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（整期优先）网络出版时间：2023-05-04

作者: 崔超王香芹詹大桂

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正弦振动实验方法及参数设定

崔超 ,王香芹,詹大桂

摘要：本文对机电设备正弦振动实验中的相关问题进行了讨论，并对试验参数进行分析。

关键词：振动；固有频率；模态；参数

Sinusoidal vibration test method and parameter setting

Cui Chao, Wang Xiangqin,Zhan Da Gui

Abstract: This paper discusses the relevant problems in the sine vibration experiment of electromechanical equipment, and analyzes the test parameters.

Key words: vibration, natural frequency, mode, parameter

1前言：

振动是物体相对于平衡位置所作的往复运动，它是机电设备普遍的运动形式。振动对设备的影响有：结构损坏，如结构变形、产品断裂。振动对设备的另外一个影响是功能失效或者性能降低，造成工作失灵或稳定性丧失。

通常振动试验根据施加的振动载荷类型分为正弦振动试验和随机振动试验。正弦振动是物体的运动随时间按正弦函数变化的运动。

本文结合GB/T 30549-2014永磁交流伺服电动机通用技术条件、GB/T 2423.10-2019 环境试验第2部分：试验方法试验FC：振动（正弦）对电机振动实验展开探讨。

试验条件和设备选择

机座号	振动频率HZ	振幅或加速度	扫频次数	每一轴线振动时间min
＜＝120	10-150	0.35mm或50m/s2	10	30
120-320		0.175 mm或25m/s2
＞320		产品专用技术条件规定
指交越频率以下的位移幅值和交越频率以上的加速度值，交越频率57HZ～62HZ之间。

2振动实验台

原理：电动机振器将电能转化为机械能，将导电线圈至于恒定磁场产生力，推动固定受试件的台面。如图1所示。

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图1 振动台示意图

试验台由支撑受试件的台面、动圈、绕组、励磁线圈、机座、各种安全装置等。试验过程中可根据公式选择合适的台面。

F=(m0+m1+m2+m3)a

F:试验台提供的推力、m0：动圈质量、m1：夹具质量、m2：被测样件质量、m3：台面质量、a：加速度幅值

根据公式不同质量的样件选择合适的台面。

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图2 振动试验实物图

3试验样件安装

试验台面上有很多安装螺纹孔，样件上也有安装孔，一般两者孔不一致，需要夹具连接，夹具将振动动力传递到样件上。因为夹具自身也有共振频率，如果试验过程中，夹具出现共振，传递到样件会出现失真，所以在试验前应对夹具进行振动响应检查，保证夹具自身的共振频率要大于试验规定的最大频率。

基于ABAQUS有限元分析软件建立三维夹具模型，夹具

用灰铸铁材料，参数如下

材料	弹性模量/Pa	泊松比	密度kg/m3
灰铸铁HT200	1.22e11	0.25	7800

模型的前5阶固有频率和模态如图3-4所示。

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图3 前5阶固有频率

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图4 前5阶振动模态

夹具固有频率大于试验频率，满足要求。夹具与振动台面的连接螺栓要求有足够的强度和刚度，保证试验的传递特性，因此螺栓的固有频率也应不低于试验最大频率fH。

＞fH

螺栓刚度k，连接螺栓面积A代入上面公式

＞(2fH)2

n：螺栓个数、d：螺栓直径、l：螺栓有效长度、fH：最大频率、m：夹具和样件总质量、E:材料弹性模量。

4控制传感器安装

控制传感器应安装在控制点上，用来采集反馈信号，测量样件运动和验证试验要求，控制点可以选择样件与夹具分离面上，排除夹具对振动传递的影响，也可以选择夹具和振动台面上，因为好控制，但夹具的影响会传递到样件上，也可以在样件上安装采集传感器，分析夹具的影响。控制传感器安装应用螺钉固定，防止干扰，加速度计下面安装绝缘块，试验时也可用502胶水粘结。

5 振动台参数设置

正弦扫描设置首先设置频率上下限、扫描次数、扫描速率（oct/min）、设置扫频模式线性或对数扫描。

确定交越点，设置试验段类型：定位移或定加速度。设置压缩率，压缩速度快，外界变化时，控制仪器迅速反应改变输出，会导致振动台不振，如果压缩率太慢，会导致超差，选择自适应。

正弦扫频试验分为线性扫频和对数扫频两种方式。线性扫描频率变化是线性的，在很短时间内完成全部量程。对数扫频的频率变化是按照对数变化，扫描速率oct/min，在低频部分扫描得慢，高频部分扫的快。对数扫描时间或扫描速率的计算为：

n= ，其中n：倍频程、fH:上限频率、fL下限频率

本次试验频率要求10～150 HZ，扫描时间30min，求得扫描速率n===3.90688 oct；R==1.302 oct/min。

产品在频率范围内无共振点，或存在多个不明显谐振点，要进行耐扫频试验。其中要确定要交越点，交越点是正弦振动曲线上的转折点，交越频率是将振动特性从一种关系变道另一种关系的频率，正弦振动试验可以规定一个交越点，也可以规定多个交越点，标准中有的给出交越频率，有个给出位移幅值和加速度，就可以计算出交越频率，公式 a=0.004f

2。例如本次试验a=2.5m/s2、s=0.0875,求得f=84HZ。

对于有一个交越点的试验，一般交越点频率以下选择定位移，交越点频率以上选择定加速度。因为低频时，加速度小，位移幅值大；高频时，位移幅值小，加速度大。本次试验参数设定如下图5-6。

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