振动试验、设备与检测1 振动试验及其方法与规范1.1 振动试验1.1.1 可靠性和环境试验产品从出厂到使用期满全过程中，能满足规定或潜在要求的一切技术指标和特性的总和称为产品质量。

这些指标特征和特性包括性能、强度、寿命、可靠性和使用期等。

其中，可靠性是产品在规定的期限和条件下完成规定任务的概率。

如果产品丧失规定的功能而不能完成规定的任务，就叫做发生故障，对元器件来讲就是失效。

所以，某种产品的故障率越低，其可靠性就越高。

可靠性是针对一定的环境条件而言的。

为评价和分析产品可靠性而进行的试验，叫做可靠性试验，其目的是要确定产品在各种环境条件下工作或贮存时的可靠性特征量，为使用、生产和设计提供数据。

同时，通过试验来暴露产品在设计、原材料、工艺流程等方面存在的问题，进而通过失效分析、质量控制来提高产品质量。

可靠性试验可以分为环境试验、寿命试验和特殊试验三种。

为评价和分析环境条件对产品性能的影响而进行的试验叫环境试验，它是将产品暴露在自然的或人工的环境条件下经受其作用，以评价在实际使用、运输和贮存环境条件下的产品性能，并分析研究环境因素的影响程度及其作用机理。

环境条件是产品所经受到的周围的各种物理、化学和生物条件。

环境试验可以分为自然暴露试验、现场试验和人工模拟试验三类。

环境试验也是例行试验的一部分，工厂生产的产品按惯例必须进行的试验叫做例行试验，它是电子产品质量检验的重要组成部分。

通常可以逐批进行，也可以定期进行。

例行试验包括：环境试验项目、寿命试验项目和某些特殊试验项目三种。

例行试验具有下列特点：（1）它是一种模拟试验，用来模拟产品可能遇到的环境条件与工作状态，以检验对产品性能（功能）的影响。

（2）通常把产品出厂后可能遇到的复杂的、综合性的应力，分解成单一应力或仅有一、两种复合应力作用的功能试验，以检查产品在应力状态下的可靠性和稳定性。

（3）通常采用加速试验和疲劳试验，因此例行试验后的样品一般不再作为成品提交用户使用。

（4）它是对产品质量进行周期性检查，故又称周期试验。

试验周期在产品标准中有规定，一般为一个月、两个月、一季度或半年，以确定周期内成批产品的质量。

（5）它是采取随机抽样，根据允许的批极限不合格品率，制定合格判定数，并用定时截尾试验来快速检查与鉴定产品的早期失效水平。

1.1.2 振动试验振动试验是环境试验中的一种。

它是在实验室模拟各种恶劣的振动条件，以检验振动对产品的影响，例如：经振动试验后仪器仪表是否产生噪声，引线及元器件是否有断裂或造成其它形式的失效等等。

振动试验一般放在振动试验装置上进行，其振动频率、振动强度及试验时间要根据振动试验标准（规范）确定。

振动对产品的主要影响是：（1）使结构损坏，引起变形、弯曲、产生裂纹、断裂，造成部件间的相互撞击等，从而使产品疲劳损坏；（2）使工作性能失灵、功能失效或性能超差，造成接触部件的接触不良，继电器误动作，电子管噪声增加，指示灯闪烁等，从而导致工作不正常、不稳定，甚至完全不能工作；（3）使工艺性能破坏，如螺钉或连接件松动、脱焊等。

振动试验的目的是确定产品从制成开始，在运输、使用及工作过程中所能承受外来的振动或自身产生的振动，而不致破坏并能保持其原有性能，达到预定的寿命和可靠性。

振动试验通常有下列几种类型。

（1）疲劳环境试验：通过这种试验了解各种机械、构件、设备、材料以及元器件，承受往复振动环境而引起的性能参数变化或疲劳破坏的有关数据。

（2）研究性试验：为了研究、开发新产品或改进、提高产品的质量，通过振动试验提供必要的力学性能参数。

（3）产品质量监控试验：为确保制造的产品质量，严格控制生产工艺，采用振动试验对其实行质量监控。

（4）新产品质量验证试验：对新设计制造的产品，通过振动试验来验证其是否能承受预期的振动环境条件，并保持其应有的性能。

（5）包装运输试验：为了解产品出厂时包装是否安全、牢固和合理，运输中是否安全和可靠，通过振动试验提供必要的参数。

（6）适应性试验：通过试验确定人体对交通工具的振动、公害振动等是否适应，能否满足人们在各种振动环境下正常生活或工作。

1.2 振动试验方法常用的振动试验方法详见表1所示。

表1 几种振动试验方法的比较1.3 振动试验规范1.3.1 国际标准化组织有关标准（1）1S0 2041—1975振动与冲击名词术语；（2）1SO 5344—2004电动振动台——描述设备特性的方法；（3）1SO 6070—1981振动发生器辅助台——描述设备特性的方法；（4）1SO 8626—1989用于产生振动的伺服液压试验设备——描述特性的方法。

