振動試驗系統夾具設計淺談

姜毅

摘 要：隨著科技的發展，振動測試試驗應用逐漸廣泛，而振動試驗夾具的設計應用也變得尤為重要。因為振動夾具的固有特性將直接影響測試試驗的結果，及樣品在試驗過程中所經歷的測試環境是否滿足標準的要求。

關鍵詞：固有頻率 夾具 振動試驗系統

前 言

對于精密復雜的振動試驗測試，振動夾具的固有特性及安裝樣品后的系統特性對測試控制的影響有著直接關系。振動夾具的第一階固有頻率應高于測試條件的上限頻率，這樣就會避免由夾具給測試帶來額外的影響，本文就具體的案例對此類問題進行探討。

在設計此類夾具過程中，我們不僅要考慮上述固有頻率應大于測試條件的上限頻率，還要考慮實際預算成本等此類諸多問題。以下為某電池工裝設計的案例：

1.工裝

1.1設計階段

依據最大沖擊條件與振動臺動圈、擴展臺面和產品質量計算出振動工裝最大質量不超過850kg。200Hz以內無諧振，放大倍數在8以內。

考慮夾具的結構主要以下：

該結構符合電池在車體中的安裝方式，安裝方便。若全部部件使用結構鋼其質量超出850kg，在強度滿足要求的情況下，考慮將該結構的上蓋材料更換為鋁合金方管，這樣既減輕了重量又可使工裝整體重心下移，使其質量分布更加合理。

1.2 仿真結果

1.2.1 模態分析

在試驗方向上出現的一階模態為垂向且其僅為222.89Hz，猜測在200Hz內可能存在頻段在此共振點的3db帶寬內，所以在模態基礎上進行諧響應分析，以放大因子最大的部分作為參考（即上部端蓋）。激勵參數為5-200Hz的垂向正弦信號，下工裝底面激勵，其值為50mm/

根據諧響應仿真結果，在垂向一階頻率的上升沿200Hz（未到共振點）的頻率點其放大因子Q=1458.5/50=29.16，其放大因子超出8，未達到要求。在此種情況下考慮增加上工裝橫梁處灌注阻尼材料，增加其結構阻尼，使放大因子下降到要求范圍內。而水平的兩個方向因其各個方向的一階頻率范圍超出200Hz較多，暫時不做考慮。

2.2.2 實測曲線

掃頻信號0.5g，振動臺與下夾具連接處輸入，頻率5-250Hz。（夾具上橫梁加阻尼材料處理之后）

由實測數據可知，在試驗的一階共振點與仿真數據較為吻合。最低頻率為216.2Hz，超出要求的200Hz。雖然共振點最大放大因子為23-37之間，但在試驗上限頻率200Hz的放大因子從仿真分析中20余倍將至圖中6dB線附近（最大為3.08g），放大倍數最大的點為E點Q==6.16倍（放大倍數在8倍之內控制儀均可將控制曲線控制在規定容差范圍內）達到了對工裝的要求。

結束語：根據測試條件的要求，憑借設計軟件進行模態分析，以此減輕設計的夾具既要滿足設計要求，也減輕的夾具質量。然后在振動試驗系統上驗證設計的實際效果。

參考文獻

[1] 孫曉潔，陳俊，王安柱，朱忠奎.大型振動臺夾具的模態分析及結構改進[A]蘇州：蘇州大學學報 2011.10：56-59

[2] 邢天虎等編著 力學環境試驗技術 西安：西北工業大學出版社 2003.9