振動(dòng)夾具的改進(jìn)方法淺析

劉　丹（中航工業(yè)南京中心,南京210000）

振動(dòng)夾具的改進(jìn)方法淺析

劉丹
（中航工業(yè)南京中心,南京210000）

在航空產(chǎn)品的研制與生產(chǎn)過程中，必須要進(jìn)行質(zhì)量一致性試驗(yàn)的鑒定，以此發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、工藝、元器件等方面是否存在問題或缺陷，如果存在問題或缺陷，則采取措施加以改進(jìn)，使產(chǎn)品達(dá)到合格要求。在做振動(dòng)試驗(yàn)的過程中，由于不了解振動(dòng)夾具的基本要求，設(shè)計(jì)不合理，無法正常通過試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中夾具設(shè)計(jì)的不合理、安裝使用方法不正確，都容易發(fā)生“欠振動(dòng)”或者“過振動(dòng)”的情況，有時(shí)候就算勉強(qiáng)負(fù)荷控制普的要求，也避免不了加重振動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)荷，當(dāng)振動(dòng)臺(tái)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍比較小的時(shí)候，這樣就會(huì)更加能夠看出矛盾所在。因此，夾具在振動(dòng)試驗(yàn)中是一個(gè)極為重要的因素，能否成功試驗(yàn)、能否得到可信的試驗(yàn)結(jié)果，夾具的設(shè)計(jì)、制造及安裝使用等方面對(duì)其有著很大的影響。

夾具；振動(dòng)；改進(jìn)方法

夾具在振動(dòng)試驗(yàn)中是一個(gè)極為重要的因素，能否成功試驗(yàn)、能否得到可信的試驗(yàn)結(jié)果，夾具的設(shè)計(jì)、制造及安裝使用等方面對(duì)其有著很大的影響。

1　夾具的選材及重量

（1）在做振動(dòng)試驗(yàn)過程中，當(dāng)激振頻率提高時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)就不再像一個(gè)物體那樣，同時(shí)其中一些零件的共振開始變大。阻尼大，則共振變大值低，反之阻尼越小，共振放大值越高。我們都知道，鋁合金和鎂的阻尼性比鋼的阻尼性好。另外控制固有頻率的另一個(gè)因素，材料密度越小，固有頻率可以越高，鋁的密度和鎂的密度都小于鋼的密度，結(jié)合以上兩點(diǎn)，鋁合金材料和鎂在制作工裝夾具上，比鋼材料有著明顯的優(yōu)越性，其可以讓我們獲得更高的固有頻率。

（2）W=FA公式可以用來計(jì)算重量（包括動(dòng)圈）的最大許用載荷，其中W指的是總負(fù)荷（包括動(dòng)圈、工裝夾具還有活門的重量），F(xiàn)指的是振動(dòng)臺(tái)的推力，A指的是加速度。但是用此公式計(jì)算出來的只是一個(gè)理論上的數(shù)值，然而高頻掃頻振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芊耥樌瓿桑€有其他因素的作用，例如：最大載荷需要比許用載荷小，共振夾具與產(chǎn)品之間的重量關(guān)系等。另外重量估算是建立在不發(fā)生夾具共振的基礎(chǔ)上的，是一種理想情況，實(shí)際情況應(yīng)當(dāng)留有一定的裕度；工裝夾具的重量應(yīng)盡可能的大于產(chǎn)品的重量，對(duì)高頻振動(dòng)有一定的好處，推薦夾具重量為試件重量的2～4倍。可以看出對(duì)于質(zhì)量比較重的產(chǎn)品，例如電機(jī)，用大推力的振動(dòng)臺(tái)控制從可靠性和完成效果來說都會(huì)更好。長(zhǎng)時(shí)間的鑒定試驗(yàn)和定期試驗(yàn)對(duì)控制系統(tǒng)的均衡性要求也更高。

（3）確定夾具的大小尺寸，要考慮以下兩方面因素：一是振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的大小尺寸，也就是振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上的固定孔和螺栓之間的間距大小以及它們各自的尺寸。二是產(chǎn)品自身的尺寸大小。滿足了以上的兩個(gè)條件后，夾具的大小尺寸能做到越小則越好。

（4）一般來說，夾具的固定連接點(diǎn)可以分為兩類，即夾具與振動(dòng)臺(tái)之間的固定連接點(diǎn)，和夾具與產(chǎn)品之間的固定連接點(diǎn)，這兩者都要達(dá)到要求。具體要求如：每個(gè)固定點(diǎn)產(chǎn)生的正弦波不能有相位差，即每個(gè)固定點(diǎn)要幾乎同相并沿直線運(yùn)動(dòng)；產(chǎn)品在實(shí)際運(yùn)用中的振動(dòng)輸入點(diǎn)，其實(shí)就是在試驗(yàn)時(shí)夾具固定器件的固定處，定位和安裝產(chǎn)品是否合理，要按照技術(shù)條件來確定。比如說：低剛度夾具在定頻試驗(yàn)條件下尚可以有效控制，但在寬頻隨機(jī)振動(dòng)中將會(huì)產(chǎn)生過試驗(yàn)，影響試驗(yàn)結(jié)果。

