¿Cómo determinar las condiciones para la prueba de vibración sinusal?

La prueba de vibración sine es una prueba ambiental mecánica fundamental diseñada para simular los efectos de las vibraciones sinusoidales que los productos pueden encontrar durante el transporte, el almacenamiento y el uso real dentro de un entorno de laboratorio controlado. Estas vibraciones a menudo son inducidas por fuerzas rotativas, pulsantes u oscilantes que se originan en fuentes como aviones, vehículos, barcos, equipos en el aire y maquinaria de tierra. La gravedad de una prueba de vibración sinusoidal, o sunivel de rigor, se define conjuntamente por tres parámetros clave:frecuencia,amplitud, yduración de la prueba.

En Dongguan Precision Test Equipment Co., Ltd., proporcionamos sistemas de prueba de vibración avanzados para cumplir con una amplia gama de estándares de prueba. Comprender cómo determinar estas condiciones de prueba cruciales es esencial para una evaluación precisa y significativa del producto. Desglosemos los aspectos clave.

I. Definición de términos esenciales (basados ​​en GB/T 2298-2010)

Para garantizar la claridad, definamos algunos términos relevantes de acuerdo con el estándar nacional chino para la vibración mecánica, el shock y el monitoreo de la condición:

1. Vibración sinusoidal:Una vibración periódica cuyo parámetro de vibración se describe mediante una función sinusoidal del tiempo.
2. Frecuencia (f):El recíproco del período. Medido en Hertz (Hz), representando ciclos por segundo.
3. Amplitud:
   • Desplazamiento (desplazamiento relativo):La cantidad que varía en el tiempo que representa el cambio en la posición de un punto en un objeto en relación con un marco de referencia.
   • Valor pico a pico (de una vibración):La diferencia entre los valores negativos máximos positivos y máximos de una vibración dentro de un intervalo de tiempo dado. Su magnitud depende de la respuesta del sistema de medición o el tiempo de aumento.
4. Frecuencia cruzada:La frecuencia en la que una característica específica de la vibración transfiere de una relación a otra. Por ejemplo, la frecuencia a la que la amplitud de vibración o el valor de RMS cambia de una relación constante de frecuencia de desplazamiento a una relación de frecuencia de aceleración constante.

II. Navegar por el paisaje de los estándares

Existen una multitud de estándares de prueba de vibración, que varían entre países, regiones e industrias. Algunas organizaciones estándar prominentes y sus marcos incluyen: ASTM, ISTA, MIL-STD, EN, IEC, ETSI, JIS, SAE, JASO, ISO y AEC.

Los estándares de prueba de vibración sinusoidal de referencia comúnmente incluyen:

• GB/T 2423.10-2008: Pruebas ambientales para productos eléctricos y electrónicos - Parte 2: PruebasMétodos - Prueba FC: vibración (sinusoidal)
• IEC 60068-2-6-2007: Pruebas ambientales - Parte 2-6: Pruebas - Prueba FC: vibración (sinusoidal) 
   

   
• ISO 8318: 2000: Embalaje: paquetes de transporte completos y llenos de cargas unitarias - Pruebas de vibración utilizando una frecuencia variable
• GB/T 4857.10-2005: Empaque - Pruebas básicas para paquetes de transporte - Parte 10: Método de prueba de vibración de frecuencia variable sinusoidal

Iii. Comprensión de los métodos de prueba: SINE SINE versus frecuencia fija

Dentro de las pruebas de vibración sine, se emplean dos métodos de prueba primarios:

1. Prueba sinusoidal de barridos:

Este método implica mantener uno o dos parámetros de vibración (desplazamiento, velocidad o aceleración) a un nivel constante mientras varía continuamente la frecuencia de vibración dentro de un rango definido. El barrido puede ser:

• Barrido lineal:La frecuencia cambia linealmente con el tiempo (p. Ej., Hz/S o Hz/min). Esto a menudo se usa para identificar frecuencias resonantes.
• Barrido logarítmico:La frecuencia cambia logarítmicamente con el tiempo (p. Ej., Oct/min o dec/min). Una tasa de barrido de una octava por minuto significa que la frecuencia duplica (o mitades) cada minuto. Los barridos logarítmicos a menudo se usan para las pruebas de resistencia, ya que pasan el mismo tiempo en décadas de frecuencia, lo que resulta en barridos más lentos a frecuencias más bajas y barridos más rápidos a frecuencias más altas.

