振动和攻击试验夹具设计
，有时被称为不正规手艺。当人们看到一个有履历的夹具设计师不经任何盘算而设计出夹具
，就增强了这种想法。若是某人要按分振动课本书去设计
，他就会连忙感应
，诸如刚度矩阵也都用不上。于是这种想法就更进一步加深了。一些夹具设计者
，只盘算一些简支梁的振型
，却很少去盘算整个夹具的响应
，只有及少数设计师能够恰如其份地运用逻辑程序去叙述并乐成地设计夹具。许多谈论者以为
，对一个夹具不可能作出知足的剖析。以是一个乐成的设计
，部分靠运气
，部分凭履历。
 
对夹具各个部分作出合理的逐步剖析后
，就能够完成夹具的设计。夹具振动的误差
，不会凌驾10%或20%
，这样的误差通常是允许的。精度提得越高
，需要破费的时间和起劲就越大。
 
1、在机械工程方面有一定学位的人
，并纷歧定设计出好夹具；而许多没有学位的人反到设计出优异的夹具。关于夹具设计者
，有了机械制造与电子学的基础
，加上工程履历
，特殊是加工的履历。其次单位内外的制造的能力,就能制造出一个好的夹具。
 
2 、夹具的功用
 
试验样品的装置有二种要领
，一种是直接装置在振动台台面上（即动圈上）
，另一种是通过过渡装置装置在振动台的台面（即动圈）上
，这种过渡装置在振动和攻击试验中将其称为夹具
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，就是将振动台（或攻击机）的振动和攻击能量通过机械毗连不失真、不放大、一比一的转达传给试件
，从而包管试验样品经受到所划定的试验应力
，虽然这是理想状态。图1给出的电—机械方块图
，体现振动试验系统各部分的关系：实线体现电能转达蹊径
，虚线体现机械能转达蹊径。
 
3 、夹具基本要求

上面已说了振动、攻击试验夹具的功用就是将振动台（或攻击机）爆发的机械能转达给试件。夹具在总体设计方面所遇到的难题是必需设计出重量最小、刚性最大、在试验频率规模内不会爆发结构共振的夹具。夹具设计往往取决于工程履历
，夹具设计一样平常较量费时、艰辛
，不但要思量夹具自己的特征
，并且要只管镌汰夹具与试件的相互影响。夹具设计应包括剖析和预计试件的最低阶振型。
 
夹具设计的理论盘算主要包括刚度、质量和固有频率三个基本参数。刚度包括刚体平移、刚体旋转及刚体弯曲；阻尼并不显着地改变固有频率
，仅改变振动幅值。影响固有频率的二个要素为质量和刚性。关于重大夹具的固有频率
，Dunkerley方程提供了一种要领
，即通过连系复合结构元件中的非巧合型固有频率来预计系统的固有频率。夹具设计时必需举行的几个最基本设计如下。
 
（1）夹具的固有频率应知足试验的频率规模
许多产品的可靠性与情形试验要求的试验频率规模一样平常为10～2000Hz
，所有试验必需使用电磁振动台。电磁振动台是现在最先进最常用的振动台
，其最低频率一样平常为5～10Hz
，最高频率可达3000～4000Hz以上。为了知足10～2000Hz试验频率规模
，在此频率规模
，夹具的频响特征要平展
，夹具设计和盘算（或测定）时
，其一阶频率应高于最高试验频率。这关于小型、简朴夹具是易做到的
，但对大型重大夹具则很难题甚至是不可能的。纵然这样
，设计盘算（或测定）夹具的一阶固有频率也应高于试件的一阶固有频率
，以阻止发身夹具与试件的共振巧合。PG电子游戏提醒在确定试件的固有频率时
，可以把试件划分为梁、板等元件
，盘算各个元件的固有频率
，然后用Dunkerley方程盘算试件的固有频率。
 
