振动试验夹具设计

振动试验夹具设计

【摘要】本文主要记述了某直升机机载雷达整机振动试验夹具的设计,以及对夹具固有频率的计算和试验验证等。

关键词振动夹具固有频率

The Design Of Clamp For Vibration Test

【Abstract】This paper presents the design of clamp for which used on helicopter radar’s vibration test. How to compute NATrual FREQuency of clamp and evaluation evaluation by test is discussed.

Key words Vibration Clamp NATrual FREQuency

一、任务由来和技术要求

根据“直升机电子部三项电子设备可靠性增长与鉴定试验规定”、GJB150－86以及GJB899－90所提的要求：作为三项电子设备之一的雷达进行整机试验必须要设计一个振动试验夹具。根据任务书的要求夹具设计要满足以下几点：

1. 满足直升机电子设备可靠性试验条件；

2. 要求夹具及雷达整机组成的系统重心应在以夹具安装中心轴线直径为∅100mm圆柱内，并满足夹具与V890LS型振动台的安装和固定的要求。

3. 夹具的工作频率范围在0—500Hz内，设计中应尽量避免与F1、F2、F3、F4频率点重合(F1为直升机旋翼频率,具体数值为23.3Hz，F2、F3、F4、分别为F1的2倍频、3倍频、4倍频)，并尽量提高其自身的固有频率。

4. 要求夹具结构合理，便于加工。

二、振动夹具的设计

1. 确定设计方案

2. 夹具重心的计算

雷达各单元的重量及在夹具上X 、Y 坐标如下表：

除此以外还有波导、电缆等。由于夹具现为对称形式，其夹具重心的位置主要由各单元的分布位置决定。而且由于该夹具用于Z 向振动试验，因此只需计算重心的X 、Y 轴坐标。根据公式：

∑∑=i

i i c P

P y y (1)

∑∑=

i

i i c P

P x x …………………………（2） 式中：

x c 、y c —夹具重心坐标 p i —各单元的质量

xi 、yi —各单元的重心坐标

各单元的数据分别代入（1）、（2）计算可得：

m m

...y .......y c c 74698

589276168

585

33317570541352014669314210110＝=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=

m m

..x ......x c c 4658

5825273878

58485

17591841393045129314125110==⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=

而夹具的安装中心为x =535mm ，y =450mm 。因此发现整个系统的重心在y 向偏心为469.7－450＝19.7mm ，满足任务书的要求；x 轴向偏心为535－465＝70mm ，超出任务书的要求，需要加配重块。配重块的质量和体积计算如下： 配重块质量P

mm P

..P x c 53085825

273871070=++⨯=

kg .P 07=

配重块体积V （配重块材料为钢，密度ρ＝7.8g/cm 3）

3

6109807mm .V kg

.V P ⨯=⨯ρ＝＝

考虑到配重块的固定以及电缆的布置和夹具的整体外观等问题，将配重块作成长度与夹具的底座宽度相同，高度为夹具底座的二分之一高度即如下形式：900×50×20（mm ）装配位置见图1。将此尺寸代入公式验算：

mm x c 5310

.78.5825

.273870.71080=++⨯=

符合试验的要求。

3. 夹具固有频率的计算

夹具固有频率的分析和计算在夹具设计中占有很重要的地位，一个好的夹具应该将振动试验台面的运动不失真的传递给试件，即要求振动夹具在整个试验频率范围内的传递系数Q 等于1，在实际情况中是很难达到这一点。故根据强迫振动的振幅频率特性当振动台的振动频率f 与振动夹具的固有频率f N 之比接近1的时候将发生共振。因此要使振动夹具的最低固有频率尽量远离振动试验频带。

根据雷达整机可靠性鉴定试验夹具结构设计的规定夹具应在0～500Hz 范围内工作。设计中应尽量远离F1、F2、F3、F4频率点，并尽量提高其自身的固有频率。

因为此振动夹具的体积较大、结构较复杂计算固有频率有一定困难。同时考虑到只做Z 向振动试验，夹具设计主要以Z 向振动为主，所以可以将夹具分解成若干组成部分，如板、梁等，再分析各部分在振动方向上的响应情况，计算各自的固有频率，最后用邓柯莱方法估算振动夹具固有频率f N ：

2

232221211111n N f f f f f +⋅⋅⋅⋅⋅⋅+++= (3)

式中：

f N − 夹具固有频率

f 1…… f N − 夹具若干组成部分的频率

按照上面的分解原则，可将振动模型将夹具沿板与板的交线划分成几个可独立计算的板

而夹具的

4

225225⎪

⎭

⎫

⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=λL b L b ..＋ (4)

将顶板数值代入公式（4）计算可得： 6891.9)300

330()300330(5.22.54

22

=+⨯+=λ

1.3=λ

用瑞利法解平板固有频率：

()Hz E

g

b h f z 2

122)1(148⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡⨯

⨯

=

σρ

πλ－ …………………………（5） 式中：

h —板高（cm ） b —板宽（cm ）

g —重力加速度，g ＝980（cm/s 2

）

E —弹性模数（Kg/cm 2

）

ρ—材料密度（Kg/cm 3

） σ—材料泊松比 λ—振型系数

将顶板数值代入公式（5）计算可得顶板的固有频率：

2

1236

2132011

10562106804898033313⎥

⎤⎢⎡-⨯⨯⨯⨯π⨯⨯=-).(...f z

L L ⎪

⎭

⎝⎪⎭ ⎝ (6)

将底板数值代入计算可得：