GB T 15168-1994 振动与冲击隔离器性能测试方法.pdf

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1、UDC 62-27 : 534. 832 u 47 GB 中华人民共和国国家标准GB/T 15168-94 振动与冲击隔离器性能测试方法Vibration and shock isolators measuring method for its characteristics 1994-06-30发布1995-05-01实施国家技术监督局发布中华人民共和国国家标准振动与冲击隔离器性能测试方法Vibration and shock isolators measuring method for its characteristics 主题内容与适用范围本标准规定了隔离器的静态、动态性能以及冲击隔离

2、性能的测试方法。本标准适用于各种材质、类型以及用途的线性和非线性隔离器性能的测试。2 引用标准GB 2298 机械振动、冲击名词术语GB 5170 电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法GB 6592 电子测量仪器误差的一般规定GB 8540 振动与冲击隔离器确定特性要求导则GJB 150. 18 军用设备环境试验方法一一冲击试验3 测试条件GB/ T 15168 - 94 3. 1 全部或部分采用橡胶材质的隔离器，应在25士5C环境温度中停放46h后，在此环境温度中进行性能测试。3. 2 橡胶隔离器必须在硫化后停放24h以上方可进行性能测试。3. 3 测试设备、仪器、仪表应符合GB5170

3、要求。4 静态性能测试4. 1 静态性能参数隔离器静态性能包含：a. 额定载荷静变形；b. 额定载荷静刚度；c. 静载荷与静变形关系曲线。4.2 测试设备及仪器a. 能均匀加载的装置或标定过的规则质量块；b. 测力装置一一力指示最小值应不大于隔离器额定载荷的10%，测量误差不大于1%;c. 位移测量仪一一测量误差不大于1%。4. 3 测试程序4. 3. 1 在隔离器承载方向上重复进行二次预加载、卸载试验，载荷范围从零至额定载荷的1.25倍，隔离器变形应均匀，其速度不应大于8mm/min。4. 3. 2 第三次从零逐步加载至1.25倍额定载荷后保持30s，再逐步卸载至零，同时应记录各点（最少5点

4、）加、卸载荷时的变形值（其中含o.9倍、1倍及1.1倍额定载荷）。取其平均变形值（即同一载荷时加、国家技术监督局1994-06-30批准1995-05-01实施卸载荷的变形值的平均值）为静变形量。4.4 测试结果计算GB/ T 15168 - 94 4. 4. 1 隔离器额定载荷静刚度K，按式(1)计算。式中：Po隔离器额定静载荷.N;b.P静载荷增量，N;b.X静变形增量，m;b.P 1. lP。一0.9Po K一（1 ) b.X X1.1-Xo.9 X1.1一一在1.1倍额定载荷时隔离器的静变形值，m;Xo.9一一在o.9倍额定载荷时隔离器的静变形值，mo4.4.2 根据4.3. 2测得的

5、隔离器各点静载荷P.及加、卸载荷时的平均静变形值x.，绘制静载荷静变形曲线。5 动态性能测试5. 1 动态性能参数隔离器动态性能包含：a. 在额定载荷下主要承载方向的固有频率；b. 阻尼比；c. 传递率或幅频特性；d. 线性隔离器动刚度；e. 对非线性隔离器应分别绘出静载荷与固有频率关系以及激振位移幅值与固有频率和阻尼比的关系曲线。5.2 动态性能测试方法隔离器动态性能参数的测试，系根据单自由度弹性系统中惯性力、阻尼力、弹性力与外力平衡的原理，在假定弹性系统中为粘弹性结构阻尼、输入为简谐信号的条件下进行的。本标准规定的测试方法包括恒定载荷激振法、变载荷激振法、基础激振法、锤击法和椭圆法等五种方

