Аппаратное обеспечение испытаний изделий на воздействие вибрации

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 
 
 
 
 
 
 
 
 
АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ  
ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ  
НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ 
 
 
Допущено Учебно-методическим объединением вузов 
по университетскому политехническому образованию 
в качестве учебного пособия  
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению 200500  
«Метрология, стандартизация 
и сертификация», специальности 200501  
«Метрология и метрологическое обеспечение» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 

Москва 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2011 

УДК 620.175.5 
ББК  32.844-07 
   А76 
 
Рецензенты: д-р техн. наук, проф. А.А. Барзов,  
канд. техн. наук В.А. Шалаев 

 
 
Аппаратное обеспечение испытаний изделий на 
воздействие вибрации : учеб. пособие / В.Д. Шашурин, 
О.С. Нарайкин, С.А. Воронов, В.М. Башков, С.Н. Синавчиан, 
С.А. Козубняк. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. 
– 74, [2] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-3334-6 

Рассмотрены вопросы выбора технических средств для испытаний изделий на воздействие вибрации. Даны классификации измерительного и испытательного оборудования, приведены примеры. Описаны принцип действия и основные характеристики преобразователей механических величин и способы их крепления к исследуемому 
объекту. 
Для студентов старших курсов, обучающихся по дисциплинам 
«Теория механических колебаний» и «Испытания радиоэлектронных систем». 
 
УДК 620.175.5 
                ББК 32.844-07 
 

 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7038-3334-6                              МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011 

A76 

1. ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ВИБРАЦИИ  
И РЕЗУЛЬТАТЫ ЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ 

1.1. Источники вибрации 

Современная радиоэлектронная аппаратура эксплуатируется в 
сложных условиях, характеризуемых широким диапазоном режимов работы, а также разнообразием внешних воздействий, среди 
которых наиболее «жестким» является вибрация. Так, около 60 % 
отказов радиоаппаратуры, установленной в изделиях аэрокосмической техники, возникает в результате воздействия вибрации. Источники вибрации чрезвычайно разнообразны. 
Вибрации в изделии возникают при его транспортировке и 
эксплуатации. При транспортировке аппаратуры следует различать 
внутренние и внешние источники возбуждающих колебаний. 
Внутренними источниками является, например, неравномерное 
вращение вала двигателя, деталей трансмиссии или ходовой части. 
К внешним источникам относятся неровности дороги, пульсирующие порывы ветра, атмосферная турбулентность, акустический шум, волнение водной поверхности и другие возбудители. 
При эксплуатации радиоаппаратуры источниками вибрации 
могут быть как непосредственно элементы конструкции радиоаппаратуры (вращающиеся части вентиляторов и электродвигателей, 
агрегаты электропитания и преобразователи тока и т. д.), так и узлы изделия, на которое аппаратура установлена. Наиболее сложный характер вибрации испытывает радиоаппаратура в изделиях 
ракетно-космической техники, особенно в режиме запуска. Основными причинами вибрации в данном случае являются работа двигателя и аэродинамические эффекты.  
Такие источники вибрации в большинстве случаев можно изолировать от аппаратуры и ее виброчувствительных элементов. Интенсивность воздействия вибрации на изделие определяется не 
только амплитудой колебаний, но и максимальным ускорением. 
Наибольшую опасность для аппаратуры, находящейся под воздействием вибрации, создают резонансные эффекты, когда частота 
вибрации близка к собственным частотам колебаний элементов 

конструкции. Значительную трудность в распознавании представляют параметрические резонансы элементов аппаратуры, борьба с 
которыми затруднена в связи с тем, что параметрические колебания происходят в низкочастотных и высокочастотных диапазонах. 

