CN103575493A - 一种振动试验夹具鉴定装置及鉴定方法 - Google Patents

Abstract

一种振动试验夹具鉴定装置及鉴定方法，该装置包括振动台、振动控制仪、功率放大器、前置电荷放大器、计算机、控制用加速度计，计算机将所设置的正弦扫频程序与参数信号输入到振动控制仪，振动控制仪将数字信号转换成模拟电压信号输入到功率放大器，经功率放大器放大后驱动振动台在按照确定参数实现往复振动；控制用加速度计将所测量到的振动台台面处的电荷信号反馈到前置电荷放大器，将接收的电荷信号转换成电压信号反馈到振动控制仪；经计算后振动控制仪将根据反馈的加速度信号调节输出给功率放大器电压信号的强度，以对振动加速度强度控制。该方法采用上述鉴定装置来进行。本发明具有结构简单紧凑、成本低廉、操作简便、鉴定效果好等优点。

Description

一种振动试验夹具鉴定装置及鉴定方法

技术领域

本发明主要涉及到振动试验设备领域，特指一种振动试验夹具的鉴定装置及鉴定方法。

背景技术

振动是影响机车车辆及部件工作、RAMS(可靠性、可用性、可维修性、安全性)、寿命的重大因素，据统计，在电子产品中振动所诱发的故障高达27%。因此，振动试验对考核与检验产品的合格性、保障机车车辆的安全性有着无可替代的影响。

振动试验夹具作为振动台与试件的连接与能量传递部件，在振动试验中发挥着极为重要的作用。不合格的夹具在试验中容易产生“过振动”与“欠振动”，有时即使勉强达到了控制谱的要求，也必将加重振动系统的负荷；尤其是在振动台的动态响应范围较小时，矛盾会更加突出。因此，为了确保振动试验能够科学有效地进行，在试验前对所设计的夹具进行鉴定是必不可少的。

目前，对振动试验夹具鉴定装置与鉴定方法并没有统一的规范，如国际通行的IEC61373《Railway applications–Rolling stock equipment–Shock and vibration tests》动试验标准中也并未提及夹具鉴定的具体装置与方法。

现有技术中，振动试验夹具鉴定时常用的方法是通过模态试验测得夹具的前几阶模态参数，并根据模态参数来判断夹具是否符合试验要求，但是采用模态试验需要力锤击或单独激振器进行激励，并需要昂贵的信号采集分析系统对夹具的响应进行测量与分析，因此这种鉴定方法需要有专门的仪器设备，对技术人员要求高，且鉴定测试的周期较长，使用不够便捷。

再者，采用通用方法所求得的为夹具的自身模态，而与振动试验时真实的“夹具通过紧固螺栓与用于试验的振动台动圈（台面）连接而成的一个多自由度的动力系统”的模态参数之间存在较大的差异。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的不足，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、操作简便、鉴定效果好的振动试验夹具鉴定装置及鉴定方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种振动试验夹具鉴定装置，包括振动台、振动控制仪、功率放大器、前置电荷放大器、计算机、控制用加速度计，所述计算机将所设置的正弦扫频程序与参数信号输入到振动控制仪，所述振动控制仪将数字信号转换成模拟电压信号输入到功率放大器，经功率放大器放大后驱动振动台在按照确定参数实现往复振动；所述控制用加速度计将所测量到的振动台台面处的电荷信号反馈到前置电荷放大器，所述前置电荷放大器将接收的电荷信号转换成电压信号反馈到振动控制仪；经计算后所述振动控制仪将根据反馈的加速度信号调节输出给功率放大器电压信号的强度，以对所述振动台上振动加速度强度的控制。

作为本发明装置的进一步改进：还包括测量用加速度计，所述测量用加速度计用来测量夹具上固定点在正弦扫频激励下的响应加速度均方根值，其中固定点是振动试验时夹具与试品之间的接触点；所述测量用加速度计为一个以上，所述测量用加速度计的电荷信号通过前置电荷放大器转换成电压信号后输入到振动控制仪内；经模数转换后在所述计算机上显示出正弦扫频状态下的频响曲线，以及该测量点瞬态的加速度最大值和均方根值参数。

作为本发明装置的进一步改进：所述测量用加速度计为三轴向加速度计，所述控制用加速度计为单轴向加速度计。

作为本发明装置的进一步改进：所述控制用加速度计安装于在振动台的台面上，所述控制用加速度计安装于在振动台台面上靠近几何中心处；在夹具的每个固定点上均安装有所述测量用加速度计，所述控制用加速度计与测量用加速度计的测量方向应与振动台的正弦扫频激励方向保持一致。