6、法。5.3 测试设备及仪器5. 3. 1 测试设备应能在较宽的频率范围内产生正弦激励，上、下限频率及载荷应能满足试验要求。5. 3. 2 正弦激励设备的幅值波形失真度，频率及位移指示等基本参数误差要求，应符合GB5170. 13 5170. 15附录B或附录C的规定。5. 3. 3 测量仪器应包含传感器、放大器、示波器及频率计，在锤击法及椭圆法测试中应有记录器。5.3.4 测量仪器的频率范围，频率响应及非线性要求等应符合GB6592的规定。5.4 受试系统安装及测试要求5. 4.1 受试系统由施加于隔离器上的质量及隔离器组成。5.4.2 额定载荷应施加在隔离器的承载方向上，激振力应施加在隔离器

7、的待测定刚度的主轴方向上。5. 4. 3 在测试中系统各部位的连接应牢固，避免振动时松动。5.4.4 当多只隔离器同时测试时，为使静载荷和激振力均匀作用在每只隔离器上，系统刚度中心、质量中心及激振力作用中心，三者应在同一直线上，偏心量不得超过支承最大跨距的10%。5.4. 5 当欲求的刚度其方向与支承方向成90。时，应尽量减小质量中心与刚度中心距离，以减小该方向振动与摇摆振动捐合。5.4. 6 安装架或过渡板应有足够刚性，其局部固有频率至少应为受试系统固有频率的四倍或大于60Hz。5.4. 7 振动传感器应固定在接近受试系统质量中心线及台面中心线上。GB / T 15168-94 s.4.s

8、若将正弦激励装置或受试系统进行悬吊时，其受试系统与悬吊系统固有频率之比至少应足够大，以使受试系统振动稳定。5. 4. 9 采用激振器激励时，应通过挠性杆将激励作用于质量或基座的重心线上。5. 5 测试程序及测试结果计算5. 5.1 激振扫描测试程序恒定载荷激振，变载荷激振及基础激振（振动台激振）的激振扫描程序如下：5. 5. ,. 1 在隔离器承载方向上施加额定静载荷后，对系统进行安装固定，按5.4中有关要求检查受试系统。5. 5. 1. 2 进行激励，在线性系统中，位移幅值宜调整在：a. 恒定载荷及变载荷激振时，其振幅值为1士0.2mm;b. 基础激振时，基础位移幅值为o.2士O.05mm。

9、5. 5.1. 3 频率从低至高进行扫描寻找共振点。恒定载荷激振时，扫描下限频率应为系统固有频率的五分之一或为系统最低稳定频率；变载荷激振时，扫描上限频率与系统固有频率之比应大于4或扫至激励装置的最高频率。5. 5.1. 4 在扫描频率范围内选取68点，其中含共振点及半功率点，分别记录系统质量位移，基础激振时的基础输入位移及相应频率。5. 5. 1. 5 对于非线性隔离器应改变激振振幅及静载荷进行扫描，振幅及静载荷为：a. 改变激振振幅值，以5.5. 1. 2中位移幅值的60%为起点，按20%递增至160%的不同振幅进行激振。重复进行5.5. 1. 3及5.5. 1. 4中程序，此时，静载荷为

10、额定值。b. 改变静载荷，以额定载荷的60%为起点，按20%递增至140%的不同静载荷进行激振。重复进行5.5. 1. 1 5. 5. 1. 4程序，此时激振振幅不变。5.5.2 激振扫描测试结果计算5. 5. 2. 1 固有频率隔离器在额定载荷下的固有频率Jn按式（2）计算。式中：Kn一一隔振器的动刚度，N/m。当平0.25时当市o.25时，a）变载荷激振，fn土八号A寻（2 ) 2M Kn=m(2fon)2-Ko. . . ( 3 ) Kn=m ( 2fon /f士有2)2-K。.( 3a) b）恒定载荷及基础激振，Kn=m( 2fon/ Fi=有2)z_Ko . ( 3b ) 式中：市一

