可靠性测试-振动与冲击.ppt

一、振动 1、基本理论 振动的概念振动的概念 振动是（机械）系统中运动量（位移、速度振动是（机械）系统中运动量（位移、速度或加速度）的振荡现象，也就是说系统在平衡位或加速度）的振荡现象，也就是说系统在平衡位置附近的往复运动。置附近的往复运动。2、振动的分类 1)1)按振动输出特性，可分为按振动输出特性，可分为:简谐振动（可用正弦函数或余弦函数表述其简谐振动（可用正弦函数或余弦函数表述其 运动规律的振动）运动规律的振动）非简谐振动（不可用正弦函数或余弦函数来非简谐振动（不可用正弦函数或余弦函数来 表述其运动规律的振动）表述其运动规律的振动）随机振动（不能用简单的函数或简单的函数随机振动（不能用简单的函数或简单的函数组合来表述其运动规律，只能用统计方法来研究组合来表述其运动规律，只能用统计方法来研究其运动规律的非周期性的振动）其运动规律的非周期性的振动）简谐振动、非简谐振动的激励和响应都是时简谐振动、非简谐振动的激励和响应都是时间的确定函数。但自然界和工程中大量的振动现间的确定函数。但自然界和工程中大量的振动现象都是非确定的。例如：在不平路面上行驶的车象都是非确定的。例如：在不平路面上行驶的车辆振动、地震引起的结构振动等。它们的共同特辆振动、地震引起的结构振动等。它们的共同特征是激励和响应事先不能用确定的时间函数来描征是激励和响应事先不能用确定的时间函数来描述，这种响应为时间随机函数的振动称为随机振述，这种响应为时间随机函数的振动称为随机振动。动。2)2)按振动的物理机制分：按振动的物理机制分：自由振动自由振动 受迫振动受迫振动 参数振动参数振动 自激振动自激振动 3)3)按振动结构参数特性分：按振动结构参数特性分：线性振动线性振动 非线性振动非线性振动3、名词与术语 振荡：相对给定的参考系，一个随时间变化的量振荡：相对给定的参考系，一个随时间变化的量 值与其平均值相比，时大时小交替变化的值与其平均值相比，时大时小交替变化的 现象现象 基本周期：使一个周期量的值重复出现的自变量基本周期：使一个周期量的值重复出现的自变量 的最小增量。的最小增量。在振动情况下，自变量通常为时间。基本在振动情况下，自变量通常为时间。基本 周期通常称为周期周期通常称为周期振动：振动：（机械）系统中运动量的振荡现象（机械）系统中运动量的振荡现象固有频率：由系统本身的质量和刚度所决定的频率固有频率：由系统本身的质量和刚度所决定的频率响应：系统受外力或其它作用时的输出响应：系统受外力或其它作用时的输出周期振动：每经过相同时间间隔，其运动量值重复周期振动：每经过相同时间间隔，其运动量值重复 出现的振动出现的振动非周期振动：不是周期性的振动非周期振动：不是周期性的振动扫描：可变量（通常是频率）连续经过某一区间的扫描：可变量（通常是频率）连续经过某一区间的 过程过程激励：作用于系统，激起系统出现某种响应的外力激励：作用于系统，激起系统出现某种响应的外力 或其它输入或其它输入自由振动：去掉激励或约束之后所出现的振动自由振动：去掉激励或约束之后所出现的振动受迫振动：外部周期性激励所激起的稳态振动受迫振动：外部周期性激励所激起的稳态振动参数振动：外来的作用按一定规律引起系统参数参数振动：外来的作用按一定规律引起系统参数 （如摆长、弦、皮带张力、轴的截面惯性（如摆长、弦、皮带张力、轴的截面惯性 矩或刚度等）的变化而产生的振动矩或刚度等）的变化而产生的振动自激振动：在非线性机械系统内，由非振荡性能量自激振动：在非线性机械系统内，由非振荡性能量 转变为振荡激励所产生的振动转变为振荡激励所产生的振动阻尼：运动过程中系统能量的耗散作用阻尼：运动过程中系统能量的耗散作用幅值：正弦量的最大值。在振动中也称为振幅幅值：正弦量的最大值。在振动中也称为振幅峰值：在给定区域内某一量的最大值。