本发明进一步提供一种采用上述振动试验夹具鉴定装置的鉴定方法，其步骤为：

（1）明确夹具鉴定的测试项目；

（2）根据振动试验大纲中所规定的振动试验频率范围来确定夹具鉴定时的正弦扫频的频率范围，为：f_min～1.5f_max，其中f_min和f_max分别为试验大纲所规定的振动试验最小频率和最大频率；

（3）将夹具固定在振动台的台面上；

（4）在振动台的台面上粘接单轴向的控制用加速度计，在夹具的每个固定点上均粘接三轴向的测量用加速度计，控制用加速度计粘接在振动台台面上靠近几何中心处，控制用加速度计与测量用加速度计的测量方向应与振动台的正弦扫频激励方向保持一致；

（5）设置好正弦扫频激励的参数；

（6）检查参数是否正确，确定整个夹具鉴定装置是否正常；

（7）开启振动试验夹具鉴定装置，按照步骤（5）所设置的试验参数进行正弦扫频激励；利用测量用加速度计测到夹具上各个固定点在X、Y、Z三个方向的响应加速度均方根值，记录其三个方向的加速度均方根值分别为：a_x、a_y、a_z；

（8）进行加速度传递特性测试与加速度正交运动测试；

（9）进行一阶共振频率测试；

（10）夹具鉴定合格判定；若一阶共振频率测试、加速度传递特性测试、加速度正交运动测试三个项目测试均合格，则夹具鉴定合格。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤（5）中的参数包括：（a）激励方式：正弦扫描；（b）扫描速率：0.5～2oct/min，对数扫描方式；或者0.2～10Hz/s，线性扫描方式；（c）扫描频率范围：f_min～1.5f_max；（d）扫描加速度均方根值：a_s=0.5～1g；（e）确保所设置的参数在正弦扫描激励时不超出振动台所允许的最大速度、最大位移、最大加速度值。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤（8）中，设振动台的正弦激励方向为X向，计算以下参数：

（a）

其中α_s为所设定的扫描加速度均方根值；α_x为在某一夹具上固定点测得的X向的响应加速度均方根值；

（b） ${\mathrm{\γ}}_y=\frac{{\mathrm{\α}}_y}{{\mathrm{\α}}_s};$

（c） ${\mathrm{\γ}}_z=\frac{{\mathrm{\α}}_z}{{\mathrm{\α}}_s};$

若求得的γ_x、γ_y、γ_z符合鉴定合格的依据的要求，则视为“加速度传递特性测试”和“加速度正交运动测试”合格。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤（9）中，取夹具上所有固定点中刚度最差的一点为激励时的响应点，测得其加速度响应谱，并测得测量点加速度响应谱中一阶共振点频率为f_g(Hz)；若f_g＞f_max，则一阶共振频率测试合格，其中f_g为所测得的夹具一阶固有频率，f_max为试验大纲所要求的最大试验频率。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的振动试验夹具鉴定装置及鉴定方法，结构简单紧凑、成本低廉、操作简便、鉴定效果好，能够很好地测得“振动台动圈+振动台台面+连接螺栓+夹具”所构成的多自由度系统的模态参数，这些参数与夹具在振动试验中的实际情况更为吻合，且这种装置简单，鉴定方法效率高，所获得的测试参数更为真实。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是本发明在具体应用时测量点的加速度响应谱示意图。

图3是本发明在具体应用时测量点X向加速度响应谱示意图。

图例说明：

1、振动台；2、振动控制仪；3、功率放大器；4、前置电荷放大器；5、计算机；6、测量用加速度计；7、控制用加速度计；8、夹具。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的振动试验夹具鉴定装置，包括：振动台1、振动控制仪2、功率放大器3、前置电荷放大器4、计算机5、测量用加速度计6、控制用加速度计7，形成完整的振动激励及测试系统。振动台1为执行机构，用来实现往复振动。计算机5将所设置的正弦扫频程序与参数（如扫描速率、扫频频率范围、扫频时的位移、加速度等）信号输入到振动控制仪2，振动控制仪2将数字信号转换成模拟电压信号输入到功率放大器3，经功率放大器3放大后驱动振动台1在按照确定的位移、加速度、速度、频率、扫描速率等实现往复振动。控制用加速度计7将所测量到的振动台1台面处的电荷信号（代表测量点的加速度值的电荷信号）反馈到前置电荷放大器4，前置电荷放大器4将接收的电荷信号转换成电压信号反馈到振动控制仪2；经过自动计算后，振动控制仪2将根据反馈的加速度信号调节输出给功率放大器3电压信号的强度，从而实现了对振动台1上振动加速度强度的控制，整套系统自动闭环控制，确保了正弦扫频激励的正确持续进行。