11、一损耗因子；M一一隔离器额定载荷的质量，kg;m一一激振系统质量，kg;儿n一一激振系统共振频率，Hz;Ko激振系统中除受试隔离器外其它弹性元件动刚度总和。若无其它弹性元件，则K。O。5. 5. 2. 2 阻厄比a. 恒定载荷激振法中，阻尼比5按式（4）或式（5）计算：式中：TAmax=Xomax/Xo;Ttt=Xomax/X。；Xomax系统共振位移幅值，m;GB/ T 15168- 94 2一立土叫r12 2 Xo寸Xomax一系统最低稳定频率下位移幅值，m;X。一一任意频率下位移响应幅值，m;一一系统激振圆频率，rad/s;的一一系统共振圆频率，rad/s。b. 变载荷激振法中，阻尼比E

12、按式（6）或式（7)计算：立一11 2 2 TRmax I , I叫l21 ( 6 ) 立1I w I I 飞ft ( 7 ) 2 2 I J飞an-1生i式中：TRmax岳飞Xe一一超过共振频率后，不再随频率变化的稳定位移响应幅值，m。c. 基础激振法中，阻尼比8按式（8）计算式中：Tomax= Xomax / Uo; E二主二.“. ( 8 ) 气In . -1 u。一一基础或振动台激振位移幅值，m。5. 5. 2. 3 传递率a. 在恒定载荷激振法中，若测得稳定的位移响应幅值Xo，则其与任意频率下位移响应幅值X。之比，可按式（9）计算该频率下的传递率TA，绘出TA与问关系曲线，即为传递率

13、曲线。若系统不存在Xo值时，则不宜采用此法求该隔离器的性能参数。一X。一II+if A瓦I i一（叮J2平2( 9 ) b. 在变载荷激振法中，若测得稳定的位移响应值Xe，按式(10）计算相对传递率TR，绘出TR与的关系曲线，即为相对传递率曲线。若系统不存在Xe值时，则不宜采用此法求该隔离器的性能参数。T一圣R-xG Jl一（二r2币2c. 在基础激振法中，测出各频率下位移响应幅值X。，及基础激振位移幅值Uo，按式(11)计算传递率TA，绘出TA与r.v/r.vn关系曲线，即为传递率曲线。TA至Uo 1俨i一（二n2币2GB/ T 15168- 94 5.5.3 锤击法测试程序及结果计算5.

14、5. 3.1 按5.4中有关要求检查受试系统。5. 5, 3- 2 通过质量中心作用一瞬态力。5. 5. 3- 3 记录质量的自由振动衰减位移波形及参考正弦波形。5. 5. 3. 4 锤击法测试结果计算a. 阻尼比当自由振动被形个数n4时，阻尼比按式(12）计算，否则不能用锤击法。A ：斗斗( 12 ) 2 2匀42+A2式中：A一单个波形对数衰减率，A士ln丢了n一一自由振动波形个数；X，一一第i个波峰幅值，m;X，”一一第（i+n）个波峰幅值，mob. 固有频率当自由振动系统中除受试隔离器外，无其它弹性元件时，则固有频率按式(13）计算。式中：L,参考波形波长，m;f，一一参考波形频率，H

15、z;L一一被视j波形波长，m。c. 动刚度按式（3）计算。5. 5.4 椭圆法测试程序及结果计算f , L, f, 1 =- n i F可5. 5. 4. 1 按5.4中有关要求检查受试系统。5.5.4.2 将力传感器安装在隔离器与传递力输出端之间。5. 5. 4. 3 扫描确定共振点，共振位移幅值宜保持在1士0.2mm范围内。5. 5. 4.4 将共振点的位移及传递力信号记录在X-Y记录器上，绘出椭圆图象。5.5.4.5 进行力及位移标定，根据传感器灵敏度及放大器输出灵敏度定出图象上单位长度代表的力及位移值。5. 5. 4. 6 椭圆法测试结果计算a. 阻尼比按式(14）计算E一立1 Fo_

