中心加速度值之比。频率成分分布在较宽频率带的随机振动频率成分分布在某一窄频带的随机振动频率比为2n的两个频率之间的频段称为 n个

10、倍频程n=1为1倍频程 如频率从2Hz到4Hz称1个倍频程n= 3为3倍频程如频率从 2Hz到16Hz称3个倍频程振动试验中，用以控制振动量值的传感器的安装点振动试验中，用以监测振动台面振动量值和试验样品响应的传感器的安装点在系统中，输出与输入之比表示为输入信号频率的函数，通常的幅频特性曲线、相频特性曲线表示描述运动规律的时间坐标描述振动频谱的频率坐标可以用线性微分方程描述其运动规律的系统（注：在线性系统中，响应与激励的大小或正比）系统中的某个或多个参数（如刚性、阻尼）具有非线性特征，只能用非线性微分方程描述其运动规律的系统。在任意瞬时，只要用一个广义坐标就可以完全确定其位置的体统。在任意瞬时

11、，需要用两个或以上的广义坐标才能完全确定其位置的系统。在所研究的频谱内，具有相等均方加速度谱密度的振动。可以用统计特性表示的时间函数的集合。统计特性不随时间变化的随机过程。一个量的大小同时间函数表示。每一个时间历程的平均值都相同的稳态过程。调整电子放大器和控制系统的增益使在所要求的频谱内各输出的振幅与输入信号幅值之比为常数的过程，称均衡。将感受到的物理量转换成测量所需的电压量或电荷量的装置，在振动试验中最常用的是压电式的加速度传感器。传感器受单位机械量作用得到的电压输出量。传感器受单位机械量作用得到的电荷输出量。输出电压与输入电荷成正比的放大器。通频带是以零到某一有限截止频率的滤波器。通频带是

12、以某一不为零的有限截止频率到无穷大频率的滤波器。通频带是以大于零的下限频率到有限的上限频率的滤波器。对中心频率的输入信号进行跟踪扫描的带通滤波器。为便于分析而采用的与原振动系统惯性效应相等的质量。刚度弹性体所收到外力（力矩）的增量与其所产生的位移（转角）的增量 之比。振动台试验样品固定在台面上进行振动试验和测振仪器的校准其振动参数 是可控制的试验台。激振器电动振动台用以产生振动力，并能将这种振动力加到其它结构或设备上的设备。 由固定磁场和位于磁场中通有T交流电流的线圈相互作用所产生 的振动力来驱动振动台或者说电动振动台是能把电能转换能动能的 振动台。电磁振动台液压振动台由电磁铁和磁性材料相互作

13、用产生振动力驱动的振动口。由适当设备所施加的液体压力产生振动力驱动的振动台，简单地说液压振动台是把液压能转换能动能的振动台。共振试验在试件的共振频率点上以一定的加速度值或位移值在规定的时间内 进行的定频振动试验。耐振试验用来使核试件在振动条件下的结构强度、疲劳性能及工作性能的试 验。模态试验 冲击试验 碰撞试验为确定振动冲击系统模态参数所进行的振动试验。使核试件承受冲击载荷能力的试验。连续冲击试验及将包装固定在冲击试验机台面上，使其按规定的波形、加速度核脉冲持续时间，在规定时间内进行的连续冲击试验。斜面冲击试验将放置包装件的滑车从一定高度从斜面上滑下撞击冲击表面，从而许定包装件承受水平冲击能力

14、和包装对内装物保护能力的试验。运输试验将包装件以一定的方式置于运输工具上，在规定的装置载量， 运输路线、行驶速度、运输距离与外界气候等条件下，许定包装承受压力、 冲击、振动、摩擦、温度和湿度变化对内装物保护能力的综合试验。1.4 常用公式1.5 推力（F）的公式F= （mo+mi+m2+ ）A式中： F一推力（激振力）（N）m0振动台运动部分有效质量（kg）mi 一辅助台面质量（kg）m2一试件（包括夹具、安装螺钉）质量（ kg）2、A 一试验加速度（m/s2）2.加速度（A）、速度（V）、位移（D）三个振动参数的互换运算公式A= w v V= co D A= co 2D式中：A试验加速度（m