本实施例中，进一步包括测量用加速度计6；该测量用加速度计6的作用是测量夹具8上固定点在正弦扫频激励下的响应加速度均方根值，其中固定点是振动试验时，夹具8与试品之间的接触点。在进行夹具8鉴定时，需在夹具8上布置一个或多个测量用加速度计6，测量用加速度计6的电荷信号通过前置电荷放大器4转换成电压信号后输入到振动控制仪2内；经模数转换后在计算机5上显示出正弦扫频状态下的频响曲线，以及该测量点瞬态的加速度最大值和均方根值等参数。测量用加速度计6布置的位置点称为测量点，在正弦扫频激励下测量点处的加速度响应谱如图2所示。测量点的加速度响应谱对于夹具8的鉴定具有重要的作用。图2中的横坐标为频率（f，Hz），纵坐标为响应加速度值（g，1g=9.8m/s²）在某一对应频率（横坐标）都有对应的加速度值（纵坐标）。图2中的横、纵坐标均为对数坐标。

本发明进一步提供一种采用上述振动试验夹具鉴定装置的鉴定方法，其步骤为：

（1）明确夹具8鉴定的测试项目，在夹具8鉴定时，需完成一阶共振频率测试、加速度传递特性测试、加速度正交运动测试这三项测试。

（2）根据振动试验大纲中所规定的振动试验频率范围（f_min～f_max,Hz）来确定夹具8鉴定时的正弦扫频的频率范围为：f_min～1.5f_max，其中f_min和f_max分别为试验大纲所规定的振动试验最小频率和最大频率；

（3）采用上述振动试验夹具鉴定装置，将夹具8按照实际安装方式紧固在振动台1的台面上；

（4）在振动台1的台面上粘接单轴向的控制用加速度计7，在夹具8的每个固定点上均粘接三轴向的测量用加速度计6，控制用加速度计7尽量粘接在振动台1台面上靠近几何中心处。控制用加速度计7与测量用加速度计6的测量方向应与振动台1的正弦扫频激励方向保持一致。三轴向加速度计可以同时测量到固定点处在单向正弦激励下的X、Y、Z三个相互垂直方向的加速度值，假设其激励方向为X向，则Y、Z向为正交方向。

（5）在振动控制软件中设置好正弦扫频激励的参数，如：（a）激励方式：正弦扫描；（b）扫描速率：0.5～2oct/min(对数扫描方式)，或者0.2～10Hz/s（线性扫描方式）；（c）扫描频率范围：f_min～1.5f_max（见步骤2）；（d）扫描加速度均方根值：a_s=0.5～1g；（e）确保所设置的参数在正弦扫描激励时不超出振动台1所允许的最大速度、最大位移、最大加速度值。

（6）检查振动控制软件参数是否正确，确定整个夹具鉴定装置（图1所示）是否正常。

（7）开启振动试验夹具鉴定装置，使按照步骤（5）所设置的试验参数进行正弦扫频激励（扫频范围为f_min～1.5f_max）。利用测量用加速度计6测到夹具8上各个固定点在X、Y、Z三个方向的响应加速度均方根值，记录其三个方向的加速度均方根值分别为：a_x、a_y、a_z；

（8）进行加速度传递特性测试与加速度正交运动测试；

例如，设振动台1的正弦激励方向为X向，计算以下参数：

（a）

（α_s为所设定的扫描加速度均方根值，见以上步骤5；α_x为在某一夹具8上固定点测得的X向的响应加速度均方根值）；

（b） ${\mathrm{\γ}}_y=\frac{{\mathrm{\α}}_y}{{\mathrm{\α}}_s};$

（c） ${\mathrm{\γ}}_z=\frac{{\mathrm{\α}}_z}{{\mathrm{\α}}_s};$

若求得的γ_x、γ_y、γ_z符合下表1中“鉴定合格的依据”的要求，则视为“加速度传

递特性测试”和“加速度正交运动测试”合格。

表1

（9）进行一阶共振频率测试；

取夹具8上所有固定点中刚度最差的一点为激励时的响应点，测得其加速度响应谱如图3所示。参见图3，测得测量点加速度响应谱中一阶共振点频率为f_g(Hz)。图3中，根据峰值点出对应到横坐标上的频率值为50Hz，即为其一阶共振频率。若f_g＞f_max，一阶共振频率测试合格。其中f_g为所测得的夹具8一阶固有频率（见第步骤9），f_max为试验大纲所要求的最大试验频率（见步骤2）。

（10）夹具8鉴定合格判定；

若一阶共振频率测试、加速度传递特性测试、加速度正交运动测试等3个项目测试均合格，则夹具8鉴定合格。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种振动试验夹具鉴定装置，其特征在于，包括振动台（1）、振动控制仪（2）、功率放大器（3）、前置电荷放大器（4）、计算机（5）、控制用加速度计（7），所述计算机（5）将所设置的正弦扫频程序与参数信号输入到振动控制仪（2），所述振动控制仪（2）将数字信号转换成模拟电压信号输入到功率放大器（3），经功率放大器（3）放大后驱动振动台（1）在按照确定参数实现往复振动；所述控制用加速度计（7）将所测量到的振动台（1）台面处的电荷信号反馈到前置电荷放大器（4），所述前置电荷放大器（4）将接收的电荷信号转换成电压信号反馈到振动控制仪（2）；经计算后所述振动控制仪（2）将根据反馈的加速度信号调节输出给功率放大器（3）电压信号的强度，以对所述振动台（1）上振动加速度强度的控制。