16、 C 2 2 FT B 式中：Fo一位移达到零时的传递力（等于阻尼力），N;FT一一位移达到最大值时的传递力（等于弹性力），N;C一一位移达到零时传递力在迟滞回线上双幅长度，mm;B一与最大位移对应的传递力在迟滞回线上双幅长度，mm。b. 动刚度按式(15）计算( 14 ) FT B. (3 K一一一一（15 ) X A 式中：A最大位移在迟滞回线上双幅长度，mm;一一椭圆图上横坐标单位长度代表的位移，m/mm;GB / T 15168-94 卢一一椭圆图上纵坐标单位长度代表的力，N/mmoc. 固有频率按式（2）计算。6 冲击隔离性能测试6. 1 冲击隔离性能参数隔离器冲击隔离性能包含：a.

17、 冲击加速度传递率；b. 隔离器冲击变形。6.2 测试设备及仪器6. 2.1 测试设备应能满足对冲击脉冲波形、峰值加速度、持续时间及有效载荷等要求，或根据隔离器应用场合，按GJB150. 18中有关规定来确定冲击测试设备和要求。6- 2. 2 对测量仪器的要求按5.3.4规定。6.2. 3 冲击测量仪器应包含测量隔离器冲击变形用的电测系统或机械式划针。6. 2.4 指示显示应具有对瞬态信号最大值的保持功能。6. 2. 5 冲击加速度传感器横向灵敏度比不大于5%。6-3 受试系统安装及测试要求6. 3.1 受试系统的安装与测试应满足5.4. 1 5. 4. 7的要求。6. 3. 2 位于冲击机上

18、的受试系统，其质量中心与系统刚度中心之距离不应大于隔离器之最小间距的一半。6. 3.3 测量冲击输入的传感器应通过传递特性与之相匹配的机械滤波器与输入台面相连。6. 3. 4 与传感器相连的输入导线其根部应紧贴在被测体上。6.4 测试程序及结果计算6- 4. 1 冲击试验应在隔离器互相垂直的三个主轴方向上进行。在每个方向上按三种高度（或角度）进行冲击。6. 4.2 每次冲击应在其作用力的方向上测量任意对角线上两个隔离器冲击变形、质量的冲击响应加速度及台面的冲击输入加速度。6-4-3 在每次冲击前必须对传感器、系统及台面的所有连接螺栓进行检查并固紧。6.4.4 隔离器每冲击一次之后，应检查隔离器

19、各构件及相互之间的变化情况，冲击测试结束后应检测隔离器性能变化情况，并如实记录在试验报告中。6-4-5 测试结果计算a. 隔离器冲击变形平均值主按式06）计算X; X；二L一.( 16 ) 式中：X；一一每只隔离器每次冲击的变形值，m;n一一位移测点数。b. 冲击加速度传递率Tch按式(17）计算n 文，hTch (dB)= 20lg气？（17 ) u。式中：.X,h一冲击加速度响应值，pu。一一冲击加速度输入值，g。A1 动态性能测试原理GB/T 15168-94 附录A测试原理（参考件）根据单自由度弹性系统中惯性力、弹性力、阻尼力及外力平衡原理确定隔离器动态性能参数。当系统假定为粘弹性结构

20、阻尼，输入为简谐信号时，不同的激振法，其力学模型如图Al所示，运动方程式按式（Al)确定。MX+K4;wd一一系统阻尼固有圆频率，rad/s，叫wnvl一（可2)2;f，一幅值为X，时所对应的时间，s。x b. 损耗因子飞A/AAA/A人人AA v v v v y v. v v v v v V飞图AZ自由振动衰减波形自由振动衰减中单个波形的对数衰减率A按式（A26）计算：参考波ljJ1 x =-ln一_i_. ( A26 ) n X + 将式（A24）、（A25）代入式（A26）中得到损耗因子平表达式（A27):A/ 斗斗气( A27) r;石耳2当）.242时，式（A27）简化为式（A28)