振动量的峰峰值：在给定区域内某一量的最大值。振动量的峰 值一般取为该量与其平均值之间的最大偏差值一般取为该量与其平均值之间的最大偏差4、测试 1)1)概述概述 对于正弦振动试验，按频率的变化方式可对于正弦振动试验，按频率的变化方式可 分为定频振动、线性扫描、分段线性扫描、对分为定频振动、线性扫描、分段线性扫描、对 数扫描。数扫描。2)2)名词解释名词解释 定频扫描：即定在危险频率点上的振动，一定频扫描：即定在危险频率点上的振动，一 般方式为在某个频率范围内选定般方式为在某个频率范围内选定 若干个危险的频率点，每个点上若干个危险的频率点，每个点上 停留若干时间来振动。这种方法目前已较停留若干时间来振动。这种方法目前已较 少采用。少采用。线性扫描：线性扫描是在整个试验频率范围内的每个线性扫描：线性扫描是在整个试验频率范围内的每个 频率上的振动时间相同，常用于振动频率频率上的振动时间相同，常用于振动频率 范围较窄的场合，一般用于机械设备振动范围较窄的场合，一般用于机械设备振动 的场合。用这种方式进行扫频的缺点是：的场合。用这种方式进行扫频的缺点是：在高频段的每个频率上的振动次数太多，在高频段的每个频率上的振动次数太多，而在低频段的每个频率上的振动次数又太而在低频段的每个频率上的振动次数又太 少。少。分段线性扫描：分段线性扫描是将整个试验频率范围分段线性扫描：分段线性扫描是将整个试验频率范围 分成若干频率，然后在每个频段内线分成若干频率，然后在每个频段内线 性扫频。此法主要用在既要克服线性扫性扫频。此法主要用在既要克服线性扫 频的缺点，而又由于条件的限制不能进频的缺点，而又由于条件的限制不能进 行对数扫频的场合。行对数扫频的场合。对数扫频：是指在对数频率刻度上激励频率的变化对数扫频：是指在对数频率刻度上激励频率的变化 是均匀的扫频。其单位是是均匀的扫频。其单位是oct/minoct/min5.不良的对策 1)1)控制振源控制振源 旋转机械的平衡旋转机械的平衡.失衡所引起的离心惯性力失衡所引起的离心惯性力是是 旋转机构产生振动的主要原因，一般的处理是通过旋转机构产生振动的主要原因，一般的处理是通过 平衡来减少甚至消除这种振动。对于有一定要求的平衡来减少甚至消除这种振动。对于有一定要求的 电机、风扇等均应进行静、动平衡，以避免由于这电机、风扇等均应进行静、动平衡，以避免由于这 些机械所产生的不平衡振动对电子设备的影响。些机械所产生的不平衡振动对电子设备的影响。误差与间隙的控制误差与间隙的控制.机械装配中的误差或设机械装配中的误差或设计计 制造与使用所产生的过大间隙，会使机械在运动中制造与使用所产生的过大间隙，会使机械在运动中 产生碰撞，从而造成频带很宽的振动振源，常见的产生碰撞，从而造成频带很宽的振动振源，常见的 有轴承、继电器以及齿轮的振动。这类振动可通过有轴承、继电器以及齿轮的振动。这类振动可通过 控制间隙或误差来降低和消除。控制间隙或误差来降低和消除。2)2)振动的隔离振动的隔离 振源的隔离振源的隔离.对于本身是振源的机械，为了减对于本身是振源的机械，为了减 小它对其它部位的影响，可将它安装在隔振器上使小它对其它部位的影响，可将它安装在隔振器上使 其与其与 其它部位隔开。其它部位隔开。精密设备的隔离精密设备的隔离.对于必须在不受强烈振动下对于必须在不受强烈振动下 使用的电子设备，可将它们安装在振动隔离器上使使用的电子设备，可将它们安装在振动隔离器上使 其免受环境的影响。其免受环境的影响。3)3)控制响应控制响应 改变固有频率改变固有频率.当设备的固有频率与振源的振当设备的固有频率与振源的振 动频率接近时，则会产生共振，出现很大的振动动频率接近时，则会产生共振，出现很大的振动 响应。这种情况通常可通过改变设备的固有频率，响应。