2.根据权利要求1所述的振动试验夹具鉴定装置，其特征在于，还包括测量用加速度计（6），所述测量用加速度计（6）用来测量夹具（8）上固定点在正弦扫频激励下的响应加速度均方根值，其中固定点是振动试验时夹具（8）与试品之间的接触点；所述测量用加速度计（6）为一个以上，所述测量用加速度计（6）的电荷信号通过前置电荷放大器（4）转换成电压信号后输入到振动控制仪（2）内；经模数转换后在所述计算机（5）上显示出正弦扫频状态下的频响曲线，以及该测量点瞬态的加速度最大值和均方根值参数。

3.根据权利要求2所述的振动试验夹具鉴定装置，其特征在于，所述测量用加速度计（6）为三轴向加速度计，所述控制用加速度计（7）为单轴向加速度计。

4.根据权利要求2所述的振动试验夹具鉴定装置，其特征在于，所述控制用加速度计（7）安装于在振动台（1）的台面上，所述控制用加速度计（7）安装于在振动台（1）台面上靠近几何中心处；在夹具（8）的每个固定点上均安装有所述测量用加速度计（6），所述控制用加速度计（7）与测量用加速度计（6）的测量方向应与振动台（1）的正弦扫频激励方向保持一致。

5.一种采用上述权利要求1或2中振动试验夹具鉴定装置的鉴定方法，其特征在于，步骤为：

（1）明确夹具鉴定的测试项目；

（2）根据振动试验大纲中所规定的振动试验频率范围来确定夹具鉴定时的正弦扫频的频率范围，为：f_min～1.5f_max，其中f_min和f_max分别为试验大纲所规定的振动试验最小频率和最大频率；

（3）将夹具固定在振动台的台面上；

（4）在振动台的台面上粘接单轴向的控制用加速度计，在夹具的每个固定点上均粘接三轴向的测量用加速度计，控制用加速度计粘接在振动台台面上靠近几何中心处，控制用加速度计与测量用加速度计的测量方向应与振动台的正弦扫频激励方向保持一致；

（5）设置好正弦扫频激励的参数；

（6）检查参数是否正确，确定整个夹具鉴定装置是否正常；

（7）开启振动试验夹具鉴定装置，按照步骤（5）所设置的试验参数进行正弦扫频激励；利用测量用加速度计测到夹具上各个固定点在X、Y、Z三个方向的响应加速度均方根值，记录其三个方向的加速度均方根值分别为：a_x、a_y、a_z；

（8）进行加速度传递特性测试与加速度正交运动测试；

（9）进行一阶共振频率测试；

（10）夹具鉴定合格判定；若一阶共振频率测试、加速度传递特性测试、加速度正交运动测试三个项目测试均合格，则夹具鉴定合格。

6.根据权利要求5所述的鉴定方法，其特征在于，所述步骤（5）中的参数包括：（a）激励方式：正弦扫描；（b）扫描速率：0.5～2oct/min，对数扫描方式；或者0.2～10Hz/s，线性扫描方式；（c）扫描频率范围：f_min～1.5f_max；（d）扫描加速度均方根值：a_s=0.5～1g；（e）确保所设置的参数在正弦扫描激励时不超出振动台所允许的最大速度、最大位移、最大加速度值。

7.根据权利要求5所述的鉴定方法，其特征在于，所述步骤（8）中，设振动台的正弦激励方向为X向，计算以下参数：

（a）

其中α_s为所设定的扫描加速度均方根值；α_x为在某一夹具上固定点测得的X向的响应加速度均方根值；

（b） ${\mathrm{\γ}}_y=\frac{{\mathrm{\α}}_y}{{\mathrm{\α}}_s};$

（c） ${\mathrm{\γ}}_z=\frac{{\mathrm{\α}}_z}{{\mathrm{\α}}_s};$

若求得的γ_x、γ_y、γ_z符合鉴定合格的依据的要求，则视为“加速度传递特性测试”和“加速度正交运动测试”合格。

8.根据权利要求5所述的鉴定方法，其特征在于，所述步骤（9）中，取夹具上所有固定点中刚度最差的一点为激励时的响应点，测得其加速度响应谱，并测得测量点加速度响应谱中一阶共振点频率为f_g(Hz)；若f_g＞f_max，一阶共振频率测试合格，其中f_g为所测得的夹具一阶固有频率，f_max为试验大纲所要求的最大试验频率。

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