Las pruebas sinusoidales barridas se usan principalmente para:

• Análisis de respuesta de vibración (búsqueda de resonancia):Identificar las frecuencias naturales (resonancias) de un producto y evaluar su estabilidad durante la operación para identificar áreas que requieren aislamiento o refuerzo de vibración.
• Prueba sinusoidal de resistencia:Cuando un producto no exhibe resonancias significativas dentro de su rango de frecuencia operativa, o tiene múltiples resonancias menores, se realiza un barrido de resistencia. Esto generalmente implica un barrido logarítmico con una amplitud de desplazamiento constante a frecuencias más bajas y una amplitud de aceleración constante a frecuencias más altas, con una frecuencia cruzada típicamente entre 55-72 Hz y una velocidad de barrido de una octava por minuto.
• Verificación de resonancia posterior a la resistencia:Repetir la búsqueda de resonancia inicial después de las pruebas de resistencia para determinar si alguna frecuencias resonantes se ha desplazado, lo que indica posibles cambios estructurales o degradación.

2. Pruebas de frecuencia fija:

Este método implica someter la muestra de prueba a la vibración en puntos de frecuencia específicos y fijos con niveles variables de otros parámetros de vibración (amplitud). Se usa principalmente para:

• Prueba de vivienda de resonancia:Aplicación de vibraciones a una frecuencia resonante significativa identificada durante la búsqueda de resonancia para evaluar la capacidad del producto para resistir la vibración prolongada a su frecuencia natural.
• Prueba de frecuencia predeterminada:Simulando las frecuencias de vibración conocidas encontradas en el entorno operativo real del producto para evaluar su rendimiento y durabilidad en esas condiciones específicas.

IV. Determinación de las condiciones de prueba (nivel de gravedad)

La selección de las condiciones de prueba apropiadas (frecuencia, amplitud y duración) es crucial para una prueba de vibración sinusoidal relevante y efectiva.

1. Rango de frecuencia y frecuencia:

• Algunos estándares (especialmente los estándares militares) especifican directamente la frecuencia de prueba o el rango de frecuencia en función del entorno operativo del producto.
• Los estándares comerciales a menudo definen el rango de frecuencia utilizando diferentes enfoques.

Consideraciones para determinar el rango de frecuencia:

• Los productos pueden experimentar frecuencias de vibración muy bajas durante el transporte u operación (por ejemplo, equipos montados en vehículos con frecuencias fundamentales tan bajas como 1.5-4 Hz). Sin embargo, lograr una vibración precisa de baja frecuencia (por debajo de 1 Hz) en el equipo de prueba de vibración estándar puede ser un desafío debido a la distorsión de la forma de onda.
• Al definir el rango de frecuencia, es esencial considerar las capacidades del sistema de prueba de vibración disponible. Los agitadores hidráulicos a menudo son adecuados para frecuencias más bajas (1-200 Hz), mientras que los agitadores electrodinámicos sobresalen en un rango más amplio (típicamente 0-3000 Hz, con límites más bajos de alrededor de 5-10 Hz para sistemas modernos). Para rangos de frecuencia amplias que se extienden a frecuencias muy bajas, podría ser necesario un compromiso en el límite de frecuencia más bajo al usar agitadores electrodinámicos.

2. Amplitud y su selección:

En la prueba de vibración sinusoidal, la amplitud se define por desplazamiento (pico o pico a pico) o aceleración (pico). Algunos estándares especifican solo el desplazamiento, mientras que otros proporcionan ambos.