2　夾具的制造方法

夾具的制造方法也會(huì)影響到試驗(yàn)的結(jié)果。一個(gè)優(yōu)秀、可靠的試驗(yàn)夾具，其制造方法大致包括鑄造、焊接和螺接三種。無論是哪種制造方法，都要遵循先鑄造，再焊接，最后選擇螺接的原則。

2.1鑄造法

鑄造是夾具制造的第一步，鑄造的優(yōu)點(diǎn)是適用各種復(fù)雜表面和一次成形。一般來說，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的振動(dòng)夾具，會(huì)使用鑄造法，為了提高夾具的剛度，往往會(huì)有比較多的加強(qiáng)筋板，這樣的情況，如果換做其它的方法，就會(huì)很復(fù)雜，夾具很可能被損害。

2.2焊接法

焊接法的優(yōu)點(diǎn)是加工周期短、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，而且振動(dòng)試驗(yàn)中夾具的焊接結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度能達(dá)到原材料強(qiáng)度的80%以上。因?yàn)檎駝?dòng)臺(tái)夾具的強(qiáng)度要求比較高，所以夾具設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到夾具的強(qiáng)度，焊接法則比較適合運(yùn)用于此。運(yùn)用焊接法制造夾具時(shí)，要考慮到焊縫形式、焊接工具的選擇，連續(xù)焊縫的惰性氣體保護(hù)焊一般使用較多，因?yàn)樗梢员ＷC焊接的質(zhì)量，防止在振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，焊縫處斷裂。其次，我們還需考慮夾具焊后的熱處理和機(jī)加工，因?yàn)楹附雍蟮膴A具的結(jié)構(gòu)之間會(huì)有殘余的內(nèi)應(yīng)力和變形，然而若使用熱處理和機(jī)加工，則會(huì)有效減小這種影響。

2.3螺接法

螺接法的特點(diǎn)是快捷、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、互換性強(qiáng)，在夾具制造上，螺接有的時(shí)候是唯一的解決方法。在只用螺接法制造夾具時(shí)，大致要考慮以下兩方面，即螺栓連接的兩個(gè)配合面之間要有較高的配合精度，以及螺栓的預(yù)緊力要大于靜載荷下計(jì)算的預(yù)緊力，因?yàn)槿绻A(yù)緊力不夠，部件之間會(huì)分開而相互撞擊，振動(dòng)的強(qiáng)度便很難把握，夾具或試件會(huì)因此被破壞。

除此之外，環(huán)氧樹脂整體成形、灌蠟封裝和泡沫塑料大阻尼也是夾具制造的重要方法。

3　夾具的驗(yàn)證

一個(gè)夾具設(shè)計(jì)完成后，我們組要對(duì)夾具的各反面參數(shù)和指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，以確定其是否能夠滿足我們的要求。

3.1測(cè)試方法

電磁振動(dòng)臺(tái)是一套具有自動(dòng)數(shù)字檢測(cè)控制的系統(tǒng)，我們可以利用不同的檢測(cè)通道來完成對(duì)夾具的測(cè)定。我們可以在夾具的不同位置裝上檢測(cè)傳感器，記錄下測(cè)試點(diǎn)和控制點(diǎn)在各個(gè)頻率點(diǎn)的對(duì)應(yīng)加速度值，然后應(yīng)用圖表法可以清楚的比較出兩者之間的誤差大小；最后根據(jù)判定的標(biāo)準(zhǔn)就可以判定夾具的設(shè)計(jì)制作是否成功。

3.2夾具的判定依據(jù)

振動(dòng)夾具在每個(gè)軸向振動(dòng)之前應(yīng)進(jìn)行共振測(cè)試，控制點(diǎn)選擇在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)與夾具結(jié)合點(diǎn)附近，測(cè)量點(diǎn)選擇在產(chǎn)品與夾具的結(jié)合點(diǎn)附近，在（10～2000）Hz范圍內(nèi)，進(jìn)行2g的正弦掃頻，（10～2000～10）Hz，掃描速率為1.0oct/min，確定諧振頻率和放大系數(shù)，諧振頻率指大于4倍的輸入加速度峰值的相應(yīng)峰值。若諧振頻率過大或過多，應(yīng)考慮對(duì)夾具進(jìn)行改進(jìn)，重新進(jìn)行共振測(cè)試。

[1]胡波，何林．振動(dòng)試驗(yàn)夾具的設(shè)計(jì)[J]．電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2005,23(03):45-48．

[2]朱姝，常志剛.振動(dòng)沖擊試驗(yàn)夾具設(shè)計(jì)技術(shù)研究與實(shí)踐[J].環(huán)境技術(shù),2009,27(03):14-19.