同步多軸振動(dòng)測(cè)試正在撼動(dòng)測(cè)試世界 - 并擊敗了更常見(jiàn)的順序軸振動(dòng)方法。

大多數(shù)工程師都很容易同意，“現(xiàn)實(shí)世界”的振動(dòng)很可能是多軸的。他們還同意，飛機(jī)，導(dǎo)彈，火箭，陸地車(chē)輛和船舶必須同時(shí)在X，Y和Z的多個(gè)軸上動(dòng)搖所有機(jī)上電子和其他硬件。在他們自己的駕駛汽車(chē)或乘坐飛機(jī)，公共汽車(chē)或火車(chē)的經(jīng)驗(yàn)中，他們感受到了多軸輸入。當(dāng)他們第一次接觸軍事和其他振動(dòng)測(cè)試程序時(shí)，大多數(shù)工程師對(duì)古老的實(shí)驗(yàn)室順序或單軸一次振動(dòng)的做法感到驚訝。

然而，隨著新的測(cè)試方法527在多激振子測(cè)試中出現(xiàn) - 它出現(xiàn)在古老的軍事標(biāo)準(zhǔn)810國(guó)防部環(huán)境工程考慮測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)的最新“G”修訂版中 - 工程師最終會(huì)找到一些激勵(lì)來(lái)同時(shí)而不是連續(xù)的多軸振動(dòng)軍用嵌入式系統(tǒng)。

振動(dòng)臺(tái)組成的陣列同時(shí)對(duì)測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行南北、東西和上下振動(dòng)。（由密歇根州雷德福市頻譜技術(shù)公司提供）

雖然本討論強(qiáng)調(diào)汽車(chē)和汽車(chē)測(cè)試，主要是因?yàn)樽x者可能熟悉汽車(chē)，但提出的概念也適用于測(cè)試各種軍事和商業(yè)陸地，海上和空中車(chē)輛。本文綜述了一次單軸或順序振動(dòng)，并探討了多軸振動(dòng)的優(yōu)勢(shì) - 在相對(duì)較低的測(cè)試頻率下伺服液壓，在較高的測(cè)試頻率下以電動(dòng)方式進(jìn)行。這些優(yōu)點(diǎn)不僅適用于功率譜密度方面的常規(guī)“頻域”測(cè)試，也適用于力或加速度與時(shí)間的關(guān)系的“時(shí)域”測(cè)試。

伺服液壓?jiǎn)屋S和多軸振動(dòng)

機(jī)械振動(dòng)臺(tái)受到?jīng)_程和頻率的限制。因此，對(duì)幾英寸行程振動(dòng)頻率的需求促使開(kāi)發(fā)了伺服液壓（電動(dòng)閥高壓，油驅(qū)動(dòng)）振動(dòng)器，各種尺寸的執(zhí)行器，用于紙箱或包裝貨物的托盤(pán)負(fù)載的運(yùn)輸振動(dòng)測(cè)試。頻率范圍有些限制;然而，伺服液壓振動(dòng)臺(tái)很少在500 Hz以上使用。許多從未在200 Hz以上使用過(guò)。但是，汽車(chē)測(cè)試工程師長(zhǎng)期以來(lái)一直使用四個(gè)這樣的執(zhí)行器來(lái)垂直搖動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，該平臺(tái)代表軌道車(chē)或?qū)⑿萝?chē)從工廠(chǎng)運(yùn)送到經(jīng)銷(xiāo)商的汽車(chē)。

然而，這種系統(tǒng)的先驅(qū)用戶(hù)對(duì)單軸振動(dòng)并不滿(mǎn)意。他們無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)制運(yùn)輸完成的汽車(chē)時(shí)發(fā)生的所有損壞（例如組件松動(dòng)和零件丟失）。幸運(yùn)的是，一些工程師認(rèn)識(shí)到，他們可以改變驅(qū)動(dòng)四個(gè)振動(dòng)臺(tái)上伺服閥的電信號(hào)之間的相位。然后，他們的測(cè)試平臺(tái)可以滾動(dòng)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(shí)現(xiàn)另外兩個(gè)平移以及偏航：六個(gè)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。這種多軸振動(dòng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試平臺(tái)可以代表一個(gè)熟悉的景象：專(zhuān)用鐵路車(chē)輛將完成的汽車(chē)從工廠(chǎng)運(yùn)送到經(jīng)銷(xiāo)商處。該實(shí)驗(yàn)室可以識(shí)別潛在的“運(yùn)輸中”故障，從而導(dǎo)致汽車(chē)重新設(shè)計(jì)和/或制造變更，例如懸架附件襯套的加固。

那么，對(duì)于正在使用的車(chē)輛，道路和越野地形輸入呢？對(duì)于這些測(cè)試，陸地車(chē)輛開(kāi)發(fā)人員搖動(dòng)各個(gè)車(chē)輪。通常，總共使用12個(gè)伺服液壓振動(dòng)臺(tái)。請(qǐng)注意，此類(lèi)測(cè)試需要大量的實(shí)驗(yàn)室區(qū)域。一家伺服液壓振動(dòng)臺(tái)制造商將六臺(tái)這樣的振動(dòng)臺(tái)放入一個(gè)空心鋼立方體中，使立方體同時(shí)在六個(gè)軸上搖晃。一輛停在四個(gè)這樣的立方體上的汽車(chē)占用的實(shí)驗(yàn)室空間很小。或者一個(gè)這樣的立方體可以多軸搖晃許多汽車(chē)組件和/或嵌入電子設(shè)備的汽車(chē)部分。

