模擬汽車運(yùn)輸振動(dòng)臺(tái)的應(yīng)用與操作方法

模擬運(yùn)輸振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的用途：

  適用玩具、電子、家具、禮品、陶瓷、包裝等產(chǎn)品進(jìn)行模擬運(yùn)輸測(cè)試，符合EN、ANSI、UL、ASTM、ISTA美國(guó)、歐洲、國(guó)際運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)

1．正弦振動(dòng)試驗(yàn)對(duì)設(shè)備的要求

GB／T2423.10國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)》的第2部分：試驗(yàn)方法中，試驗(yàn)Fc和導(dǎo)則：振動(dòng)（正弦）對(duì)試驗(yàn)設(shè)備在條件試驗(yàn)時(shí)的特性要求如下：

（1）基本運(yùn)動(dòng)。基本運(yùn)動(dòng)應(yīng)為時(shí)間的正弦函數(shù)。試驗(yàn)樣品各固定點(diǎn)應(yīng)基本上同相沿平行直線運(yùn)動(dòng)。

（2）橫向運(yùn)動(dòng)。垂直于振動(dòng)方向的任何軸向的檢測(cè)點(diǎn)上的最大振幅。當(dāng)試驗(yàn)頻率低于或等于500 Hz時(shí)，應(yīng)不大于在振動(dòng)方向上所規(guī)定的振幅的50％；當(dāng)試驗(yàn)頻率大于500 Hz時(shí)，則應(yīng)不大于100％。對(duì)于小試驗(yàn)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(duì)于大試驗(yàn)樣品或?qū)τ谳^高的試驗(yàn)頻率，要達(dá)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(bào)告中指明并記錄超過上述規(guī)定的任何橫向運(yùn)動(dòng)；橫向運(yùn)動(dòng)不監(jiān)控。


（3）加速度波形失真。加速度波形失真的測(cè)量應(yīng)在基準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行，應(yīng)覆蓋到5000 Hz或驅(qū)動(dòng)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(dá)到上述要求是不可能的，在這種情況下，如果基頻控制信號(hào)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(duì)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(shí)時(shí)，就不需要恢復(fù)加速度振幅，但應(yīng)指明失真并記錄在報(bào)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(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)上的實(shí)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(diǎn)：基準(zhǔn)點(diǎn)上控制信號(hào)的容差為±15％。有關(guān)規(guī)范應(yīng)指明是采用單點(diǎn)控制還是采用多點(diǎn)控制。如果采用多點(diǎn)控制，應(yīng)說明是將各檢測(cè)點(diǎn)上信號(hào)的平均值控制到所規(guī)定的值，還是將所選擇的一個(gè)點(diǎn)上的信號(hào)控制到所規(guī)定的值。


2）檢測(cè)點(diǎn)：在每一檢測(cè)點(diǎn)上，當(dāng)頻率低于或等于500 Hz時(shí)控制信號(hào)的容差為±25％；當(dāng)頻率超過500Hz時(shí)為±50％。


在某些情況下，如對(duì)低頻或大樣品的某些頻率要達(dá)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(gè)較寬的容差或規(guī)定另一種可選擇的評(píng)價(jià)方法。


（5）頻率容差：

低于或等于0.25Hz時(shí)：±0.05 Hz；

從0.25～5Hz時(shí)： ±20%;

從5～50 Hz時(shí)：±1％；


超過50Hz時(shí)：±2％。


在比較耐久試驗(yàn)前后的危險(xiǎn)頻率時(shí)，即在振動(dòng)響應(yīng)檢查期間，應(yīng)采用下列容差：


低于或等于0.5Hz時(shí)：±0.05 Hz；


從0.5～5Hz時(shí)：±10％；


從5～100 Hz時(shí)：±0.5Hz；


超過100Hz時(shí)：±0.5％。


（6）掃頻。掃頻應(yīng)是連續(xù)的，并且其頻率隨時(shí)間應(yīng)按指數(shù)規(guī)律進(jìn)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(shí)間也可按線性規(guī)律變化。


二、模擬汽車運(yùn)輸振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)


1．汽車運(yùn)輸振動(dòng)的特征


汽車運(yùn)輸振動(dòng)的數(shù)據(jù)是通過大量的跑車實(shí)測(cè)而得。通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理，可得出運(yùn)輸振動(dòng)具有如下的特征：


