新しい車で、CDプレーヤーが突然スキップしてリスニング体験を台無しにするような、でこぼこの道を運転していると想像してみてください。さらに気になるのは、エンジンの激しい振動が部品の寿命を縮めたり、潜在的な故障を引き起こしたりする可能性があるかどうかです。さまざまな振動条件下で、製品の性能と信頼性を科学的に評価するにはどうすればよいでしょうか？振動試験は、これらの課題に対する重要なソリューションを提供します。
この記事では、振動試験の原理、方法論、およびアプリケーションについて考察し、エンジニア、製品設計者、および品質管理専門家が製品の信頼性を向上させるための技術的なガイダンスを提供します。
振動試験は、現実世界の振動条件をシミュレートして、製品の性能と信頼性を評価します。この方法は、以下に役立ちます。
- 潜在的な欠陥を特定する：緩んだ部品や接続不良など、設計、製造、または材料の欠陥を明らかにする
- 耐久性を評価する：継続的な振動下での製品寿命を予測し、改善を促す
- 設計を検証する：振動規格または顧客の要件への準拠を確認する
- 性能を最適化する：試験データを使用して、構造設計を洗練させ、耐振動性を向上させる
振動試験は、機械的な動きや振動にさらされる業界全体に適用されます。
- 自動車：道路状況全体で信頼性の高い動作を確保するために、エンジン、トランスミッション、およびサスペンションコンポーネントを評価する
- 航空宇宙：安全性を確保するために、打ち上げおよび飛行中の航空機および宇宙船の性能を検証する
- 電子機器：輸送中および使用中の振動に対するデバイス（電話、コンピューター、テレビ）の耐性をテストする
- 鉄道輸送：運用上の安全性を維持するために、高速列車のコンポーネントを評価する
- 包装：保護包装の効果を評価するために、輸送振動をシミュレートする
振動試験システムは、これらの主要な要素で構成されています。
- 振動シェーカー（励振器）：特定の周波数、振幅、および波形の振動を生成する
- パワーアンプ：シェーカーに駆動電力を供給する
- 振動コントローラー：さまざまなテストタイプに対して振動パラメータを管理する
- センサー（加速度計）：フィードバック制御のために振動加速度を測定する
- コンピューターとソフトウェア：テストを構成し、進捗状況を監視し、データを分析する
動作原理：
コントローラーは、アンプがシェーカーを駆動するために増幅する電気信号を生成します。加速度計は振動データをコントローラーにフィードバックし、正確な試験条件を維持する閉ループシステムを作成します。
電磁型シェーカーの動作：
これらの広く使用されているシェーカーは、フレミングの左手の法則に基づいて動作します。磁場内の電流が流れる導体は機械的な力を受けます。コイル電流を制御することにより、シェーカーは振動を生成する可変電磁力を生成します。
システムの「頭脳」として、振動コントローラーはこれらの重要な機能を実行します。
- 振動信号（正弦波、ランダム信号、衝撃パルス）を生成する
- センサーフィードバックに基づいてシェーカー出力を調整する
- 加速度、速度、および変位データを収集および分析する
- 異常が発生した場合にシステムの状態を監視し、テストを停止する
アンプは、コントローラー信号を増幅してシェーカーを駆動します。その性能は、システム全体の能力に直接影響します。
テストは、振動信号の特性によって分類されます。
- 正弦波振動試験：正弦波を使用して共振周波数を特定し、疲労寿命を評価する
- ランダム振動試験：ランダム信号を使用して、複雑な現実世界の条件をシミュレートする
- 衝撃振動試験：衝撃パルスを使用して、突然の力に対する耐性を評価する
加速度は、速度がどれだけ速く変化するかを測定し（m/s²）、振動強度を記述するために不可欠です。テストパラメータは、システムの能力を超えない適切な加速度値を指定する必要があります。
さまざまなモーション構成は、さまざまな環境をシミュレートします。
- 単軸：単純なシミュレーションのための垂直または水平方向の動き
- 三軸：垂直、水平、および前後方向の同時運動
- 多軸：地震動などの複雑なシミュレーション
主な選択要因には以下が含まれます。
- テスト対象のサイズと重量
- 必要なテストパラメータ
- テスト環境の制約
- 予算の考慮事項
適切な治具は、測定干渉を最小限に抑えながら、テスト対象物をシェーカーにしっかりと取り付けます。特殊な用途には、カスタム治具が必要になることがよくあります。
標準化されたテストは、一貫性のある比較可能な結果を保証します。
- 自動車：ISO 16750、GB/T 28046
- 鉄道：EN 61373、IEC 60068
- 輸送：ASTM D4169、ISTA
- 電子機器：IEC 60068、MIL-STD-810
- 航空宇宙：MIL-STD-810、RTCA DO-160
- バッテリー：UN 38.3、IEC 62133
振動試験は、製品の信頼性評価に不可欠なツールであり続けています。試験の原理、システムコンポーネント、および適切な実装を理解することにより、メーカーは、要求の厳しい環境での製品の耐久性と性能を大幅に向上させることができます。