軍用電動(dòng)同步多軸振動(dòng)

為了在更高的測(cè)試頻率（通常為1，000或2，000 Hz）下晃動(dòng)微電子和其他小型組件，必須開(kāi)發(fā)電動(dòng)力（位于強(qiáng)磁場(chǎng)中的線(xiàn)圈中的交流電 - 類(lèi)似于揚(yáng)聲器）振動(dòng)器。

軍用標(biāo)準(zhǔn)810測(cè)試方法514的常見(jiàn)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室解釋是連續(xù)單軸一次振動(dòng)。在大多數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中，工程師從未見(jiàn)過(guò)甚至考慮過(guò)同時(shí)進(jìn)行多軸振動(dòng)。然而，有幾起軍事硬件在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生故障的事件，但這些故障無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)制。很少有軍事實(shí)驗(yàn)室獲得資金來(lái)增加兩個(gè)電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)：

美國(guó)陸軍在馬里蘭州阿德菲和新墨西哥州白沙試驗(yàn)場(chǎng)

美國(guó)海軍在華盛頓州基波特

猶他州奧格登附近的美國(guó)空軍

因此，現(xiàn)在可以同時(shí)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(biāo)準(zhǔn)810G在多勵(lì)磁器測(cè)試中采用新測(cè)試方法527的最大動(dòng)機(jī)。

另一個(gè)動(dòng)機(jī)是經(jīng)濟(jì)的：更快，一個(gè)測(cè)試而不是三個(gè)，一個(gè)附件夾具而不是三個(gè)設(shè)計(jì)和制造。有趣的是，汽車(chē)多軸振動(dòng)是日本汽車(chē)制造商測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的常見(jiàn)做法。一些日本振動(dòng)臺(tái)制造商提供多個(gè)電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)陣列，有點(diǎn)類(lèi)似于圖1。它們?cè)趯⑷齻€(gè)振動(dòng)臺(tái)連接到一個(gè)公共負(fù)載的方式上有所不同，如圖 2 所示。

圖 2：有效負(fù)載適配器接受來(lái)自三個(gè)電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的相互垂直輸入。（由IMV公司提供，日本大阪）

北美只有一個(gè)獨(dú)立的環(huán)境測(cè)試實(shí)驗(yàn)室提供2，000 Hz的同步多軸振動(dòng)測(cè)試：密歇根州雷德福的頻譜技術(shù)公司。STI為軍事，汽車(chē)和其他硬件制造商提供這些服務(wù)。在那里舉行的偶爾培訓(xùn)使用圖1所示的系統(tǒng)來(lái)演示同步多軸振動(dòng)測(cè)試。

時(shí)域復(fù)制：連續(xù)頻譜測(cè)試的替代方案

國(guó)內(nèi)外的軍事和其他測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)通常告訴測(cè)試人員收集和使用自己的數(shù)據(jù)，而不是使用提供的光譜。因此，一些汽車(chē)STI客戶(hù)收集自己的越野或越野振動(dòng)數(shù)據(jù)。他們可能會(huì)安裝“三軸”加速度計(jì)，或者他們可能會(huì)在感興趣的位置適當(dāng)?shù)匕惭b三個(gè)單軸加速度計(jì)。它們收集加速數(shù)據(jù)并將其保存在時(shí)域中，為時(shí)域復(fù)制（TDR）測(cè)試做好準(zhǔn)備。

在前面描述的連續(xù)頻譜測(cè)試下，他們的“時(shí)域”數(shù)據(jù)（毫伏與時(shí)間的關(guān)系）將被時(shí)間平均，然后傅里葉在頻域中轉(zhuǎn)換為頻譜。光譜將由操作員用鍵盤(pán)輸入到數(shù)字振動(dòng)臺(tái)控制器中。需要數(shù)模轉(zhuǎn)換來(lái)為每個(gè)功率放大器開(kāi)發(fā)一個(gè)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)其電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)。每個(gè)振動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)在光譜上都符合其要求。不幸的是，該時(shí)間平均大大減少了振動(dòng)臺(tái)對(duì)短暫嚴(yán)重事件的再現(xiàn)，例如偶爾的高速公路顛簸或卡盤(pán)孔。那些短暫的事件總是在震動(dòng)運(yùn)動(dòng)中代表性不足。

TDR避免了這種平均，并且被認(rèn)為可以更好地再現(xiàn)休克事件。三個(gè)加速度信號(hào)保持在時(shí)域中，無(wú)需時(shí)間平均即可傳遞到每個(gè)功率放大器和每個(gè)振動(dòng)臺(tái)。TDR的另一個(gè)術(shù)語(yǔ)是道路負(fù)載信號(hào)復(fù)制。

同步多軸振動(dòng)的未來(lái)

在未來(lái)幾年，越來(lái)越多的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室將“同時(shí)使用多軸”，盡管會(huì)有關(guān)于所需投資的抱怨。早在20世紀(jì)50年代，用戶(hù)首次購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)時(shí)就提出了類(lèi)似的抱怨。一旦安裝和使用，第一臺(tái)搖床在測(cè)試的產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)了如此多的弱點(diǎn)，以至于搖床很快就每天24小時(shí)使用。然后很快購(gòu)買(mǎi)了額外的搖床。該模式將重復(fù)同時(shí)進(jìn)行多軸振動(dòng)。

審核編輯：郭婷