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J.A.King Webinar - 测试101:振动测试

概述

检查我们的测试部门系列的第一个网络研讨会:测试101!本次技术会议是关于振动测试的,包括:

  • 什么是振动测试?
  • 你为什么要做测试,什么时候做?
  • 振动测试有哪些不同类型?
  • 测试需要什么样的fixture ?
  • 你会衡量哪些参数?
  • 有什么常见的规格,您可能需要知道?

在会议期间,您可以期待学习振动测试的基础知识和其中一些理论。在Q&A的技术演示结束时保持调整!有兴趣进一步讨论测试吗?使用我们的报价表与J.A联系。国王团队成员,了解有关振动测试如何使您的操作有益的信息!

成绩单

振动和冲击测试

我们将进入一些测试指南以及控制策略和固定性。对于那些不认识我的人来说,我的名字是T.C.Beinke,我是在J.A的测试师的国家客户经理。国王。

什么是振动?

振动被定义为刚体或弹性体围绕一个平衡点的周期运动。当我们讨论振动测试的时候,特别是,经受振动的物体,我们称之为DUT,或被测设备。通常在振动测试中,我们会在三个相互垂直的轴X Y Z下进行测试。

为什么我们要进行振动测试?

我们这样做是为了模拟真实世界振动场景中的应力。这可能是汽车在颠簸的路面上行驶时产生的振动。这是真实世界振动场景的一个很好的例子我在这里放了一些图片也展示了一些其他的例子。我们谈论的可能是来自机器操作的振动,来自机车的振动,或者来自航空航天部件的振动,甚至风本身也会引起振动。

振动的词汇

我还想讲一些关于激振器系统本身的基本词汇。你会看到我在水平和垂直方向上都指出了一个激振器。电枢是激振器的运动部件这就是将振动传递到夹具和DUT上的东西。电枢将被螺栓到头部膨胀器或滑表,无论你在水平或垂直方向。膨胀头或滑动台的重点是给您一个更大的工作区域,以螺栓夹具或DUT进行振动测试。

主要档案类型

对于振动和冲击,有几种不同类型的型材。为了我们今天的目的,我们将坚持使用我们经常遇到的最常见的。对于振动,这是正弦和随机振动测试。至于电击,我们将讨论经典的电击测试。

正弦振动

让我们从正弦或正弦振动测试开始。这是最简单的振动形式和最简单的思考的方法是考虑质量和弹簧系统。由于春天支撑的这种质量将沿着正弦曲线运行。您可以在此处看到我放在基本正弦曲线的图中,并指出了一些关键参数。在右侧,我指出了距X轴的距离和该正弦曲线的峰值的位移。很多时候我们谈论正弦振动测试时,我们将峰值达到峰值幅度,这只是幅度自身的双倍。此外,我想指出你可以在左边看到的时间。我们还讨论了很多频率,频率在周期或期间的倒数之一。此外,这是一个正弦宿醉的示例,并且在这种情况下的所有参数都保持恒定。随着时间的推移,随着时间的推移,位移,频率和加速度保持不变。 We are going to talk about a sine sweep in a little while and you’ll see that that is not the case there and we will have some parameters changing.

那么为什么我们使用正弦振动?

我们使用正弦测试的主要原因是为了找到系统的谐振频率。系统的固有频率是当系统没有受到连续或重复的外力时系统振荡的频率。它是当系统没有外部振动时系统振荡的频率。当应用频率等于固有频率时,就会发生共振。它导致了振动振幅的指数增长。如果你看一下我放在底部的图,这是共振频率的一个很好的例子。你可以看到随着频率的增加你确实达到了那个共振频率,大约175Hz,你的振动振幅会有一个巨大的尖峰所以看这张图,你会知道你测试的系统的谐振频率是175Hz。

通常当你在做正弦振动时,你要进行正弦扫频。正弦扫描用于发现DUT本身或夹具中的共振。当你想在DUT中找到共振时,你通常想知道在那个共振频率下你会经历多少损伤。所以通常你会在一个特定的频率范围内进行正弦扫描一旦你发现了共振然后你就会对它进行详细的分析看看你的DUT会受到什么样的损伤。

另一种情况是对fixture验证进行扫描。重要的原因是要确保夹具的谐振频率不落在您想要使用该夹具进行的实际测试的频率范围内。如果你看下面这里,这只是一个正弦扫描的时域数据的例子。你可以看到随着时间的推移,频率在增加。

这是实际振动控制器上的正弦扫描位置的示例。在这种情况下,在很多案例中扫描时,您将开始越来越大的加速和恒定的位移,直到您到达目标加速度,在这种情况下,在这种情况下为1G。一旦您达到目标加速,您将通过频率范围并返回到1G上。我也想指出轴,你可以看到x和y轴两个是对数的。这一重要的原因是因为它会扩大小的加速贡献,这将有助于他们在图表上出现,因此您不会错过任何加速的尖峰。此外,我想指出X轴是频率,它与时间成比例。If you were to perform a sine sweep, you’d actually be able to see your shaker operating along that curve and it would track along that green profile line, from the left side of the screen, up and to the right side of the screen to the higher frequency range. You’ll see that with random vibration, the x axis is not proportional to time.