（2）对夹具重量（振动台额定推力）的验算
对夹具重量（振动台额定推力）的验算
，主要思量振动台的承载重量W和试验加速率a。当正弦振动试验的最大加速率为a时
，振动台的正弦推力F应大于W.a；当随机振动试验的总均方根加速率值已知为arms时
，振动台的随机推力F应大于（W1+W2+W3）. arms。式中：W1：试验样品重量
，W2：夹具重量
，W3：振动台动圈重量。 设计用来支持试件的夹具
，试件的尺寸和形状是必不可少的
，由于它们决议夹具的尺寸和形状。你还必需试件的重量和重心
，至少也要估算出重心的位置
，试件和夹具的合成重心尽可能准确地落在振动台的中心线上。
温度对夹具的性能也是有影响的
，当一夹具要用于温度振动试验时
，就要注重这一点
，高温可使金属爆发塑性屈服
，低温可使质料冷脆。
 
一个好的夹具至少应知足下列要求：
（1）在整个试验频率规模内
，夹具的频响特征要平展
，夹具的第一阶固有频率应高于最高试验频率
，还应阻止爆发夹具与产品的共振耦合。
（2）夹具与产品毗连面上的各毗连点的响应要只管一致
，以确保试验时激励输入的匀称性。
（3）夹具的刚度质量比要足够大。
（4）夹具的阻尼要大
，夹具共振时（第一阶固有频率）
，其品质（放大）因数Q不应大于4。
（5）夹具的质量最好是试件的2～4倍。通常在估算振动台需要的推力的时
，用此比值就行。
（6）夹具横向运动（职锸直于激振偏向）要只管小。
 
接点的运动都一致是难题的
，在某些频率下
，泛起相位和振幅的差别
，其差别有时最高到50：1
，这从台面上几个加速率计的输出中就能看到。一个好的设计能够部分地使差别减至最小
，并且能够在实验规范要求的频率规模内
，使得各加速率计之间的差别抵达允许限度
，很洪流平上决议于夹具和振动台的尺寸。无论你的设计和制造出的夹具何等好
，若是协力凌驾振动台划定的倾覆力矩
，运动将不再是线性的
，并且各加速率计输出差别很大。
 
4 、夹具的基本形式
 
夹具的种类繁多
，差别很大
，从专门用途以及设计上的差别可分为：
 
（1）平板型夹具
平板型夹具的作用是把试件与振动台面毗连起来
，若没有这样的板
，要使试件与振动台面直接毗连举行振动试验或攻击试验
，就很少有这种可能性。别的这种板镌汰了对振动台面上衬套的磨损以及衬套从台面上脱出的危险。
平板型夹具绝大部分是价值不大的消耗品
，如简朴的平板。但有些需全心制作。如需恒久的、大宗的做试验用
，这些板就应当全心设计。现实的例子就是
，把大宗零件放到一块大型转接板上在大振动台上做试验
，这要比只是单个或有限个零件放在小振动台上做试验经济得多。一样平常地讲
，太过板的尺寸是恣意的
，直到和振动台面的直径一样平常大（有时允许稍微凌驾一些）。厚度可以从2.5cm到15cm任选。埋螺钉头的孔一样平常是用平底打孔钻钻成。并用钢制平垫圈（机加工并淬火）以；ぜ绮。

 
（2）立方型夹具
立方体夹具主要用于小型零构件的振动攻击试验
？梢灾苯永慰空穸ㄉ。也可以由太过板来牢靠。当装在顶面上的试件接受笔直偏向的振动攻击时
，其它四个平面（在周围上）都能接受到平行偏向的振动攻击。周围上的任一快板均能转900（在基平面内旋转）用于经受平行于基平面的二个偏向的振动或四个偏向攻击（攻击有正向攻击和反向攻击之分
，故比振动多了二个偏向）。
立方体上有螺钉衬套
，用螺钉毗连板（或者与试件直接相连）。夹具上还必需有毗连气、液、或电器的装置孔。
 
（3）太过架型夹具
太过架型夹具主要用于整机产品的试验
，这种夹具要凭证试验样品的形状来设计。以是差别形状的样品
，其夹具的形状也不相同。太过架型夹具的形状、刚度和强度要只管靠近样品在现实使用中的情形。
 
