包裝運輸件振動試驗的夾具設(shè)計要求與應(yīng)用

張仲強，葛宇申，黃薛青

（上海市計量測試技術(shù)研究院，上海 200000）

引言

包裝運輸件測試是模擬產(chǎn)品運輸過程中抵抗外界環(huán)境因素影響的一項環(huán)境性能試驗，運輸過程中產(chǎn)品會因振動造成表面擦傷、漆膜或鍍膜脫落等問題，內(nèi)部部件還會因反復(fù)施加作用力產(chǎn)生螺釘松動、部件變形彎曲、產(chǎn)生裂紋、斷裂和脫落等現(xiàn)象，造成不必要的損失。為了檢驗包裝運輸件能否承受在運輸、使用過程中遇到的各種力學(xué)環(huán)境，需要進行一系列相關(guān)的機械環(huán)境性能試驗，而振動試驗是包裝運輸件測試中的一項重要的環(huán)境性能試驗[1,2]。

振動夾具作為包裝運輸件與振動臺面的重要連接件，能夠真實模擬產(chǎn)品的安裝狀態(tài)，起到準(zhǔn)確傳遞振動量級的作用。夾具性能的優(yōu)劣直接影響振動試驗結(jié)果的真實性和可靠性，嚴(yán)重時直接導(dǎo)致被測產(chǎn)品出現(xiàn)過試驗或欠試驗。本文以包裝運輸件為研究對象，基于包裝運輸件所進行的不同振動試驗類型，設(shè)計一種牢固可靠的包裝運輸件振動夾具，為包裝運輸件振動試驗的順利進行提供保障[3]。

1 包裝運輸件振動試驗類型

包裝運輸件振動試驗主要依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)有ISTA 2A（國際安全運輸協(xié)會）、GB/T 4857.7《包裝運輸包裝件基本試驗方法》，上述標(biāo)準(zhǔn)包括兩種包裝運輸件振動試驗方法，即定位移振動試驗和隨機振動試驗，所利用的振動夾具為圍欄[4]。

1.1 定位移振動試驗

包裝運輸件定位移振動試驗方法是通過圍欄將包裝運輸件固定在振動臺面，圍欄的作用是限制包裝運輸件四周的移動，允許其在垂直振動方向產(chǎn)生移動。以預(yù)定的振幅25 mm，使樣品在2 Hz的頻率下開始振動，逐步增大頻率直至試驗樣品與振動臺面分離。確定試驗樣品與振動臺面分離時的頻率為振動頻率，并進行指定持續(xù)時間的振動試驗。該振動頻率的確定方法是在試驗期間，沿包裝運輸件底部移動厚度為（1.5～3）mm、最小寬度為50 mm的標(biāo)準(zhǔn)量具，如果該標(biāo)準(zhǔn)量具可以掃過至少三分之一試驗樣品的底面積部分，即為試驗樣品與振動臺面實現(xiàn)脫離狀態(tài)[5]。

1.2 隨機振動試驗

包裝運輸件的隨機振動試驗方法是在包裝運輸件周圍加裝圍欄，防止其在四周方向出現(xiàn)大幅移動，但允許其在垂直振動方向產(chǎn)生位移。隨機振動試驗所施加的振動量級為頻率范圍、功率譜密度、振動持續(xù)時間，分別在橫向、縱向和垂向進行指定時間的隨機振動試驗，以評定包裝件對內(nèi)裝產(chǎn)品的保護能力，揭露包裝件結(jié)構(gòu)上的缺陷。

2 包裝運輸件振動試驗夾具設(shè)計要求

目前，常見的包裝件固定裝置是通過壓板、長螺栓將包裝件壓緊固定在振動臺面，存在如下問題：一是壓板與包裝運輸件易發(fā)生相對滑動，其固定的牢固度較差；二是對于較高的包裝運輸件易出現(xiàn)搖擺，高度較高包裝運輸件的整體重心位置偏高，若其固定位置與振動臺面的中心有偏距，包裝運輸件會額外受到偏心力矩作用而出現(xiàn)左右大幅度搖擺現(xiàn)象；三是固定位置由振動臺面的螺孔位置決定，固定位置無法實現(xiàn)水平橫向自由調(diào)節(jié)。