1.2. Результаты воздействия вибрации  
на функционирование приборов 

Вибрационные перегрузки вызывают механические повреждения аппаратуры, ее монтажа и нарушение режима работы, а в некоторых случаях могут быть причиной неработоспособности аппаратуры. При совпадении частоты вибрации с собственными резонансными частотами элементов аппаратуры возможен обрыв 
проводов в местах их закрепления или соединения с деталью, нарушение герметизации, возникновение коротких замыканий между 
деталями и т. д. Мелкие радиодетали с выводами диаметром 
0,6…1,06 мм, длиной 30 мм и массой 0,03…12,4 г имеют собственные резонансные частоты 200…450 Гц. Уменьшение длины 
выводов до 12,5 мм приводит к росту собственной резонансной 
частоты до 1000…1500 Гц, что можно использовать для уменьшения влияния вибрации. Увеличение резонансной частоты и 
уменьшение амплитуды колебаний достигается применением более толстых проводов, уменьшением массы деталей и использованием приспособлений для креплений шасси. 
В регулируемых радиоэлементах под действием вибрации может наблюдаться применение первоначально установленных номинальных значений: например, у переменных резисторов возможно 
смещение движка и изменение сопротивления, а у конденсаторов — 
изменение емкости. Кроме того, вибрация пластин конденсаторов 
переменной емкости и электродов электровакуумных элементов 
может вызвать появление микрофонного эффекта. Вибрация закрепленных с помощью шпилек, болтов и кронштейнов тяжелых радиоэлементов  может привести к их поломке. 
Вибрации электровакуумных приборов вызывают повреждение 
нитей накала и подогревателей, нарушение контактов в местах точечных сварок, изменение межэлектродных расстояний, увеличение газовыделения и нарушение вакуума, рост виброшумов ламп, 
повреждение спая металла со стеклом и т. п. Для электровакуумных приборов наиболее опасным является диапазон частот 
175…500 Гц, в котором расположены их собственные резонансные 
частоты. 

Вибрация вызывает отвинчивание крепежных элементов, что, в 
свою очередь, ведет к разгерметизации конструкции и ее возможной поломке.  
Действие вибрации на несущие элементы конструкций изделий 
(например, шасси, каркасы, стойки, кронштейны) в случае возникновения резонансных явлений может вызывать их поломку. Резонансные явления в конструкциях возникают в диапазоне частот 
15…150 Гц. Некоторые конструкции изделий поглощают высокочастотные составляющие амплитудно-частотного спектра сильнее, 
чем низкочастотные. Поэтому при измерении вибрации около ее 
источника форма колебаний элементов конструкции отличается от 
периодической, а вдали от источника может быть даже синусоидальной. 
Вибрация уменьшается при установке между вибрирующим 
объектом и его основанием различных упругих прокладок, применении виброизоляторов различного типа, изготовлении деталей из 
пластмасс и т. п. 

2. ИСПЫТАНИЯ НА ВОЗДЕЙСТВИЯ ВИБРАЦИИ 

2.1. Цель испытаний 

Соотношения между степенью жесткости внешних механических воздействий, прочностью и стабильностью работы аппаратуры 
определяют способность аппаратуры нормально функционировать  
и безотказно выполнять требуемые операции. Одним из основных  
и наиболее широко осуществляемых видов испытаний аппаратуры и 
ее элементов на механические воздействия являются вибрационные 
испытания. Основная цель вибрационных испытаний — установление способности изделий противостоять разрушающему влиянию 
механических воздействий (испытания на вибропрочность), а также 
определение их способности выполнять свои функции при сохранении значений электрических параметров в пределах установленных 
норм (испытания на виброустойчивость). 
В рекомендациях Международной электротехнической комиссии (МЭК) целью испытаний на воздействие гармонической вибрации названо определение устойчивости аппаратуры и ее элементов к воздействию вибрации с заданной степенью жесткости. 

При испытаниях на воздействие вибрационных нагрузок необходимо решить следующие вопросы:  
1) подвергать ли испытаниям готовое изделие или его отдельные элементы?  
2) какое минимальное число измерительных точек следует выбирать и как они должны быть расположены для оценки распределения перегрузок в изделии? 
3) какие приспособления необходимо выбрать или изготовить 
для крепления изделия к источнику вибрации?  
4) какой метод испытания следует применить? 
5) каким оборудованием следует пользоваться и какой виброиспытательный комплекс следует создавать? 

2.2. Виды испытаний 

Существуют следующие виды механических испытаний аппаратуры и изделий: 
 стендовые или лабораторные; 
 полунатурные; 
 натурные в условиях эксплуатации. 
Стендовые или лабораторные виброиспытания осуществляют на 
вибростендах, которые приближенно воспроизводят реальные динамические нагрузки, действующие на аппаратуру при транспортировании и эксплуатации. При таких испытаниях проверяют качество 
изготовления, работоспособность и долговечность аппаратуры. 
Нормы стендовых испытаний должны соответствовать параметрам динамических нагрузок, полученным в реальных условиях 
эксплуатации аппаратуры. Если таких данных нет, то при стендовых испытаниях принимают ориентировочные, несколько завышенные нормы, которые определяют по прототипам исходя из условий эксплуатации аппаратуры, аналогичной разрабатываемой. 
Общая длительность стендовых испытаний должна быть ограниченной, если не ставится задача определения предела долговечности аппаратуры. 
Стендовые испытания проводят в следующем порядке: 
1) определяют частоты резонансов в заданном диапазоне частот и испытывают на вибропрочность на фиксированных частотах 
(контрольные испытания); 
2) испытывают аппаратуру на вибропрочность в диапазоне 
частот, а затем на виброустойчивость. 