（4）L形夹具
L形夹具的各部分可用螺接
，亦可用粘结或焊接连系起来
，或者用整块料机械加工而成。

 
（5）T形夹具
T形夹具除了笔直平板装在中心位置外
，其他方面和L形夹具相类似。试验件可以同时牢靠在笔直平板的两面
，只要夹具比试件重
，就很容易做到使试件/夹具的组合重心通过振动台的轴线。除上述5种形式外
，尚有种种形式的夹具等。
 
5、夹具的质料和制作要领
 
5.1 制作的夹具质料
在制作夹具的历程中
，通常是首先选择制作要领
，然后是选择质料。就质料而言
，质料的强度和疲劳特征在夹具设计中很少需要思量。由于夹具高频特征所要求的刚性使得夹具很是结实。很少因强度缺乏而损坏的。
由于重量经常是夹具最要害的参数
，以是铝和镁是最常用的质料。对统一尺寸巨细的金属而言
，铝（密度0.1磅/英寸3）比镁（0.065磅/英寸3）重1/3
，而钢（0.3磅/英寸3）比镁重四倍。武汉PG电子游戏提醒某些铝镁合金的阻尼特征比钢好
，加工也自制
？刂乒逃衅德实囊蛩厥荅/Р
，其中E是杨氏模数（磅/英寸3）
，Р是密度（磅/英寸3）。关于大大都金属来说E/Р比值约为108。因此
，为一些特殊设计精选质料并不会显着改变其频率特征。
 
夹具设计者要思量质料的价钱。一次购置大宗的质料虽然贮存起来可能难题
，但能节约资金。只要付给少量的附加用度
，供应者经常能够简陋地把板材切割成最适用的尺寸。设计职员经常要资助他们的采购职员去寻找最好的供应者。
镁在机械加工时
，经常要提醒有关着火的危险性。主要危险是精刨或镁屑集中处,若有一个小颗粒被点着就会导致所有爆发。增强厂房治理就可以阻止这种危险。
 
5.2 用整块原质料机械加工制造夹具
用一块整块质料经机械加工来制作夹具是经常用的要领
，这是最快最省的要领。关于小试件来讲
，尤为准确。镁材
，机械加工最快最容易。所有金属切削事情都能以最高的机械加工速率举行。磨、镗、钻和插等都能以任何其他金属加工难以抵达的速率完成。镁的切削速率比铝约快20%
，是钢的三倍。
当夹具是用螺钉将各部分连成一体时
，会泛起配合和预应力问题。整体机械加工就阻止了上述问题。虽然
，试件装到某一夹具上也需要用一些毗连件。
 
5.3.焊接夹具
在振动试验的早期
，约莫20世纪40年月-50年月
，曾普遍使用螺接家具。 
但其最显着的弱点是不可避免夹具各部分的相对运动
，造成波形有毛刺畸形
，这样铸造夹具就普遍被接纳了。由于铸造夹具本钱高
，生产周期长
，因此导致现在又普遍使用焊接夹具。许多试验妄想又不允许将无邪时间用于铸造夹具
，正如我们见要看到的另外几种要领
，正在受到接待。由于它们更节约用度和时间。在机加工中发明一个有趣的比照：现在80%是焊接的
，20%铸造的。
焊接夹具很早就使用过
，但并不十分乐成。焊件时常破损
，许多焊件在振动载荷下断裂。但焊接夹具比铸造夹具省时间（是铸造时间的1/7）
，用度节约
，是铸造的1/3
，随当今焊接手艺的一直提高
，焊接夹具已用得愈来愈多。
 
5.4 螺接夹具
螺接夹具加工简朴
，但要想要获得很好的性能
，无论在设计方面照旧在制作方面都需要作相当大的起劲。因此
，通常是首先思量用一块整材经机械加工和焊接夹具。不管怎么说
，振动试验新手总想至少来一次螺接夹具的实验。螺接是毗连各部件的常用合理要领。但它不是指夹具各部分。在某些情形下（尤其是在试件的周围装置夹具）螺接是唯一的解决的步伐。关于夹具和激振器螺接的很多多少事项
，也适用于夹具中几个部件螺接在一起的情形以及把试件螺接到夹具上的情形。
 