随机振动

随机振动用于模拟真实的世界振动场景。无论是运输还是机器运行,我们在此演示文稿开始时谈到的那些真正的世界振动方案中的任何一个都是你将使用随机振动的。它比正弦方式更现实,这是因为在现实世界中,振动的未来是不可预测的,所以你需要更多随机和零星来实际准确地模拟它。您可以在此处看到,底部,我为随机测试的时间域数据放置了一个时域数据,您可以看到它更加零星,特别是当您将其与正弦图进行比较时。

对于正弦测试,强度由您的G电平或实际加速度决定。对于随机振动,它不同,并且您的强度由GRMS决定,这是累积能量输入的衡量标准或振动筛如何工作的衡量标准。To give you a better idea of what is really the Grms, it’s calculated as the square root of the area under the profile curve so you can see that this is what a random vibration profile would look like on your controller and the square root of the area under that green curve is going to be the Grms. It is important to note that while this Grms does indicate your test intensity, two different curves with the same Grms are not necessarily equivalent. They could have completely different shapes, and different frequency ranges as well.

我想随机谈论x和y轴。正如我之前提到的那样,这里的X轴不会与时间成比例,所以而不是沿着它沿着那个绿色轮廓曲线跟踪,就像它用正弦测试一样,随机振动,任何时间点,你的摇床都可以在任何地方运行along that curve, so it will actually bounce around that curve as you’re performing testing.

此外,我想指出y轴。你可以看到正弦测试它只是GS,你的加速度。对于随机测试,它是(GN)²/ Hz。这些单位有时会使人们混淆,但基本上是,如果你采取加速和平方,那么你只是通过频率划分它,你只是归一化这些值。这很重要,因为随机振动测试的加速取决于您测量的加速度的带宽。

在执行测试之前,需要定义配置文件本身,对于随机振动,有几种不同的方法可以实现,可以是图形化的,也可以是使用断点表。你们可以在左边看到,这是一个随机振动剖面的图形代表,它本身就说明了问题。它给出了曲线实际形状的图形表示并给出了一些关键的频率和加速度。在这种情况下,题目也给出了斜率。

另一方面,断点表,而不是图形表示,它提供每个键频率点及其对应的g²/Hz。当你看振动规格和程序时,你会看到这两者的混合。

机械休克测试

接下来是机械冲击测试。冲击试验基本上是用来模拟冲击、跌落或某种爆炸力。冲击试验如此重要的原因是,冲击激发所有共振。我们已经讨论过在谐振频率下测试是多么重要因为你会得到振幅的增加当你进行冲击测试时,你要测试的每个部件都会以自己的固有频率抖动。你们可以看到这里我包含了一个半正弦脉冲的图像我在这里指出了一些关键参数。你可以看到在曲线的顶部有一个振幅,也就是加速度水平。我还指出了脉冲宽度这是另一个关键参数。脉冲宽度是测试本身的持续时间。

你们已经看到了半正弦脉冲的例子这是最常见的脉冲形状。在右边,你可以看到脉冲在振动控制器中的样子。除了半正弦之外,还有其他的脉冲形状,如锯齿形、梯形和矩形。你在底部看到的是锯齿状的。正如我所提到的,半正弦是最常见的,但现在,规范正朝着锯齿方向发展,因为锯齿脉冲形状有一个更真实的剩余谱。

气候振动测试

我还想谈论包括振动或震动测试中的气候元素。这对运输测试特别有用。如果您认为在卡车的后部有您的车,它将在围绕,它会遇到振动和震动,但它也将在此过程中变化一些环境条件。通过在测试中包括气候元素,它将更加密切地模拟真实的世界环境。这真的很重要,因为温度和湿度会影响您的部件的材料特性。因此,如果您在更高的温度下进行测试,材料将更加延展性并且在较低的温度下,它会更加僵硬。这可能会影响您的测试结果。

这是我们Greenville,SC设施的设置的示例。你可以看到我们有振动筛,就是我们的环境室。您可以将整个振动系统滑入气候室,用气候元素密封并进行振动测试,无论是气候老化还是温度循环。