1.3.2 我国有关国家标准（1）GB 2298—1990机械振动、冲击名词术语；（2）GB/T 7670—87电动振动试验设备特性的描述方法；（3）GB/T l0861—89液压振动台；（4）GB／T 11353—89振动发生器辅助台设备特性的描述方法；（5）GB/T 5170.13—85电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法振动（正弦）试验用机械振动台；（6）GB/T 5170.14—85电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法振动（正弦）试验用电动振动台；（7）GB/T 5170.15—85电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法振动（正弦）试验用液压振动台；（8）GB/T 5170.19—89电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法温度／振动（正弦）综合试验设备；（9）GB/T l0179液压伺服振动试验设备特性的描述方法；（10）GB/T 2423.10—2008 电工电子产品环境试验第二部分试验Fh：振动（正弦）试验；（11）GB/T 2423.56—2008电工电子产品环境试验第二部分试验Fc：宽带随机振动试验；1.3.3 我国有关国家计量检定规程（1）JJG l89—1997 机械式振动试验台检定规程；（2）JJG l90—1998 电动式振动试验台检定规程；（3）JJG 298—2005 中频标准振动台（比较法）替代了原JJG 298-82 校准振动台（4）JJG 541—1988 落体式冲击试验台检定规程（5）JJG 637—1990高频标准振动台检定规程；（6）JJG 638—1990液压式振动试验台检定规程；（7）JJG 948—1999 数字式电动振动试验系统检定规程；替代了原JJG 529—1988随机振动试验系统检定规程；（8）JJG 1000—2005 电动水平振动试验强检定规程2 振动试验设备2.1 振动试验设备的分类振动试验设备通常是指用以产生振动及进行控制，并能将这种振动加到其它结构、零部件或产品上的设备。

一般包括振动台台体、监控系统和辅助设备等。

振动试验设备有时也称为振动试验系统或振动试验台，简称振动台。

振动试验设备按其工作原理主要分为三种类型，即机械式（简称机械振动台）、电动式（简称电动振动台）和电液式振动试验系统（简称电液振动台也叫液压振动台）。

其它还有电磁振动台、压电振动台和磁致伸缩振动台等。

三种类型振动台的原理、特点和用途见表2。

2.2 机械式振动台在振动试验中，机械振动台使用较为广泛。

机械振动台形式较多，主要有弹簧片式偏心式机械振动台、偏心—弹簧式机械振动台、双质量机械振动台、离心式机械振动台四种，其中尤以离心式机械振动台使用最广。

2.2.1 偏心式机械振动台偏心式机械振动台是通过曲柄—连杆机构或偏心轮—连杆机构直接驱动的一种振动台，如图18—1。

其工作原理是：马达通过变速机构或直接带动曲柄—连杆机构或偏心轮—连杆机构，使连杆及台面作往复振动。

这种振动台是利用位移形式使台面振动，而不是用力来激振的。

偏心式机械振动台负荷一般为5—10kg左右，频率范围10～100Hz，振幅0～5mm。

由于传动件之间的摩擦、冲击等，振动台台面的波形失真比较大，噪声也较大。

2.2.2 偏心.弹簧式机械振动台偏心-弹簧式机械振动台是通过偏心轮及弹簧来驱动的一种振动台，如图18—2。

在工作原理上，与偏心式机械振动台不同的是（1）偏心轮经过连杆后，再经过激励弹簧k o而带动台面振动；（2）偏心轮安装在一个子衡质量块m2上，而台面m l和平衡质量块的悬挂弹簧k1和k2都比较软；（3）在台面和平衡质量块之间安装了一个工作弹簧k，调节其刚度系数就可改变台面的振幅，而偏心式机械振动台则是通过调节曲柄或偏心轮的偏心距来调节振幅的，较不方便。

偏心—弹簧式机械振动台的性能和偏心式机械振动台相似。

2.2.3 双质量弹簧片式机械振动台双质量弹簧片式机械振动台又叫电气机械式振动台，它的结构简单，振幅和频率调节方便，过去常用于仪器仪表作振动试验，因此通常也称为仪表试验振动台，由于这种振动台波形失真较大，性能要求不高，因此除用于作水泥制品振动试验外一般不再用了。

由这种振动系统性质决定，它的振动频率决定于传动电动机的转数，而它的振幅取决于激励弹簧产生的激励频率与固有频率的比值。

在使用时，如果频率已知，要得到需要的振幅值，只要调节固定弹簧的固有频率数，即改变固定弹簧的有效长度，这样虽然偏心率不改变，但可以得到各种不同的振幅值，所以调频调幅都很方便。

2.2.4 离心式机械振动台离心式机械振动台是利用旋转不平衡质量块所产生的离心力来进行激振的一种机械式振动台。

它可以分为停车调幅和开车调幅两种类型，后者的数量在逐步增加，而前者目前仍普遍使用。

停车调幅离心式机械振动台是利用若干组不平衡质量块旋转时产生的离心力，使其水平方向分力相互抵消，垂直方向分力合成一正弦力而激励振动，如图18—3。

不平衡质量块旋转时的离心力为：2P=mr ω （1）式中，m 为不平衡质量块的质量；r 为不平衡质量块重心至旋转轴中心的距离；ω为不平衡质量块旋转的角速度。

不平衡质量块由质量相同的固定扇形块和活动扇形块组成一组（两对）不平衡器，当活动扇形块调整偏离位置α角时（如图18—4），扇形块离心力水平方向分力为：21 P =mr cos 2a ω垂直方向的分力为：21=mr sin2a R ω 因为水平方向的分力大小相等，方向相反，作用于同一作用线上，所以其合力为零。

而垂直方向的合力为2R 1（因为是两对），即：2R=2mr sin2aω （2） 由公式（2）可以看出激振力按正弦规律变化，使激振器产生正弦振动。

如果改变角度a （即对称地改变两对活动扇形块与固定扇形块之间的角度），就可改变激振力的大小，从而达到获得不同振幅的目的。

开车调幅离心式机械振动台利用拉杆和螺旋导销，实现了不停车连续调幅，图18-5为其结构简图。

台面和激振器连成一体，并安装在一个螺旋弹簧上，形成一个单自由度振动系统。

激振器主要由单轴开车可调整的不平衡器与调幅机构组成，其垂直振动的导向是由带筋墙板支承的滚动轴承来限制。