在螺接夹具中有二个主要要求：
（1）配合面要加工到很高的配合精度。
（2）螺栓的预紧力比盘算的最大疏散力至少要大10%。若是没有足够的预紧力
，部件会脱开相互撞击。由于这个问题很主要
，若是忽视了
，在正弦和随机试验中会带来一些贫困。
当部件相互脱开又碰撞在一起时就会引起撞击。（这就是在振动时间历程图上见到的“毛刺”）。这种撞击常；嵩斐闪杓菔匝榛ǖ挠α推德使婺。从而导致试件不应有的（并且不允许的）损坏
，同时也造成试验控制很难题
，例如试验中止。
为了使装配好的零件总是连系在一起
，必需大宗使用高强度螺钉
，并拧紧之。螺栓间距一定要小
，不然螺栓间的跨度会爆发共振。用大型夹具并要求试验到2000Hz,则螺栓间距不得凌驾75mm。用螺栓压住簿的聚脂簿条或外貌敷有涂层的布条有助于避免局部运动。
由于铝材和镁材柔软,螺栓应用粗制而不是精制螺纹。若是夹具要多次拆卸,螺纹应加钢制螺纹衬套。螺栓头应紧压在淬偏激的钢制平垫圈上,以；ぢ菟ㄍ废旅娴募绮。
要注重避免依赖螺栓受剪转达振动力的危险性
，除了小部件或在低加速率情形下
，一样平常不要单独依赖螺栓转达这种力
，如可能的话
，用某些要领增添各部件之间的摩擦力。
 
5.5 铸造夹具
在要求有曲面的地方（特殊是弧度不是常数）应思量用铸造夹具。任何奇形怪状的试件它都能顺应
，能知足多方面设计要求
，如要求一定的厚度的截面
，变剖面
，许多角撑板重大截面等。铸造夹具的设计指标是频率/重量之比最大。
用铸造的最大理由就是铸造合金的阻尼相当高。可是
，这种合金的加工性能或焊接性能都欠好。例如
，某些铸铁比钢的阻尼高。关于夹具来说
，已知最好的合金是KIA镁（含0.7%锆）
，建议使用AZ91T4（含1%的锌）、AZ92T4（含2%的锌）。AZ91T4C可以铸造后焊接。阻尼能降低输出输入比
，镌汰共振的幅度
，在较高的试验频段上转达特征随之迅速下降。
对阻尼已做过许多研究。虽然不可所有相识
，但已证实：具有高阻尼的合金都具有下列配合的因素：
（1）合金含量低
，（纯镁比合金要好
，但其他性能欠好）；
（2）相当粗糙的粒度（砂铸比压铸号）；
（3）屈服强度相当低（容易取出嵌件）；
（4）在铸造状态性能最好（一经加工
，阻尼要损失）。
 
5.6 粘接夹具
粘接很小的夹具比焊接夹具要快并且自制得多（关于大型夹具最好用焊接
，但有一个温度限制问题）况且
，这个工艺历程通常在实验室自己的能力规模内就能完成
，只要简陋的草图作指导
，实验室手艺职员就能完成整个使命。
用金属胶取代紧固件必需加高温
，用某些环氧树脂就能完成紧固事情。在环氧树脂固化历程中
，有时用螺栓而不必夹具或卡具来牢靠试验夹具各部分的相对位置。
 
5.7 叠层夹具
叠层胶接手艺可用于制造大型的
，重量有轻的夹具。各人都知道胶合板夹具已经很乐成地用到试验上了
，所笼罩的频率规模最高可到55Hz。
尺寸约莫450mm×450mm×450mm的夹具
，可连一个40Kg的电子装备到振动台上。正因云云
，当靠近较高的的试验频率
，如2000 Hz时
，夹具有严重的共振
，而这种夹具可以设计得相当轻并且阻尼大
，以是对共振也就不是什么大的难题。
 