常见的测试规范

我还想列出一些我们在振动和冲击测试中经常遇到的常见规格。对于运输,我列出了一些不同的ASTM规格。这两种方法我们都遇到过,而且都很有用,因为它们根据不同的运输方式提供不同的信息,无论是空运、海运还是卡车运输。

此外,我还指出了一些汽车振动测试的规范。ISO规范非常有用。它更多地针对汽车电子产品,但它经常用于所有类型的汽车部件,而不是电子产品。

我还指出了一个IEC规范。这是一个很好的规范,并为振动测试提供了很多很好的指导,但重要的是要注意,这是一个指导规范,而不是提供实际的测试参数。IEC规范,以及我在这里强调的军事标准都需要对您进行一些裁剪。

当然,OEM也有自己的振动规范。通常,他们将引用已列出的其他规格之一。

测量加速度

我们如何衡量和控制测试期间的加速度?我们用加速度计这样做。最常见的加速度计是压电,这是我们倾向于使用的。您可以看到我在此处展示了这些加速度计如何工作的基本构成。它基本上是一种质量和弹簧系统。弹簧是晶体,并且在该晶体压缩或细长时,它产生电荷,然后通过振动控制器转换回加速度。我们喜欢使用这些压电加速度计的原因是因为它们具有非常高的谐振频率。这意味着您可以将它们用于各种振动测试。其中一个主要的缺点是它们不能在低频下非常准确地测量。几乎在5Hz以下的任何东西,他们不会非常准确但幸运的是,大多数振动测试高于该水平。

如果您确实想要测量和测试5 Hz,则可以使用电容式加速度计。这些加速度计有一些缺点。例如,它们在较高的范围内并不伟大。我们倾向于坚持压电加速度计,但您必须根据您正在做的实际测试选择您的加速度计。

加速度计只是你放置在哪里。您希望确保尽可能紧密地控制输入振动位置,因此您希望将其放在夹具本身上,而不是直接在桌子上放置在桌子上,并且希望将其靠近安装位置和刚性构件附近。这是一个例外,正在执行运输测试,因为对于这些测试,您通常没有夹具。您只需将DUT直接放在桌面上并让它在测试期间自由移动。在这种情况下,您将直接放在桌子上的加速度计进行控制。

说到加速度计和用它们控制振动,有几种不同的控制策略可以使用。基本上你可以用一个或多个加速计来控制。最常见的控制策略是单一控制,只使用一个加速度计,这也是我们通常使用的。

您也可以使用多个,并且有几种不同的方法来做到这一点。

  • 最大控制是基于正在经历最高水平的加速度的加速度计
  • 最小控制是基于加速度计经历的最低水平的加速度

这样做的原因是,如果你在做5G测试,确保你的DUT的任何一点都不超过5G水平。您可以在DUT周围放置多个加速计,并使用最大控制策略,这样就可以确保DUT的任何部分都不会超过您设置的限制。这样做的缺点是您将会有一些未测试,您的DUT的一些部分将经历未测试,如果您使用最小控制,您将经历相反的情况。您的DUT的某些部分将经历过度测试。

另一种选择如果您要使用多个加速度计是使用平均控制策略。这取得了多种加速度计的加权平均值,这对于最小化加速度的尖峰是有用的,但重要的是要记住平均方法不能纠正不正确的固定装置。

卡具

一个固定装置实际上只是将你的DUT连接到电枢,头部扩张器或滑表的任何东西。它们可以是极其复杂的,也可以是简单的使用夹具。

设计夹具时要问的第一个问题是你应该使用哪种材料。很多人认为使用钢是最好的方法,因为它很坚硬,很坚固。出于一些原因,振动测试并非如此。钢是非常重的,当你进行振动或冲击测试时,你想要保持你的重量尽可能低。此外,钢的阻尼特性很差。如果你想一下用高尔夫球杆击打一个钢铁物体,你会通过球杆得到反馈,然后再回到你的手中。钢在振动测试中的表现非常相似,它会响。如果你必须使用钢,只在非常低的频率和不太剧烈的振动轮廓使用它。

相反,使用具有更好阻尼特性的较轻的材料,如铝或镁。镁可能是最好的选择。它具有最好的阻尼特性,它非常轻,但它可以非常昂贵。

一个好的中间路材料是铝。我们实验室里用的是铝。它比镁便宜得多。它比镁重一点,但与钢相比,它要轻得多,而且仍然具有良好的阻尼特性。

接下来,弄清楚如何将夹具连接在一起。在防止相对运动方面的最佳选择是一个完全铸造夹具。不幸的是,从可制造性的角度来看,这并不总是最现实的选择,这不是制造fixture的最简单的方法。您也不能更改多个dut的配置,并且不能使用完全强制转换的fixture来实现这一点。