（1）汽車運(yùn)輸振動(dòng)是寬帶隨機(jī)振動(dòng)，振動(dòng)的瞬時(shí)值基本滿足正態(tài)分布。


（2）汽車運(yùn)輸振動(dòng)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(yùn)輸振動(dòng)在不同的頻率下，自功率譜形狀變化不大，總的趨勢(shì)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(dòng)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(yùn)輸振動(dòng)的等效模擬


汽車運(yùn)輸振動(dòng)是一個(gè)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(jī)振動(dòng)。對(duì)一個(gè)平穩(wěn)的各態(tài)歷經(jīng)的隨機(jī)振動(dòng)，根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的三個(gè)重要特征就能得到振動(dòng)的較為詳細(xì)的描述。這三個(gè)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(gè)隨機(jī)振動(dòng)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(gè)隨機(jī)振動(dòng)基本等效。


上述原則為汽車運(yùn)輸振動(dòng)的等效模擬提供了依據(jù)。若在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)能夠產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)振動(dòng)，且該隨機(jī)振動(dòng)同汽車運(yùn)輸振動(dòng)的幅值概率密度函數(shù)及功率譜密度函數(shù)相近時(shí)，則可以認(rèn)為該隨機(jī)振動(dòng)就重現(xiàn)了汽車模擬運(yùn)輸振動(dòng)。


3．模擬汽車運(yùn)輸振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)


模擬汽車運(yùn)輸振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是一種機(jī)械式隨機(jī)振動(dòng)模擬器，是能較好地再現(xiàn)汽車運(yùn)輸振動(dòng)臺(tái)的試驗(yàn)室設(shè)備。


現(xiàn)有的模擬汽車運(yùn)輸振動(dòng)環(huán)境的設(shè)備中，一般認(rèn)為由數(shù)字式隨機(jī)控制系統(tǒng)組成的試驗(yàn)設(shè)備能很好地重現(xiàn)所需要的振動(dòng)環(huán)境，但這種設(shè)備成本昂貴，技術(shù)復(fù)雜，就我國(guó)現(xiàn)有情況來看，還很難普及應(yīng)用，而用正弦振動(dòng)來代替隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)的方法又欠妥，故國(guó)內(nèi)一些單位研制了機(jī)械式隨機(jī)振動(dòng)器——模擬汽車運(yùn)輸振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。


用機(jī)械式的方法完全重現(xiàn)一個(gè)隨機(jī)振動(dòng)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(yàn)的功率譜給定時(shí)，要在設(shè)備上重現(xiàn)該試驗(yàn)功率譜，完全重現(xiàn)是不可能的，因此把功率譜分成幾個(gè)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(dòng)的功率譜與給定的試驗(yàn)功率譜一致。


試驗(yàn)臺(tái)的全部活動(dòng)質(zhì)量通過兩側(cè)的若干組掛簧掛在框架上。整個(gè)活動(dòng)質(zhì)量包括臺(tái)面、膠輪、鼓輪、齒輪箱和砂箱等主要部分組成。工作臺(tái)面由板彈簧和膠輪彈性連接，每對(duì)膠輪座落在鼓輪上，使臺(tái)面處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，鼓輪上對(duì)稱裝有不同曲率半徑的相隔180°的兩個(gè)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(dòng)系統(tǒng)的頻率特性，啟動(dòng)電機(jī)經(jīng)減速器鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)鼓輪旋轉(zhuǎn)并頂起膠輪使臺(tái)面運(yùn)動(dòng)，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(tái)面的振動(dòng)量級(jí)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(jī)變量，那么激振位移就是一個(gè)隨機(jī)過程。這種情況在實(shí)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(yàn)臺(tái)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(jì)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(yàn)臺(tái)產(chǎn)生適當(dāng)要求的隨機(jī)振動(dòng)。


這種設(shè)備一般在出廠時(shí)已調(diào)整為較差路面上車速為30～40km／h的汽車底板振動(dòng)狀態(tài)，是一種規(guī)范試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)時(shí)間1:1，每次試驗(yàn)時(shí)，不必進(jìn)行測(cè)量。