5.8 环氧树脂成形夹具
用环氧树脂（可能尚有其他更好的质料）能很利便地制造出拚凑式曲面板。相比之下
，这种要领既节约有省工时。亦有用环氧树脂按试件原样乐成地塑造成夹具
，虽然试件要用脱模剂
，以免环氧树脂同试件粘连。在环氧树脂固化之后脱模
，就形成了与试件完全相配的夹具。为牢靠试件
，嵌入钢制螺纹螺套
，
为便于将夹具螺接到振动台上
，钻孔稍大些。较普遍的要领是
，用环氧树脂粘到一块转接板上。
 
5.9 .灌腊（封装）夹具
关于很小的零件
，有一个有用的手艺
，就是把它装入某种质料中
，而这种质料在完成振动、攻击或离心试验以后能够容易的去掉
，石腊就是这样一种质料。在试验以后
，只要把夹具放入烘箱内加温（50～70℃）直到石腊能够倒出来为止。这样的夹具还可节约试验用度。
 
6 与台面的螺接
 
试件与夹具之间、夹具各部分之间及夹具和振动台之间大多接纳螺栓毗连。夹具一振动台螺连时
，螺栓承载的最大载荷为：
F = (m1+m2+m3)×a
其中：a：是正弦或随机振动的峰值
，单位为g。
F：螺栓承载的最大载荷
对每一螺钉
，要将F除以螺钉数
，获得每个螺钉所遭受的最大载荷
，再除以螺钉面积
，就获得拉伸应力。
m1：夹具重量
m2：样品重量+动圈重量
m3： 动圈重量
为了阻止台面与夹具疏散以及螺钉疲劳破损
，每个螺钉至少要能遭受这么大的应力值。
试验职员使用用力矩扳手拧紧螺栓
，扭矩至少拧到表额定扭矩值的3/4
，由于一旦凌驾了“屈服”力
，随着螺栓的伸长
，螺栓的拧紧水平增添甚微。若是比“屈服力”大得多
，螺栓就要剪断或拉断。
 
7 夹具的动态检测
 
为了包管振动和攻击试验的准确性
，夹具在使用前还应举行动态检测
，以检查其主要动态特征
，如固有频率、转达特征、夹具与试件毗连面上各点响应的匀称性、横向运动、波形失真度等是否切合要求
，以确定是否还需接纳手艺步伐举行扑救。若是对夹具的动态品质不相识
，则当试件在一定试验频率下不可正常事情时
，就不易判明是夹具问题照旧试件问题。PG电子游戏提醒由于夹具设计与制造得欠好
，就有可能误将及格的试件试验成缺乏格品
，或将缺乏格试件试验成及格品。
举行夹具的动态测定能够揭破夹具的弱点
，提出刷新的要领。夹具修改后再测定
，就可以知道其特征的转变
，这对设计师而言
，也是积累履历的最好步伐。夹具动态测定的办法简述如下。 
(1) 将夹具用螺栓紧固动台的台面上；
(2) 加速率传感器装置在振动台台面中心（也可用各牢靠的多点控制的平均值）
，举行闭环控制
，设其激振偏向加速率为aoz;
(3) 在紧靠夹具与试件(产品)的毗连孔周围,选择几个响应测点
，在每个响应测点处装置一个三偏向加速率传感器
，通过开环划分丈量激振偏向响应加速率aiz及横向响应振动加速率aix和aiy;
(4) 按试件振动试验频率规模举行正弦扫频试验(也可举行随机试验),纪录控制点和各响应点的加速率随频率转变曲线,并用示波器视察其波形,失真仪丈量波形失真度;
(5)求出aiz/aoz随频率转变曲线,盘算出转达率,用以检查所设计夹具在激振偏向的转达特征、一阶固有频率共振时的品质因数“Q”和夹具毗连面响应的匀称性；
（7）求出横向振动与激振偏向加速率的比（22/txtyozaaa）
，以此值检查夹具横向运动巨细。
 
在夹具测准时
，一定要想法做到使频率高到能够确定出真实的共振振型
，以免混淆非共振频率时泛起的波形岑岭。