基于包裝運輸件在振動試驗過程中所面臨的實際難題，振動夾具必須具有結(jié)構(gòu)、加工工藝性和動態(tài)傳遞特性等優(yōu)點，結(jié)合包裝運輸件定位移振動和隨機振動試驗所需固定夾具的特點，其在設(shè)計過程中應(yīng)滿足如下設(shè)計要求：①夾具與振動臺面和試件間應(yīng)剛性連接，且能夠模擬產(chǎn)品的真實安裝方式；②垂直方向振動時夾具和產(chǎn)品的合成重心應(yīng)位于振動臺的中心線上，防止振動臺產(chǎn)生搖擺振動；③夾具制造時應(yīng)選用剛度大、阻尼大的鋁合金材料，提高夾具自身的固有頻率，避免夾具與產(chǎn)品產(chǎn)生共振；④夾具與振動臺面的連接螺紋孔應(yīng)均勻分布，夾具結(jié)構(gòu)橫截面應(yīng)均勻一致，提高夾具整體的剛度；⑤夾具應(yīng)設(shè)置用于安裝控制傳感器的位置，其表面應(yīng)平整并具有足夠的剛度[6]。

3 包裝運輸件振動試驗的固定夾具

為了解決現(xiàn)有包裝運輸件壓板夾持固定裝置的牢固性差、較高包裝件易搖擺等問題，研制一種用于包裝運輸件振動試驗的固定夾具，如圖1所示。固定夾具包括臺面連接板、兩個活動立柱、兩個限位立柱以及縱向限位組件，兩個活動立柱相對設(shè)置在臺面連接板上，兩個限位立柱相對設(shè)置在臺面連接板上，兩個活動立柱、兩個限位立柱可沿著臺面連接板兩條對稱軸設(shè)置的滑槽自由移動，實現(xiàn)距離可調(diào)。在包裝運輸件定位移振動試驗中，活動立柱和限位立柱形成用于容納包裝運輸件的限位空間，可以替代定位移振動試驗中圍欄的功能，進而對不同尺寸的包裝運輸件進行固定。同時，調(diào)整限位立柱上圍擋板數(shù)量及其所處的高度，可對較高的包裝運輸件進行限位操作，防止包裝運輸件出現(xiàn)傾倒。

圖1 包裝運輸件振動試驗的夾具裝置圖

在包裝運輸件隨機振動試驗中，縱向限位組件設(shè)在兩個活動立柱之間，縱向限位組件中的橫向壓板能夠沿著活動立柱上下移動，可牢固地將包裝運輸件壓緊固定在振動臺面，限制包裝運輸件沿豎直方向的位移，防止橫向壓板與包裝運輸件發(fā)生相對滑動，此時的固定夾具裝置可滿足包裝運輸件進行隨機振動試驗時對夾具的設(shè)計要求。

4 試驗驗證

為了驗證所述包裝運輸件振動試驗固定夾具的性能，依據(jù)ISTA 2A中的定位移振動和隨機振動試驗方法展開測試，技術(shù)指標(biāo)如表1。其中，包裝運輸件樣品外觀尺寸為230×130×160 mm，質(zhì)量1.5 kg。

表1 包裝運輸件振動試驗技術(shù)指標(biāo)

試驗過程中振動傳感器安裝在與振動臺面連接的夾具底板上，包裝運輸件定位移振動試驗結(jié)果如圖2，可見定位移振動試驗中的目標(biāo)值與響應(yīng)值處于數(shù)值一致，表明該振動夾具能夠?qū)⒄駝优_面的能量很好的傳遞到包裝運輸件。隨機振動試驗的目標(biāo)-響應(yīng)曲線如圖3，可見隨機振動試驗中的響應(yīng)曲線較為光滑連續(xù)、無尖刺，響應(yīng)曲線與目標(biāo)曲線的變化趨勢一致，表明該振動夾具在隨機振動試驗過程中能夠準(zhǔn)確的傳遞振動量級，且夾具的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、牢固，驗證了所述振動夾具在包裝運輸件振動試驗中具有較好的應(yīng)用性。

圖2 包裝運輸件定位移振動目標(biāo)-響應(yīng)曲線

圖3 包裝運輸件隨機振動目標(biāo)-響應(yīng)曲線

5 結(jié)語

本文所研制的包裝運輸件振動試驗的固定夾具，其限位空間的水平方向和垂直方向空間大小可調(diào)，連接牢固可靠，能夠?qū)^高的包裝運輸件進行限位操作，防止包裝運輸件出現(xiàn)傾倒，同時固定包裝運輸件時不易產(chǎn)生非破壞性應(yīng)力損傷，能夠滿足包裝運輸件振動試驗時對振動夾具的設(shè)計要求。