15、/s2）V一试验速度（m/s）3 =2兀f （角速度）其中f为试验频率（Hz）3.扫描时间和扫描速率的计算公式3.1 线性扫描比较简单：fHSi=V1式中： Si一扫描时间（s或min）fH-fL一扫描宽带，其中 k为上限频率，fL为下限频率（Hz）Vi一扫描速率（Hz/min或Hz/s）3.2 对数扫频：3.2.1 倍频程的计算公式LgfHfL9n= Lg2式中：n一倍频程（oct） fH一上限频率（Hz） fL一下限频率（Hz）3.2.2 扫描速率计算公式fHLg 广/Lg2R= T式中：R一扫描速率（oct/min或oct/s）fH一上限频率（Hz）fL 一下限频率（Hz）T一扫描时间T

16、=n/R式中：T扫描时间（min或s） n一倍频程（oct）R一扫描速率（oct/min 或 oct/s） 4、随机振动试验常用的计算公式4.1频率分辨力计算公式：f max f= N式中： f频率分辨力（Hz） fmax最高控制频率N谱线数（线数）fmax是 f的整倍数2、试验设备标准和检定规程机械环境试验方法标准中不同的试验方法对试验设备提出了不同的特性要求。为了满足试验方法对设备（含夹具、试件）的试验要求，国家有关部门、行业组织有关专家对各种试 验设备制订了相应的产品国家标准、专业标准以及各种设备的检定规程和检定方法的国家标准。1. GB/T13310-912. GB/T5170.14-

17、20003. JJG948-19994. JJG190-19975. JJG529-88列举如下：电动振动台技术条件电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法振动（正弦）试验用电动振动台数字式电动振动试验系统电动式振动试验台随机振动试验系统6. GB/T13309-917. GB/T5170.13-xxxx8. JJG189-19979. GB/T5170.15-xxxx10. JB/T8228-2000X11. JJG638-9012. JB/T6868-9313. JJG541-8814. JB/T9391-200X15. JJG497-200016. JB/T7407-94机械振动台技术条

18、件电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法振动（正弦）试验用机械振动台机械式振动试验台电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法振动（正弦）试验用液压振动台液压振动台液压式振动试验台冲击台技术条件落体式冲击试验台碰撞试验台技术条件碰撞试验台包装跌落试验机技术条件3、电动台的一些标准规范（参照 JJG948-1999）1.谐波失真度A级频率范围5Wfw 20Hzf20 Hz波形失真工 15%工 10%B级;频率范围5Wfw 20Hzf20 Hz波形失真20 Hz:波形失真25%工 10%在20Hz以上整个工作频率范围内，允许有12个加速度波形失真较大的频带，在该频带内最大加速度波形失真度不大于25

19、%,频率宽度为加速度失真度对应频率的10%,加速度波形失真度的测量包括到上限频率5倍的谐波。小台面大台面A级频率范围5f 1500均匀度工 10%工 20%25%B级频率范围5f 1500均匀度工 15%工 25%30%C级频率范围5f 1500均匀度工 15%工 25%35%A级频率范围5f500500f0.7f *均匀度工 15%工 25%50%B级频率范围5f500500f0.7f *均匀度20%工 30%70%C级频率范围5f500500f0.7f *均匀度25%工 50%工 100%圆直径大于400mm的振动台面为大台面.1 .振动台台面最外安装螺栓分布2 . f *为试验系统的一阶

20、共振频率2.台面均匀度3.在2000Hz以内的频率允许有 1-2个均匀度较大的频带，在该频带内最大加速度幅值均 匀度不大于50% （小台面）及150%B合出实际测量值（大台面），频率宽度不超过最大均匀度对应频率的 10%4.台面横向振动比（横向加速度幅值与主振方向加速度幅值之比A级频率范围5 f 20Hz500 f500台面横向振动比20%工 10%20%B级频率范围5 f 20Hz500 f500台面横向振动比25%工 15%25%C级频率范围5 f 20Hz500 f500台面横向振动比25%工 15%50%注：在2000Hz以下频率，允许有1-2个横向振动比较大的频带，在该频带内最大横向振动比不应大于100%,频带宽度不超过横向振动比的对应频率的10%5.振动位移，速度，加速度幅值误差幅值示值误差A级I5%B级8%C级工 10%冲击台一些主要的标准规范(参照 JJG