• Amplitud de desplazamiento solamente:Los estándares IEC y nacionales a menudo especifican solo amplitud de desplazamiento para las pruebas con un límite de frecuencia superior de 10 Hz. Del mismo modo, algunos estándares militares para componentes electrónicos y eléctricos especifican una amplitud de desplazamiento constante (por ejemplo, amplitud única de 0,75 mm) dentro de un rango de frecuencia específico (p. Ej., 10-55 Hz).
• Amplitud combinada de desplazamiento y aceleración:En escenarios de vibración del mundo real, las frecuencias más bajas generalmente exhiben amplitudes de desplazamiento más grandes, mientras que las frecuencias más altas exhiben amplitudes de aceleración más grandes. La prueba de vibración sinusoidal moderna intenta aproximar esto mediante el uso de una amplitud de desplazamiento constante a frecuencias más bajas (denominado "desplazamiento constante") y una amplitud de aceleración constante a frecuencias más altas ("aceleración constante"). La frecuencia a la que el modo de control pasa de desplazamiento constante a aceleración constante se llamafrecuencia cruzada. Los estándares IEC y nacionales a menudo definen dos frecuencias cruzadas: una inferior de alrededor de 8-9 Hz (principalmente para equipos a bordo) y una más alta alrededor de 57-62 Hz (principalmente para equipos terrestres y en el aire).

3. Duración de prueba y su selección:

La duración de la prueba es un parámetro crítico para evaluar la capacidad de un producto para resistir la vibración. Sin embargo, determinar el tiempo de exposición al mundo real equivalente para una duración de la prueba de laboratorio dada puede ser un desafío.

• Para las pruebas sinusoidales barridas, la duración se especifica típicamente por el número de ciclos de barrido.
• Para pruebas de frecuencia fija, la duración generalmente se da en minutos o horas.
• Los estándares IEC y nacionales proporcionan un rango de niveles de ciclo de barrido (por ejemplo, 1, 2, 5, 15, 20, 50, 100) y duraciones de la prueba de frecuencia fija (p. Ej., 10 min, 30 min, 1 hora, 1.5 horas, 2 horas, 10 h). Los estándares militares para dispositivos microelectrónicos y componentes electrónicos/eléctricos a menudo especifican 12 ciclos (tres ejes) o 36 ciclos (tres ejes). Una tasa de barrido común para la prueba sinusoidal es de una octava por minuto.

La elección específica de la duración de la prueba se basa típicamente en elmecanismos de fallasiendo investigado:

• Impacto en el rendimiento:Si el enfoque está en la degradación temporal del rendimiento (por ejemplo, mal funcionamiento, inestabilidad) que se recupera después de que cesa la vibración, la duración de la prueba puede basarse en el tiempo de operación continuo más largo esperado combinado con la experiencia práctica.
• Integridad estructural:Para evaluar el daño estructural (por ejemplo, falla de la junta de soldadura, tornillos sueltos, desprendimiento del conector, colisión de componentes), duraciones más cortas (por ejemplo, 30 minutos a 1 hora) podría ser suficiente para revelar tales problemas. Para el aflojamiento del tornillo, el desprendimiento del conector y la colisión de componentes, también se puede considerar el tiempo de funcionamiento continuo más largo. En algunos casos, toda la vida útil del producto podría ser relevante.
• Estrés acumulativo (fatiga):Para determinar la capacidad de un producto para resistir el estrés acumulado, la duración de la prueba debe basarse en el número de ciclos de estrés esperados durante su vida útil o basada en un criterio de vida infinita (por ejemplo, 10^7 ciclos de estrés).

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Determinar las condiciones apropiadas de la prueba de vibración SINE requiere una comprensión profunda del entorno previsto del producto, los estándares relevantes de la industria y los posibles mecanismos de falla. En Dongguan Precision Test Equipment Co., Ltd., nuestro equipo experimentado puede proporcionar una orientación experta en la selección de la frecuencia, amplitud y duración óptimas para su aplicación específica, garantizando resultados de pruebas de vibración precisos y significativos. Contáctenos hoy para discutir sus requisitos y explorar nuestros sistemas avanzados de prueba de vibración.