一个焊接的夹具会很好地阻止相对运动但是,你会遇到改变结构的问题。在多个dut中使用焊接夹具将会很困难。焊接夹具比全铸造夹具更容易制造。你要让这些焊缝很厚。你想要一个珠子的大小是等价的或厚比材料厚度比你正在使用的夹具。

下一个最佳选择是将夹具栓在一起。从技术上讲,如果您想使用不同的DUTS使用夹具是您的最佳选择,这是最糟糕的选择。这是我们使用的次数。如果您打算使用螺栓固定夹具,您需要记住这些指导方针:

  • 你想要一个非常紧密的螺栓间距。尽可能减少螺栓之间的距离,以最大化夹具本身的谐振频率
  • 对开所有孔以减少螺栓本身的自由长度。这很重要,因为在振动测试期间,螺栓的自由长度实际上会在测试期间拉伸一点,这将允许一些相对运动。你要把所有的孔重新钻孔,尽可能地减少长度。
  • 由于我们使用的是相对较软的材料,您可能会担心螺栓会从夹具本身拔出。通过使用不锈钢镶嵌件,你将有更坚硬的螺纹螺栓。

这些是我们在J.A的试验和测试振动夹具的一些例子。国王。左边的一个是书房夹具。Bookend Fixtures非常有用,因为它是一个相对简单的设计。它们非常僵硬,您可以使用它们进行大量不同的DUT。

中间的一个是基本的立方体夹具。立方体夹具也非常有用,因为它们是刚性的并且具有简单的几何形状。立方体非常有用,因为您可以使用该多维数据集的所有面。如果您有需要进行的垂直和水平测试,通常您必须旋转振动器的整个鼓。如果您使用的是多维数据集,则您不必这样做。您可以在垂直方向上螺栓螺栓,然后您可以将DUT移动到立方体的不同面,以达到所有三个正交轴,而无需改变振动筛本身的方向。

右边是另一个立方体夹具的例子,但不同的是,一些孔已经钻出了立方体本身。这样做的原因是为了减轻体重。这些立方体固定装置会很快变得很重。不幸的是,一旦钻出了孔,就会遇到刚性问题。一个保持你的袖子的好技巧是向立方体的空隙中喷射阻尼泡沫,这将增加夹具的阻尼性能。重要的是要记住,它不会增加夹具的谐振频率,但如果你确实击中了夹具的谐振频率,它会降低响应的振幅。

我想在设计灯具时指出一些指导方针。您可以在可能的情况下避免夹紧。我提到介绍在演示文稿中。我们有时会使用夹紧,您可以使用它。你只想小心夹紧。确保您使用它主要用于测试并不是非常激进和低频的测试。如果您进行夹子,请注意这些夹具的确切位置。这样,你有一个很好的,可重复的测试,如果你需要重新运行任何东西,那么在最初运行的完全相同的配置中,它很容易这样做。

您还需要确保将您的重心保持在振动器上,尽可能低。这将避免导致实际振动筛的任何运动。

j。a。King的振动能力

这是我们在j。a。金的格林维尔SC测试中心的能力的快速概要。你们可以看到,我已经指出了冲击和振动的力峰值,以及冲击和振动的加速度。我也列出了最大速度。对于位移,1。5英寸是每个方向如果我们讨论峰值到峰值的位移,它将是它的两倍,3 "。我们的最大频率是3KHz,我们的头部膨胀器是4 x 4 ',这是相同的尺寸作为我们的滑表。如果我们需要为您的测试减轻重量,我们可以创建一个夹具,可以直接螺栓连接到电枢,而不是使用头部扩张器。

常见问题

什么是振动筛的最大有效载荷?震惊和振动的振动筛的最大有效载荷比您想象的更复杂。DUT + FIXTE组合的重量不是唯一需要考虑的参数。它还依赖于要运行的配置文件。我喜欢说,如果你知道你的DUT的重量和你的个人资料,你总是可以将该信息发送给我们,我们可以将它放入我们的控制器的软件中,我们可以在我们是否可以运行测试时获得绿灯。如果您的夹具和DUT结束了我们可以使用该具体型材执行的操作,我们可以谈谈更改夹具配置以减少重量,或者我们可以直接取出头部扩展器和螺栓。

您可以在什么温度范围内运行振动测试?我们可以把温度提高到170摄氏度,也可以降低到零下40摄氏度,用于震动和振动。

你们自己设计灯具吗?是的,所以如果你有自己的夹具,你希望我们使用它,我们可以。您可以将其发送给我们,我们可以通过执行正弦扫描来验证它,以确保它适用于测试。或者,如果您希望我们完全处理夹具设计,我们也可以这样做。您可以向我们发送CAD模型或图纸甚至是本身,我们可以设计夹具并执行测试前需要的所有夹具验证。

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