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1、機械可靠度試驗簡介一、 振动实验1.振动实验概要 振动实验是评估产品在运输及使用过程中承受振动环 境的适应能力，模拟产品可能遭遇的最严酷环境，为产品的设计验证，品 质验证提供失效机理分析，失效统计，保证产品具有更高的可靠性水平。 振动实验要求越来越多，其背景具体体现如下：1.1 新材料，新工艺的应用。1.2 整机小型化使元器件密集度更高，更容易受到外部振动影响。1.3 便携式、车载、机载、航天、经济全球化的物流环境，产品使用环境已变得 更加苛刻和无法估计。2.振动实验的分类。 振动是物体围绕平衡位置，作往复运动的一种运动形式。通常用一些物理量（如位移、速度、加速度、频率等）随时间变化的函数式来
2、表 示振动时间历程。2.1 名詞述語： 载具承载产品用的运输工具或平台。振动实验是一种以模拟载具的实验 形式，所以不同的载具表现出的振动特性各不相同，各种载具的振动 环境如下： 註：振动实验不会因为产品之不同而有不同的振动实验规则，而是因为 载具不同而有不同的振动实验规则。2.1.1车载5-500Hz汽车运输主要的振动来源于路况，发动机的转速，行 驶系统的激振力 ,这几个方面振动频宽在 5500Hz 之间， 但由于充气轮胎本身具有较强的减震能力，是一个较好的高 频减震器，所以对产品作用能量大多在 5200Hz 之间，而 200-500Hz 之间部分频宽存在的能量随着频率增加而衰减。如 图一表示
3、。Acceleration Profile1.0x101.0x101.0x10Frequency (Hz)HP Spectrum l.vrpLev. 1 Tim e: 0:00:00Output V RMS: 0.000Hewlett PackardDem and: 2.2682 GTotal Tim e: 0:00:00Spectrum 1Control: 0.0000 GSep 15, 2003 10:55:03Shipping Unit1.0x10图一 2.1.2船运4-50Hz船运振动源来于水面的波浪，水的物理特性决 定其振动频宽在4-50HZ之间。如图二表示。1 10 100Freq
4、uency (Hz)Acceleration Profile1.0x1011.0x100 =1.0x10-1 Demand1.0X10-2ASTM D 4169TruckAssurance Level 3ASTM D 4169 Truck LeveH3wrp Time: 0:00:00Output V RMS: 0.000Demand: 1.2727 G Total Time: 0:00:00Control: 0.0000 GSep 15, 2003 11:09:17图二3.1.3空运20-2000Hz空运振动源来自于飞机周围的空气扰流、 喷射气体、气流、音爆、次音速，上述振动源通过机 身结构
5、或其他传递界质，传递到机载之产品上，频宽 通常在20-2000HZ。如图三表示。Lownav.vrpLev. 1 Time: 0:00:00Output V RM S: 0.000Demand: 1.0000 GTotal Time: 0:00:00Control: 0.0000 GSep 15, 2003 11:00:27图三共振一一一种振动能量放大现象，共振频率跟物体的刚度成正比，跟重量成反 比。每种电子产品因为材质，结构等因素之不同。而表现出来的抗振 能力也有所不同，但都会有若干个共振点，但并不是所有的共振 点都会对产品造成破坏。造成严重破坏的通常为第一阶、第二阶 的共振，也就是说低频共
6、振影响最为严重，所以每种系列产品也 会根据一些本行业的统计数据、产品特点制订一些行业规范。2.2振动又以振动规律来分类，振动基本分为以下几形式：2.2.1正弦振动.(疋“e用骼纟印)正弦扫描是一种有规律、确定性的振动。在任何单一瞬间只有一个频率点的存在。一个完整的正弦规格，有四个基本条件。(1) 频率范围；如5-500HZ(2) 控制条件：A(加速度)：V(速度)：D(位移)三者关系：A=0.051f2DA-加速度G值f-频率 HzD位移mmp-p(3) 扫频速率；表示扫频速度的快慢程度. 扫频方式分二种：a)线性扫频(linear)Hz/min表 A线性扫频特点在于频宽内每个频率的停留时间都
7、一样， 单位一般用Hz/min表示。计算公式：n=( f1-f2)/tf1-扫频下限f2-扫频上限t-扫频时间“ 一般在汽车零件实验中应用线性扫频较多”No.ItemsSpec.1ConditionUn-package , Fix on the table2Force0.25G3Frequency530Hz4DirectionX，Y，Z5Time3 minutes/each direction6Cycle Time1 minute表Ab)对数扫频(log)loct/min-表 B对数扫频变化的特点是在指定频宽内扫频时，有低频较慢/高频较 快，以对数方式变化，也就是停留在每个倍频的时间都一样，如