这种情况通常可通过改变设备的固有频率，避免谐振以减少振动。避免谐振以减少振动。增加能耗增加能耗.当激振力的频率不保持恒定，或当激振力的频率不保持恒定，或 具有一定带宽时，避开共振的做法就不能凑效。具有一定带宽时，避开共振的做法就不能凑效。这时可采用阻尼技术来增加系统的能耗以达到减这时可采用阻尼技术来增加系统的能耗以达到减 振的目的。如在设备中附加阻尼、采用高内阻材振的目的。如在设备中附加阻尼、采用高内阻材 料制造零件、选用阻尼好的结构形式、增加运动料制造零件、选用阻尼好的结构形式、增加运动 件的相对摩擦等。件的相对摩擦等。附加动力减振器附加动力减振器.在被减振的主振系统上附在被减振的主振系统上附 加适量的质量、弹簧和阻尼构成动力减振器。当加适量的质量、弹簧和阻尼构成动力减振器。当 主系统振动时，附加减振器也随之振动，通过设主系统振动时，附加减振器也随之振动，通过设 计使它作用在主系统上的力与激振力的方向相反，计使它作用在主系统上的力与激振力的方向相反，大小相近，以抵消作用在主系统上激振力的作用，大小相近，以抵消作用在主系统上激振力的作用，达到抑制主系统振动的目的。达到抑制主系统振动的目的。伺服控制伺服控制.根据自适应控制理论，采用一些特根据自适应控制理论，采用一些特殊的系统构造，主要为把振动响应自动反馈到控制殊的系统构造，主要为把振动响应自动反馈到控制系统中去，通过自动环节改变减振、隔离装置的参系统中去，通过自动环节改变减振、隔离装置的参数，从而达到减振、隔振目的。数，从而达到减振、隔振目的。二、冲击1、基本理论 冲击冲击的概念的概念 冲击是系统受到瞬态激励，其力、位移或速冲击是系统受到瞬态激励，其力、位移或速度、加速度发生突然变化的现象。例如仪器的跌度、加速度发生突然变化的现象。例如仪器的跌 落、机车的起动与刹车、运载工具的起动与制动落、机车的起动与刹车、运载工具的起动与制动 等等。等等。冲击破坏的机制冲击破坏的机制 猛烈短暂的冲击所形成的突变应力超过构件猛烈短暂的冲击所形成的突变应力超过构件 所能承受的弹性和塑性极限应力，造成结构破坏。所能承受的弹性和塑性极限应力，造成结构破坏。2、名词解释 连续冲击：试验所用的多次重复的冲击连续冲击：试验所用的多次重复的冲击 冲击脉冲：在短于系统固有周期的时间内发生的冲击脉冲：在短于系统固有周期的时间内发生的 以运动量或力的升降来表示的冲击激以运动量或力的升降来表示的冲击激 励形式励形式 矩形冲击脉冲：运动随时间变化的曲线呈矩形的矩形冲击脉冲：运动随时间变化的曲线呈矩形的 理想冲击脉冲理想冲击脉冲 半正弦冲击脉冲：运动随时间变化的曲线呈半正半正弦冲击脉冲：运动随时间变化的曲线呈半正 弦的理想冲击脉冲弦的理想冲击脉冲 后峰锯齿脉冲：运动随时间变化的曲线呈后峰锯后峰锯齿脉冲：运动随时间变化的曲线呈后峰锯 齿的理想冲击脉冲齿的理想冲击脉冲 响应：系统在受到冲击作用下的振动响应：系统在受到冲击作用下的振动 冲击激励：产生机械冲击的任意激励冲击激励：产生机械冲击的任意激励3、测试 1)1)测试条件测试条件.冲击激励函数不是周期性的，而是冲击激励函数不是周期性的，而是 时间的任意函数。一般分为阶跃型时间的任意函数。一般分为阶跃型 和脉冲型两类，通常用其峰值、持和脉冲型两类，通常用其峰值、持 续时间和波形来描述续时间和波形来描述4、不良的对策 冲击的持续时间与系统的固有周期相比很短，冲击的持续时间与系统的固有周期相比很短，设备在冲击下的响应是非稳态的、非随机的短暂设备在冲击下的响应是非稳态的、非随机的短暂 存在的运动，很难用什么函数来分析、采用什么存在的运动，很难用什么函数来分析、采用什么 参数法之类的手段来消除这种影响。一般应用的参数法之类的手段来消除这种影响。一般应用的 是用冲击隔离器来进行冲击隔离。是用冲击隔离器来进行冲击隔离。