21、:71=.).j. ( A28 ) c. 动刚度在记录时域位移波形时，同时给出频率已知的参考正弦波信号，系统固有频率按式（A29）计算：fn L，.汇1一一（A29) L II=百万节式中：L，一参考波形波长，m;10 L一一自由振动衰减被形波长，m;f，一一参考波形频率，Hz。动剧度按式（A30计算：GB/T 15168-94 K=M(2fn)2. ( A30) A1-5椭圆法根据式（Al)中阻尼力与弹性力正交，以及传递力由阻尼力和弹性力合成的原则，可从共振位移及传递力在X-Y坐标图上构成的共振迟滞回线中确定动态性能参数，迟滞回线如图A3所示。a. 动刚度当位移为最大值时速度为零，此时，传递

22、力FT等于弹性力KX。，动刚度按式（A31)计算：FT B.卢X A 式中：A，最大位移在迟滞困线上的双幅长度，mm;B一一与最大位移对应的传递力在迟滞回线上的双幅长度，mm;一一椭圆图上横坐标单位长度代表的位移，m/mm;F一一椭圆圈上纵坐标单位长度代表的力，N/mm;FT一一位移达到最大值时的传递力.N.,F c:i (.) A 国A3也j带国线b. 损耗因子x x. ( A31 ) C B 当共振时，阻足力Fo=jKXo1J言卢，弹性力FT=KXo言卢，则损耗因子按式（A32）计算：1J Fo C I一：.寸的2) FT B 式中：C一一位移达到零时传递力在迟滞回线上的双幅长度，mm;F

23、o一一位移达到零时对应的传递力，N。A2 冲击隔离性能满试原理A2.1 冲击加速度传递率弹性系统受到冲击时，力的传递过程与振动中的基础撒振法相似，即力由基础向弹性系统传递，其差别在于：11 GB/T 15168-94 a. 冲击时，运动方程式（Al)中F0ei耐O;b. 基础输入加速度斗为一具有爆发性的瞬态值；c. 除无阻尼纯金属线性弹性元件外，大部分弹性系统，冲击响应呈非线性，大变形按不等的自由振动旗率进行衰减。但为了便于分析，被捕系统假定为单自由度、无阻尼的线弹性系统，当系统输入为半正弦脉冲时，冲击运动方程为：MX十K(Xu)=O.”. ( A33 ) . ( A34) （句且u。siu(

24、tQ) =O tQr J 式中z一一一半正弦陈冲持续时间，s;P一冲击脉冲作用时激振频率，rad/s,P=7t/r;tQ一一冲击除冲时间变麓，s;u。一冲击输入位移，m。当初始条件t=O时，X(t)=X(t)=O解方程（A34）得冲击位移响应如式CA35):X=Asin(wdt十十UoTAsinPtQ . . . ( A35) 式中：A、一一由起始条件决定的常数。曲式（A35）可见，冲击响应由强迫振动和自由振动两部分组成。并为冲击输入位移和传递率的函数，强迫振动和自由振动最大加速度响应，分别由式CA36）、（A37)表示：XQ = -u0TAP2sinPtQmax . ( A36) Xz= -uoTAPw.sin(wntm苯十. ( A37) 因X.Q及Xz不在同一时间发生，故以Xch表示系统加速度响应最大值。冲击输入如速度品可以按式（A38）计算：u= -uoP2sinPtQ斗。sinJtQ. ( A38 ) 以分员表示的冲击加速度传递率Tch按式（A39）定义：X.,h Tch=20lg气：. ( A39 ) Uo A2.2 隔离器冲击变形，在冲击的瞬态中直接蹦出。12 附加说明本标准由中国船舶工业总公司提出。本标准由全国机械振动与冲击标准化技术委员会归口。本标准由中国船舶工业总公司第七研究院七0四研究所负责起草。本标准主要起草人于香凤、管月英。