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模擬汽車運輸振動臺的應(yīng)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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)

1．正弦振動試驗對設(shè)備的要求

GB／T2423.10國家標(biāo)準(zhǔn)的《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗》的第2部分：試驗方法中，試驗Fc和導(dǎo)則：振動（正弦）對試驗設(shè)備在條件試驗時的特性要求如下：

（1）基本運動。基本運動應(yīng)為時間的正弦函數(shù)。試驗樣品各固定點應(yīng)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(dāng)試驗頻率低于或等于500 Hz時，應(yīng)不大于在振動方向上所規(guī)定的振幅的50％；當(dāng)試驗頻率大于500 Hz時，則應(yīng)不大于100％。對于小試驗樣品，如果有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有要求，則可規(guī)定為不大于25％，對于大試驗樣品或?qū)τ谳^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(guī)定的任何橫向運動；橫向運動不監(jiān)控。


（3）加速度波形失真。加速度波形失真的測量應(yīng)在基準(zhǔn)點上進行，應(yīng)覆蓋到5000 Hz或驅(qū)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(yīng)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(fù)到規(guī)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(fù)雜的樣品，在頻率范圍內(nèi)的某些部分，若所規(guī)定的失真要求不能被滿足，而且使用跟蹤濾波器也不現(xiàn)實時，就不需要恢復(fù)加速度振幅，但應(yīng)指明失真并記錄在報告中，有關(guān)規(guī)范可以要求記下如上述規(guī)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(zhǔn)點上的實際振幅應(yīng)等于所規(guī)定的值，并應(yīng)在下列容差內(nèi)，這些容差包括儀器誤差。

1）基準(zhǔn)點：基準(zhǔn)點上控制信號的容差為±15％。有關(guān)規(guī)范應(yīng)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(yīng)說明是將各檢測點上信號的平均值控制到所規(guī)定的值，還是將所選擇的一個點上的信號控制到所規(guī)定的值。


2）檢測點：在每一檢測點上，當(dāng)頻率低于或等于500 Hz時控制信號的容差為±25％；當(dāng)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(yīng)當(dāng)在規(guī)范中規(guī)定一個較寬的容差或規(guī)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(yīng)檢查期間，應(yīng)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(yīng)是連續(xù)的，并且其頻率隨時間應(yīng)按指數(shù)規(guī)律進行變化。掃頻的速率應(yīng)為1倍頻程／min，其容差為±10％。其他標(biāo)準(zhǔn)如有規(guī)定，頻率隨時間也可按線性規(guī)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(shù)據(jù)是通過大量的跑車實測而得。通過對數(shù)據(jù)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(tài)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(nèi)。在0～20 H2須帶范圖內(nèi)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(xiàn)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(tài)歷經(jīng)假設(shè)和平穩(wěn)性假設(shè)的隨機振動。對一個平穩(wěn)的各態(tài)歷經(jīng)的隨機振動，根據(jù)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(shù)、自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度函數(shù)，由于功率譜密度是其自相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換，于是功率譜包含了自相關(guān)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(shù)相同及功率譜密度函數(shù)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(jù)。若在實驗室內(nèi)能夠產(chǎn)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(shù)及功率譜密度函數(shù)相近時，則可以認(rèn)為該隨機振動就重現(xiàn)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(xiàn)汽車運輸振動臺的試驗室設(shè)備。


現(xiàn)有的模擬汽車運輸振動環(huán)境的設(shè)備中，一般認(rèn)為由數(shù)字式隨機控制系統(tǒng)組成的試驗設(shè)備能很好地重現(xiàn)所需要的振動環(huán)境，但這種設(shè)備成本昂貴，技術(shù)復(fù)雜，就我國現(xiàn)有情況來看，還很難普及應(yīng)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(nèi)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(xiàn)一個隨機振動環(huán)境顯然有很大困難。因而這種設(shè)備采用了分額段能量近似的模擬思想，即當(dāng)試驗的功率譜給定時，要在設(shè)備上重現(xiàn)該試驗功率譜，完全重現(xiàn)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(yīng)該近似一致，并且總能量和功率譜的形狀也應(yīng)近似相同，這樣，就可認(rèn)為在設(shè)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(zhì)量通過兩側(cè)的若干組掛簧掛在框架上。整個活動質(zhì)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(wěn)定平衡狀態(tài)，鼓輪上對稱裝有不同曲率半徑的相隔180°的兩個可調(diào)凸塊，同側(cè)前后鼓輪為同速且相位可調(diào)，左右鼓輪為差速，砂箱做成可調(diào)質(zhì)量以改變振動系統(tǒng)的頻率特性，啟動電機經(jīng)減速器鏈傳動機構(gòu)，帶動鼓輪旋轉(zhuǎn)并頂起膠輪使臺面運動，凸塊高度的調(diào)節(jié)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(zhuǎn)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(dāng)調(diào)整鼓輪和凸塊的參數(shù)，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(shè)計具有一定形式的頻率特性的結(jié)構(gòu)（主要調(diào)整固有頻率），可以使試驗臺產(chǎn)生適當(dāng)要求的隨機振動。


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