8、： 10-80Hz log swept ,10-20Hz,20-40Hz,40-80Hz 每个倍频用的时间 都为1Min (倍频是指：终止频率是起始频率的两倍，如：5- 10Hz就是一个倍频，即1 octave, 5-10Hz需用1min去完成扫频, 就是 1oct/min)计算公式：n= 3 332*log (f2/f1)/T“电子产品99%都用对数扫频方式进行扫频实验No.It emsSpec.1ConditionUn-package , Fix on the table Power: On2Acceleration0.25G(0-to-peak)4Frequency10 to 500 H
9、z5DirectionX，Y，Z6sweep rate.0.25 oct ave / minu te /each d依re式計算n (總時間為 42mins)7Cycle10 to 500 to 10 Hz/ each axis表B低频共振破坏力最大，所以一般的电子产品都采用对数扫频方式，使 产品在低频时，多停留时间，以筛选出有潜在缺陷的部品，扫频速率选 定，尽可能慢,以便于试件有足够的时间来响应，IEC规程中一般要 求Swept rate W1 octave/min.(4)扫描时间：即单次扫频的持续时间：正弦振动一般应用在研发过程中搜寻共振频率上，通过共振频率的搜寻,来改善产品的结构和 减振
10、措施,反过来改变产品的共振频率.其目的是掌握产品 的可靠性水平评估，为产品的标准化探讨实验及可靠性保 证实验作前期的数据收集,以便于更好监控工艺流程。2.2.2 随机振动(RANDOM)随机振动是一个不确定性的振动模式，它在振动频宽内 的所有频率点都具有能量。也就是说在同一时间，频宽内的所有频率都在 振动,随机振动和正弦振动有本质的不同，是不能用时间的确定性函数来描 述的振动现象，根据傅里叶级数(Ftt)的基本理论，任何一个时间函数都可以 用一组时间函数叠加起来，即可以将该振动信号分解成许多不同频率的谐 波分量即；ajisincofit随机振动有三个重要的参数：(1) 频宽是指试件随机振动的频
11、率范围.(2) 功率频谱密度(PSD)。也叫加速度谱密度(ASD)：表示实验中输给试 件的能量随着频率分布，常用单位:G2/Hz.即单位频率所拥有的平均 能量。随机振动实验主要通过控制能量来控制振动的量级，而“能量”这 抽象化概念，在振动实验中也可以通过较为容易理解的物理量，如: 速度（V） 侧面来了解振动，运动的物品具有动能（1/2MV2）与运 动速度有着明显的关系，而加速度跟速度成正比，加速度与速度具 有同样的物理属性，所以振动控制就采用相应的物理量（G2）来表 示能量。（3）持续时间：连续振动的总时间长度。随机振动中已知频宽.功率频谱密度这两个条件，就可以根据相关运算公式，得到均方根加速
12、度值（振动量级）例：0.731Grms 如图四表示：Acceleration ProfileASTM D 4169 Truck LevdLdvvrpTime: 0:00:00Output V RMS: 0.000ASTM D 4169Demand: 0.7310 GTotal Time: 0:00:00TruckControl: 0.0000 GSep 15, 2003 12:32:13Assurance Level 1图四註：总均方根加速度（Grms），只作为估算推力F的参数，在振动实验中没有任何物理意义，只是 一个演算的结果，即曲线包围的面积。振动的严酷度，要看能量在随频率的分布的谱域 图
13、；如图表示：Acceleration ProfileASTM D 4169 Truck LeveL3wrp Time: 0:00:00Output V RMS: 0.000QmolLtLeLlccDemand: 2.9990 G Total Time: 0:00:00Control: 0.0000 GSep 15, 2003 12:21:22图五Acceleration Profile1.0x10-1f、.1.0X10-2 :1.0X10-3 :、Demand1.0X10-410 100 1000Frequency (Hz)ASTM D 4169 Truck LeveL3wrp Time: 0
14、:00:00Output V RMS: 0.000Demand: 2.9999 G Total Time: 0:00:00Control: 0.0000 GSep 15, 2003 12:27:53图六比较两个振动谱域图，振动能量Grms 一样，但在下图比上图更具破坏力，因为下图振动能量 集中在低频部分，往往第一、二阶低频共振才对产品造成破坏，上图的振动能量全在高频部 分，则可避开低频共振部分，实验的效果也可想而知.随机振动和正弦扫描有着很大差异，如一个继电器，有二组不同通道的弹簧片，正弦扫 频时，各个共振频率依次发生共振而不会相碰。而当随机实验中同时共振则可能相碰，造成 故障，所以随机振动更接近于实际振动环境，通常在实验室一小时之随机振动实验等效于一 千六百公里运输过程之效果。二、跌落实验:主要用于实验室中模拟包装件在实际运输、装卸过程中受到跌落冲 击的影响程度。评定包装件在搬运过程中耐冲击强度和包装设计的合理 性。一般測試條件：(1) Weight of pro
