移動器和振動臺：同步多軸測試超越順序軸方法

同步多軸振動測試正在撼動測試世界 - 并擊敗了更常見的順序軸振動方法。

大多數(shù)工程師都很容易同意，“現(xiàn)實世界”的振動很可能是多軸的。他們還同意，飛機，導彈，火箭，陸地車輛和船舶必須同時在X，Y和Z的多個軸上動搖所有機上電子和其他硬件。在他們自己的駕駛汽車或乘坐飛機，公共汽車或火車的經驗中，他們感受到了多軸輸入。當他們第一次接觸軍事和其他振動測試程序時，大多數(shù)工程師對古老的實驗室順序或單軸一次振動的做法感到驚訝。

然而，隨著新的測試方法527在多激振子測試中出現(xiàn) - 它出現(xiàn)在古老的軍事標準810國防部環(huán)境工程考慮測試方法標準的最新“G”修訂版中 - 工程師最終會找到一些激勵來同時而不是連續(xù)的多軸振動軍用嵌入式系統(tǒng)。

振動臺組成的陣列同時對測試項目進行南北、東西和上下振動。（由密歇根州雷德福市頻譜技術公司提供）

雖然本討論強調汽車和汽車測試，主要是因為讀者可能熟悉汽車，但提出的概念也適用于測試各種軍事和商業(yè)陸地，海上和空中車輛。本文綜述了一次單軸或順序振動，并探討了多軸振動的優(yōu)勢 - 在相對較低的測試頻率下伺服液壓，在較高的測試頻率下以電動方式進行。這些優(yōu)點不僅適用于功率譜密度方面的常規(guī)“頻域”測試，也適用于力或加速度與時間的關系的“時域”測試。

伺服液壓單軸和多軸振動

機械振動臺受到沖程和頻率的限制。因此，對幾英寸行程振動頻率的需求促使開發(fā)了伺服液壓（電動閥高壓，油驅動）振動器，各種尺寸的執(zhí)行器，用于紙箱或包裝貨物的托盤負載的運輸振動測試。頻率范圍有些限制;然而，伺服液壓振動臺很少在500 Hz以上使用。許多從未在200 Hz以上使用過。但是，汽車測試工程師長期以來一直使用四個這樣的執(zhí)行器來垂直搖動測試平臺，該平臺代表軌道車或將新車從工廠運送到經銷商的汽車。

然而，這種系統(tǒng)的先驅用戶對單軸振動并不滿意。他們無法在實驗室中復制運輸完成的汽車時發(fā)生的所有損壞（例如組件松動和零件丟失）。幸運的是，一些工程師認識到，他們可以改變驅動四個振動臺上伺服閥的電信號之間的相位。然后，他們的測試平臺可以滾動和俯仰以及垂直搖晃。添加更多的搖床（橫向和前后搖床）可以實現(xiàn)另外兩個平移以及偏航：六個平臺運動。這種多軸振動實驗室測試平臺可以代表一個熟悉的景象：專用鐵路車輛將完成的汽車從工廠運送到經銷商處。該實驗室可以識別潛在的“運輸中”故障，從而導致汽車重新設計和/或制造變更，例如懸架附件襯套的加固。

那么，對于正在使用的車輛，道路和越野地形輸入呢？對于這些測試，陸地車輛開發(fā)人員搖動各個車輪。通常，總共使用12個伺服液壓振動臺。請注意，此類測試需要大量的實驗室區(qū)域。一家伺服液壓振動臺制造商將六臺這樣的振動臺放入一個空心鋼立方體中，使立方體同時在六個軸上搖晃。一輛停在四個這樣的立方體上的汽車占用的實驗室空間很小?；蛘咭粋€這樣的立方體可以多軸搖晃許多汽車組件和/或嵌入電子設備的汽車部分。

軍用電動同步多軸振動

為了在更高的測試頻率（通常為1，000或2，000 Hz）下晃動微電子和其他小型組件，必須開發(fā)電動力（位于強磁場中的線圈中的交流電 - 類似于揚聲器）振動器。

軍用標準810測試方法514的常見測試實驗室解釋是連續(xù)單軸一次振動。在大多數(shù)測試實驗室中，工程師從未見過甚至考慮過同時進行多軸振動。然而，有幾起軍事硬件在現(xiàn)場發(fā)生故障的事件，但這些故障無法在實驗室中復制。很少有軍事實驗室獲得資金來增加兩個電動振動臺：

美國陸軍在馬里蘭州阿德菲和新墨西哥州白沙試驗場

美國海軍在華盛頓州基波特

猶他州奧格登附近的美國空軍

因此，現(xiàn)在可以同時激發(fā) X、Y 和 Z 軸。在其中一些情況下，出現(xiàn)了隱藏的故障模式。這是軍用標準810G在多勵磁器測試中采用新測試方法527的最大動機。

另一個動機是經濟的：更快，一個測試而不是三個，一個附件夾具而不是三個設計和制造。有趣的是，汽車多軸振動是日本汽車制造商測試實驗室的常見做法。一些日本振動臺制造商提供多個電動振動臺陣列，有點類似于圖1。它們在將三個振動臺連接到一個公共負載的方式上有所不同，如圖 2 所示。

圖 2：有效負載適配器接受來自三個電動振動臺的相互垂直輸入。（由IMV公司提供，日本大阪）

北美只有一個獨立的環(huán)境測試實驗室提供2，000 Hz的同步多軸振動測試：密歇根州雷德福的頻譜技術公司。STI為軍事，汽車和其他硬件制造商提供這些服務。在那里舉行的偶爾培訓使用圖1所示的系統(tǒng)來演示同步多軸振動測試。

時域復制：連續(xù)頻譜測試的替代方案

國內外的軍事和其他測試標準通常告訴測試人員收集和使用自己的數(shù)據，而不是使用提供的光譜。因此，一些汽車STI客戶收集自己的越野或越野振動數(shù)據。他們可能會安裝“三軸”加速度計，或者他們可能會在感興趣的位置適當?shù)匕惭b三個單軸加速度計。它們收集加速數(shù)據并將其保存在時域中，為時域復制（TDR）測試做好準備。

在前面描述的連續(xù)頻譜測試下，他們的“時域”數(shù)據（毫伏與時間的關系）將被時間平均，然后傅里葉在頻域中轉換為頻譜。光譜將由操作員用鍵盤輸入到數(shù)字振動臺控制器中。需要數(shù)模轉換來為每個功率放大器開發(fā)一個信號，以驅動其電動振動臺。每個振動臺的運動在光譜上都符合其要求。不幸的是，該時間平均大大減少了振動臺對短暫嚴重事件的再現(xiàn)，例如偶爾的高速公路顛簸或卡盤孔。那些短暫的事件總是在震動運動中代表性不足。

TDR避免了這種平均，并且被認為可以更好地再現(xiàn)休克事件。三個加速度信號保持在時域中，無需時間平均即可傳遞到每個功率放大器和每個振動臺。TDR的另一個術語是道路負載信號復制。

同步多軸振動的未來

在未來幾年，越來越多的測試實驗室將“同時使用多軸”，盡管會有關于所需投資的抱怨。早在20世紀50年代，用戶首次購買電動振動臺時就提出了類似的抱怨。一旦安裝和使用，第一臺搖床在測試的產品中發(fā)現(xiàn)了如此多的弱點，以至于搖床很快就每天24小時使用。然后很快購買了額外的搖床。該模式將重復同時進行多軸振動。

審核編輯：郭婷