振動夾具的改進方法淺析

劉　丹（中航工業南京中心,南京210000）

振動夾具的改進方法淺析

劉丹
（中航工業南京中心,南京210000）

在航空產品的研制與生產過程中，必須要進行質量一致性試驗的鑒定，以此發現產品在結構、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，使產品達到合格要求。在做振動試驗的過程中，由于不了解振動夾具的基本要求，設計不合理，無法正常通過試驗。試驗過程中夾具設計的不合理、安裝使用方法不正確，都容易發生“欠振動”或者“過振動”的情況，有時候就算勉強負荷控制普的要求，也避免不了加重振動系統的負荷，當振動臺的動態響應范圍比較小的時候，這樣就會更加能夠看出矛盾所在。因此，夾具在振動試驗中是一個極為重要的因素，能否成功試驗、能否得到可信的試驗結果，夾具的設計、制造及安裝使用等方面對其有著很大的影響。

夾具；振動；改進方法

夾具在振動試驗中是一個極為重要的因素，能否成功試驗、能否得到可信的試驗結果，夾具的設計、制造及安裝使用等方面對其有著很大的影響。

1　夾具的選材及重量

（1）在做振動試驗過程中，當激振頻率提高時，振動系統的運動就不再像一個物體那樣，同時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，結合以上兩點，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公式可以用來計算重量（包括動圈）的最大許用載荷，其中W指的是總負荷（包括動圈、工裝夾具還有活門的重量），F指的是振動臺的推力，A指的是加速度。但是用此公式計算出來的只是一個理論上的數值，然而高頻掃頻振動試驗能否順利完成，還有其他因素的作用，例如：最大載荷需要比許用載荷小，共振夾具與產品之間的重量關系等。另外重量估算是建立在不發生夾具共振的基礎上的，是一種理想情況，實際情況應當留有一定的裕度；工裝夾具的重量應盡可能的大于產品的重量，對高頻振動有一定的好處，推薦夾具重量為試件重量的2～4倍。可以看出對于質量比較重的產品，例如電機，用大推力的振動臺控制從可靠性和完成效果來說都會更好。長時間的鑒定試驗和定期試驗對控制系統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：一是振動臺臺面的大小尺寸，也就是振動臺臺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。二是產品自身的尺寸大小。滿足了以上的兩個條件后，夾具的大小尺寸能做到越小則越好。

（4）一般來說，夾具的固定連接點可以分為兩類，即夾具與振動臺之間的固定連接點，和夾具與產品之間的固定連接點，這兩者都要達到要求。具體要求如：每個固定點產生的正弦波不能有相位差，即每個固定點要幾乎同相并沿直線運動；產品在實際運用中的振動輸入點，其實就是在試驗時夾具固定器件的固定處，定位和安裝產品是否合理，要按照技術條件來確定。比如說：低剛度夾具在定頻試驗條件下尚可以有效控制，但在寬頻隨機振動中將會產生過試驗，影響試驗結果。

2　夾具的制造方法

夾具的制造方法也會影響到試驗的結果。一個優秀、可靠的試驗夾具，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，鑄造的優點是適用各種復雜表面和一次成形。一般來說，結構比較簡單的振動夾具，會使用鑄造法，為了提高夾具的剛度，往往會有比較多的加強筋板，這樣的情況，如果換做其它的方法，就會很復雜，夾具很可能被損害。

2.2焊接法

焊接法的優點是加工周期短、經濟實用，而且振動試驗中夾具的焊接結構件的強度能達到原材料強度的80%以上。因為振動臺夾具的強度要求比較高，所以夾具設計時要考慮到夾具的強度，焊接法則比較適合運用于此。運用焊接法制造夾具時，要考慮到焊縫形式、焊接工具的選擇，連續焊縫的惰性氣體保護焊一般使用較多，因為它可以保證焊接的質量，防止在振動試驗時，焊縫處斷裂。其次，我們還需考慮夾具焊后的熱處理和機加工，因為焊接后的夾具的結構之間會有殘余的內應力和變形，然而若使用熱處理和機加工，則會有效減小這種影響。

2.3螺接法

螺接法的特點是快捷、簡單、經濟、互換性強，在夾具制造上，螺接有的時候是唯一的解決方法。在只用螺接法制造夾具時，大致要考慮以下兩方面，即螺栓連接的兩個配合面之間要有較高的配合精度，以及螺栓的預緊力要大于靜載荷下計算的預緊力，因為如果預緊力不夠，部件之間會分開而相互撞擊，振動的強度便很難把握，夾具或試件會因此被破壞。

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

3　夾具的驗證

一個夾具設計完成后，我們組要對夾具的各反面參數和指標進行測試，以確定其是否能夠滿足我們的要求。

3.1測試方法

電磁振動臺是一套具有自動數字檢測控制的系統，我們可以利用不同的檢測通道來完成對夾具的測定。我們可以在夾具的不同位置裝上檢測傳感器，記錄下測試點和控制點在各個頻率點的對應加速度值，然后應用圖表法可以清楚的比較出兩者之間的誤差大小；最后根據判定的標準就可以判定夾具的設計制作是否成功。

3.2夾具的判定依據

振動夾具在每個軸向振動之前應進行共振測試，控制點選擇在振動試驗臺與夾具結合點附近，測量點選擇在產品與夾具的結合點附近，在（10～2000）Hz范圍內，進行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，諧振頻率指大于4倍的輸入加速度峰值的相應峰值。若諧振頻率過大或過多，應考慮對夾具進行改進，重新進行共振測試。

[1]胡波，何林．振動試驗夾具的設計[J]．電子產品可靠性與環境試驗，2005,23(03):45-48．

[2]朱姝，常志剛.振動沖擊試驗夾具設計技術研究與實踐[J].環境技術,2009,27(03):14-19.