模擬汽車運輸振動臺的應用與操作方法

模擬運輸振動試驗臺的用途：

  適用玩具、電子、家具、禮品、陶瓷、包裝等產品進行模擬運輸測試，符合EN、ANSI、UL、ASTM、ISTA美國、歐洲、國際運輸標準

1．正弦振動試驗對設備的要求

GB／T2423.10國家標準的《電工電子產品環境試驗》的第2部分：試驗方法中，試驗Fc和導則：振動（正弦）對試驗設備在條件試驗時的特性要求如下：

（1）基本運動。基本運動應為時間的正弦函數。試驗樣品各固定點應基本上同相沿平行直線運動。

（2）橫向運動。垂直于振動方向的任何軸向的檢測點上的最大振幅。當試驗頻率低于或等于500 Hz時，應不大于在振動方向上所規定的振幅的50％；當試驗頻率大于500 Hz時，則應不大于100％。對于小試驗樣品，如果有關標準有要求，則可規定為不大于25％，對于大試驗樣品或對于較高的試驗頻率，要達到上述要求可能是困難的，在這種情況下，可按下述辦法處理：在報告中指明并記錄超過上述規定的任何橫向運動；橫向運動不監控。


（3）加速度波形失真。加速度波形失真的測量應在基準點上進行，應覆蓋到5000 Hz或驅動頻率的5倍，并采用其中的較高者。加速度波形失真度不應超過25％。在某些情況下，要達到上述要求是不可能的，在這種情況下，如果基頻控制信號的加速度振幅被恢復到規定的值，如使用跟蹤濾波器，則可以容許失真度超過25％。


對于大的或復雜的樣品，在頻率范圍內的某些部分，若所規定的失真要求不能被滿足，而且使用跟蹤濾波器也不現實時，就不需要恢復加速度振幅，但應指明失真并記錄在報告中，有關規范可以要求記下如上述規定的失真及其受影響的頻率范圍。

（4）振幅容差。在所要求軸線上的檢測點和基準點上的實際振幅應等于所規定的值，并應在下列容差內，這些容差包括儀器誤差。

1）基準點：基準點上控制信號的容差為±15％。有關規范應指明是采用單點控制還是采用多點控制。如果采用多點控制，應說明是將各檢測點上信號的平均值控制到所規定的值，還是將所選擇的一個點上的信號控制到所規定的值。


2）檢測點：在每一檢測點上，當頻率低于或等于500 Hz時控制信號的容差為±25％；當頻率超過500Hz時為±50％。


在某些情況下，如對低頻或大樣品的某些頻率要達到上述要求可能是困難的.應當在規范中規定一個較寬的容差或規定另一種可選擇的評價方法。


（5）頻率容差：

低于或等于0.25Hz時：±0.05 Hz；

從0.25～5Hz時： ±20%;

從5～50 Hz時：±1％；


超過50Hz時：±2％。


在比較耐久試驗前后的危險頻率時，即在振動響應檢查期間，應采用下列容差：


低于或等于0.5Hz時：±0.05 Hz；


從0.5～5Hz時：±10％；


從5～100 Hz時：±0.5Hz；


超過100Hz時：±0.5％。


（6）掃頻。掃頻應是連續的，并且其頻率隨時間應按指數規律進行變化。掃頻的速率應為1倍頻程／min，其容差為±10％。其他標準如有規定，頻率隨時間也可按線性規律變化。


二、模擬汽車運輸振動試驗臺


1．汽車運輸振動的特征


汽車運輸振動的數據是通過大量的跑車實測而得。通過對數據的分析和處理，可得出運輸振動具有如下的特征：


（1）汽車運輸振動是寬帶隨機振動，振動的瞬時值基本滿足正態分布。


（2）汽車運輸振動的能量主要分布在0～200 Hz的頻率范圍內。在0～20 H2須帶范圖內能量更為集中。


（3）汽車運輸振動在不同的頻率下，自功率譜形狀變化不大，總的趨勢是隨頻率增大，自功率譜密度逐漸減小，并在2Hz和20Hz左右各出現峰值。


（4）汽車底板的振動量值（總有效值）因不同位置、不同方向、不同載荷、不同路面，不同車速而異。






 


2．汽車運輸振動的等效模擬


汽車運輸振動是一個基本上滿足各態歷經假設和平穩性假設的隨機振動。對一個平穩的各態歷經的隨機振動，根據振動信號的三個重要特征就能得到振動的較為詳細的描述。這三個重要特征是：幅值概率密度函數、自相關函數和功率譜密度函數，由于功率譜密度是其自相關函數的傅里葉變換，于是功率譜包含了自相關曲線同樣的基本訊息，因而，兩個隨機振動只須幅值概率密度函數相同及功率譜密度函數相同，那么這兩個隨機振動基本等效。


上述原則為汽車運輸振動的等效模擬提供了依據。若在實驗室內能夠產生一個隨機振動，且該隨機振動同汽車運輸振動的幅值概率密度函數及功率譜密度函數相近時，則可以認為該隨機振動就重現了汽車模擬運輸振動。


3．模擬汽車運輸振動試驗臺


模擬汽車運輸振動試驗臺是一種機械式隨機振動模擬器，是能較好地再現汽車運輸振動臺的試驗室設備。


現有的模擬汽車運輸振動環境的設備中，一般認為由數字式隨機控制系統組成的試驗設備能很好地重現所需要的振動環境，但這種設備成本昂貴，技術復雜，就我國現有情況來看，還很難普及應用，而用正弦振動來代替隨機振動試驗的方法又欠妥，故國內一些單位研制了機械式隨機振動器——模擬汽車運輸振動試驗臺。


用機械式的方法完全重現一個隨機振動環境顯然有很大困難。因而這種設備采用了分額段能量近似的模擬思想，即當試驗的功率譜給定時，要在設備上重現該試驗功率譜，完全重現是不可能的，因此把功率譜分成幾個頻段。高頻段中的能量應該近似一致，并且總能量和功率譜的形狀也應近似相同，這樣，就可認為在設備上得到的振動的功率譜與給定的試驗功率譜一致。


試驗臺的全部活動質量通過兩側的若干組掛簧掛在框架上。整個活動質量包括臺面、膠輪、鼓輪、齒輪箱和砂箱等主要部分組成。工作臺面由板彈簧和膠輪彈性連接，每對膠輪座落在鼓輪上，使臺面處于穩定平衡狀態，鼓輪上對稱裝有不同曲率半徑的相隔180°的兩個可調凸塊，同側前后鼓輪為同速且相位可調，左右鼓輪為差速，砂箱做成可調質量以改變振動系統的頻率特性，啟動電機經減速器鏈傳動機構，帶動鼓輪旋轉并頂起膠輪使臺面運動，凸塊高度的調節靠專用工具來完成。


粗略的理論分析可以證明：臺面的振動量級與鼓輪直徑成反比，與凸塊的高度、寬度成正比。如果w（鼓輪轉速）是隨機變量，那么激振位移就是一個隨機過程。這種情況在實際中是存在的。如果適當調整鼓輪和凸塊的參數，可以使試驗臺的功率譜密度峰值與被模擬的功率譜密度峰值相接近。再配合設計具有一定形式的頻率特性的結構（主要調整固有頻率），可以使試驗臺產生適當要求的隨機振動。


這種設備一般在出廠時已調整為較差路面上車速為30～40km／h的汽車底板振動狀態，是一種規范試驗機，試驗時間1:1，每次試驗時，不必進行測量。