機械可靠度試驗簡介
一、 振动试验
1.振动试验概要
振动试验是评估产品在运输及使用过程中承受振动环
境的适应能力，模拟产品可能遭遇的最严酷环境，为产品的设计验证，品质验证提供失效机理分析，失效统计，保证产品具有更高的可靠性水平。振动试验要求越来越多，其背景具体体现如下： 1.1 新材料，新工艺的应用。
1.2 整机小型化使元器件密集度更高，更容易受到外部振动影响。
1.3 便携式、车载、机载、航天、经济全球化的物流环境，产品使用环境已变得更
加苛刻和无法估计。
2.振动试验的分类。
振动是物体围绕平衡位置，作往复运动的一种运动形式。
通常用一些物理量（如位移、速度、加速度、频率等）随时间变化的函数式来表示振动时间历程。 2.1名詞述語：
载具——承载产品用的运输工具或平台。振动试验是一种以模拟载具的试验形
式，所以不同的载具表现出的振动特性各不相同，各种载具的振动环境如下：
註：振动试验不会因为产品之不同而有不同的振动试验规则，而是因为载具
不同而有不同的振动试验规则。
2.1.1车载——5---500Hz 汽车运输主要的振动来源于路况，发动机的转速,行驶
系统的激振力,这几个方面振动频宽在5——500Hz之间，但由于充气轮胎本身具有较强的减震能力，是一个较好的高频减震器，所以对产品作用能量大多在5——200Hz之间，而200-500Hz之间部分频宽存在的能量随着频率增加而衰减。如图一表示;
Acceleration Profile1.0x10-1Acceleration (g2/Hz)1.0x10-21.0x10-3Demand1.0x10-41101001000Frequency (Hz)HP Spectrum 1.vrpDemand: 2.2682 GControl: 0.0000 GLev. 1 Time: 0:00:00Total Time: 0:00:00Sep 15, 2003 10:55:03Output V RMS: 0.000Hewlett PackardSpectrum 1Shipping Unit < 图 一 >
2.1.2 船运——4---50Hz船运振动源来于水面的波浪，水的物理特性决定其振动频宽在4---50Hz之间。 如图二表示; Acceleration Profile1.0x101Acceleration (g2/Hz)1.0x1001.0x10-1Demand1.0x10-2110100Frequency (Hz)ASTM D 4169 Truck Level 3.vrpLev. 1 Time: 0:00:00Demand: 1.2727 GControl: 0.0000 GTotal Time: 0:00:00Sep 15, 2003 11:09:17Output V RMS: 0.000ASTM D 4169TruckAssurance Level 3 < 图 二 >
3.1.3空运——20---2000Hz空运振动源来自于飞机周围的空气扰流、喷射气体、气流、音爆、次音速，上述振动源通过机身结构或其他传递界质，传递到机载之产品上，频宽通常在20----2000Hz。如图三表示;
Acceleration Profile1.0x10-2Acceleration (g2/Hz)1.0x10-31.0x10-4Demand1.0x10-510100100010000Frequency (Hz)Lownav.vrpDemand: 1.0000 GControl: 0.0000 GLev. 1 Time: 0:00:00Total Time: 0:00:00Sep 15, 2003 11:00:27Output V RMS: 0.000 < 图 三 > 共振——一种振动能量放大现象，共振频率跟物体的刚度成正比，跟重量成反比。 每种电子产品因为材质，结构等因素之不同。而表现出来的抗振能力也有所不同，但都会有若干个共振点，但并不是所有的共振点都会对产品造成破坏。造成严重破坏的通常为第一阶、第二阶的共振，也就是说低频共振影响最为严重，所以每种系列产品也会根据一些本行业的统计数据、产品特点制订一些行业规范。 2.2振动又以振动规律来分类，振动基本分为以下几形式： 2.2.1 正弦振动.（sine sweep）正弦扫描是一种有规律、确定性的振动。在任何单一瞬间只有一个频率点的存在。一个完整的正弦规格，有四个基本条件。 （1）频率范围；如5---500Hz （2）控制条件：A(加速度)：V(速度)：D(位移) 三者关系：A=0.051f2D A----加速度G值 f----频率 Hz D----位移mm p-p （3）扫频速率；表示扫频速度的快慢程度. 扫频方式分二种: a)线性扫频(linear)Hz/min-------表A 线性扫频特点在于频宽内每个频率的停留时间都一样, 单位一般用Hz/min表示。 计算公式： n=( f1-f2)/t f1---扫频下限 f2---扫频上限 t---扫频时间 “ 一般在汽车零件试验中应用线性扫频较多” No. 1 2 Items Condition Force 0.25G Spec. Un-package , Fix on the table 3 4 5 6 Frequency Direction Time Cycle Time 5~30Hz X，Y，Z 3 minutes/each direction 1 minute 表A b)对数扫频(log)1oct/min---表B
对数扫频变化的特点是在指定频宽内扫频时,有低频较慢/高频较快,以对数方式变化,也就是停留在每个倍频的时间都一样，如：10-80Hz log swept ,10-20Hz,20-40Hz,40-80Hz每个倍频用的时间都为1Min （倍频是指：终止频率是起始频率的两倍，如：5--10Hz就是一个倍频，即1 octave, 5-10Hz需用1min去完成扫频,就是1oct/min） 计算公式：
n= {3.332*log (f2/f1)}/T
“电子产品99%都用对数扫频方式进行扫频试验” No. 1 2 4 5 6 7 Items Condition Frequency Direction sweep rate. Cycle Acceleration 0.25G(0-to-peak) 10 to 500 Hz X，Y，Z 0.25 octave / minute /each direction(依公式計算：總時間為42mins) 10 to 500 to 10 Hz/ each axis Spec. Un-package , Fix on the table Power: On 表B
低频共振破坏力最大,所以一般的电子产品都采用对数扫频方式,使产品在低频时,多停留时间,以筛选出有潜在缺陷的部品,扫频速率选定,尽可能慢,以便于试件有足够的时间来响应，IEC规程中一般要求 Swept rate ≤1 octave/min.
(4) 扫描时间：即单次扫频的持续时间:
正弦振动一般应用在研发过程中搜寻共振频率上,通过共
振频率的搜寻,来改善产品的结构和减振措施,反过来改变产品的共振频率.其目的是掌握产品的可靠性水平评估，为产品的标准化探讨试验及可靠性保证试验作前期的数据收集,以便于更好监控工艺流程。
2.2.2. 随机振动(RANDOM）随机振动是一个不确定性的振动模式,它在振动频宽内
的所有频率点都具有能量。也就是说在同一时间,频宽内的所有频率都在振动,随机振动和正弦振动有本质的不同,是不能用时间的确定性函数来描述的振动现象,根据傅里叶级数(Ftt)的基本理论,任何一个时间函数都可以用一组时间函数叠加起来,即可以将该振动信号分解成许多不同频率的谐波分量即；
随机振动有三个重要的参数:
(1)频宽是指试件随机振动的频率范围.
(2)功率频谱密度(PSD);也叫加速度谱密度(ASD) :表示试验中输给试件的能量随着频率分布,常用单位:G2/Hz.即单位频率所拥有的平均能量。 随机振动试验主要通过控制能量来控制振动的量级,而“能量”这抽象化概念，在振动试验中也可以通过较为容易理解的物理量，如:速度
(V）.侧面来了解振动，运动的物品具有动能（1/2MV2）与运动速度有着明显的关系，而加速度跟速度成正比，加速度与速度具有同样的物理属性，所以振动控制就采用相应的物理量（G2）来表示能量。
(3)持续时间：连续振动的总时间长度。
随机振动中已知频宽.功率频谱密度这两个条件，就可以根据相关运算公式，得到均方根加速度值(振动量级) 例：0.731Grms 如图四表示:
Acceleration Profile1.0x10-11.0x10-2Acceleration (g2/Hz)1.0x10-31.0x10-4Demand1.0x10-51101001000Frequency (Hz)ASTM D 4169 Truck Level 1.vrpLev. 1 Time: 0:00:00Demand: 0.7310 GControl: 0.0000 GTotal Time: 0:00:00Sep 15, 2003 12:32:13Output V RMS: 0.000ASTM D 4169TruckAssurance Level 1 < 图 四 > 註：总均方根加速度（Grms），只作为估算推力F的参数，在振动试验中没有任何物理意义,只是一个演算的结果，即曲线包围的面积。振动的严酷度，要看能量在随频率的分布的谱域图；如图表示: Acceleration Profile1.0x10-1Acceleration (g?Hz)1.0x10-21.0x10-3Demand1.0x10-4101001000Frequency (Hz)ASTM D 4169 Truck Level 3.vrpLev. 1 Time: 0:00:00Demand: 2.9990 GControl: 0.0000 GTotal Time: 0:00:00Sep 15, 2003 12:21:22Output V RMS: 0.000
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