После конструкционной доработки аппаратуру вновь подвергают вибрационным испытаниям. 
При определении резонансных частот аппаратуру в выключенном состоянии подвергают воздействию гармонической вибрации 
при пониженных значениях ускорения, как правило, не превышающих 20 м/с2, в диапазоне частот 10…150 Гц. Резонансные частоты регистрируют и составляют их спектр. 
После нахождения спектра резонансных частот исходя из требований к испытаниям назначают одну или несколько нерезонансных 
частот, при которых проводят контрольные испытания аппаратуры 
на воздействие ускорения при различной длительности испытания. 
Испытания на одной частоте предусматривают выявление производственных дефектов изготовления аппаратуры, поэтому при контрольных испытаниях ее не следует испытывать на резонансной 
частоте. 
Если испытания проводились на резонансной частоте, то в 
случае обнаружения какого-либо дефекта трудно установить причину разрушения, так как при длительных испытаниях разрушение 
может быть вызвано действием резонансных эффектов, а не дефектом изготовления аппаратуры. Поэтому испытания рекомендуется начинать с определения резонансных частот при пониженных 
значениях воздействующих ускорений гармонической вибрации. 
При испытании на вибропрочность в диапазоне частот аппаратура подвергается воздействиям гармонической вибрации с плавной разверткой частоты, а также широкополосной, узкополосной 
или смешанной вибрации. При этом общее время испытаний разделяют на равные промежутки, в течение которых осуществляют 
испытания на каждой выбранной частоте. Не рекомендуется проводить испытания на вибропрочность на резонансных частотах, за 
исключением некоторых случаев, которые оговариваются особо. 
Во время испытаний на вибропрочность в диапазоне частот аппаратуру и ее отдельные элементы периодически проверяют на отсутствие механических повреждений.  
Испытания на виброустойчивость проводят при включенном 
состоянии испытываемой аппаратуры, поэтому к ней должны быть 
подключены измерительные приборы, с помощью которых контролируют работоспособность и изменение параметров аппаратуры при воздействии на нее вибрации с заданной перегрузкой в заданном диапазоне частот.  
Перед проведением стендовых испытаний изделия осматривают и измеряют значения указанных в технических условиях пара

метров. Время испытаний и требования к изменению параметров в 
условиях вибрационных испытаний установлены нормативнотехнической документацией. 
Для проведения испытаний изделия или аппаратуру закрепляют 
на платформе (столе) вибростенда так, чтобы вибрация передавалась 
с минимальными потерями. Выбирая способы закрепления, необходимо учитывать положение изделия при эксплуатации, а также возможности вибростенда. Следует учитывать особенности закрепления 
на столе вибростенда отдельных приборов или изделий, а также различных радиоэлементов. Возможны случаи, когда отдельный элемент, будучи установленным на специальной плате, нормально выдерживает испытательный режим, но отказывает при испытаниях, 
будучи установленным в изделиях. Это объясняется тем, что некоторые конструкции могут усиливать вибрационные нагрузки. Особую 
опасность представляют случаи, при которых возникают резонансные явления. Для повышения эффективности изделия испытывают в 
условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации, или 
испытывают их элементы при увеличении нагрузки в 1,5 раза. 
При проведении испытаний элементов, установленных на специальных платах, возможны случаи, когда они не выдерживают 
испытаний по причине увеличения нагрузки вследствие резонансных явлений. Поэтому изделия (элементы), работающие в какомлибо комплексе, целесообразно испытывать в сочлененном состоянии. Если изделие эксплуатируется под нагрузкой, то и испытания следует проводить под нагрузкой.  
При наличии резонансных эффектов рекомендуется дополнительно испытывать изделия на виброустойчивость на резонансных 
частотах. Если испытуемое изделие представляет собой сложную 
систему, то оно обладает несколькими резонансными частотами. 
При испытании следует определять и фиксировать в документации 
все резонансные частоты до 20 000 Гц, так как эти данные могут 
быть использованы при конструктивной доработке аппаратуры. 
В зависимости от демпфирующих свойств конструкции, затухания вибрации в элементах конструкции аппаратуры, свойств материала, из которого изготовлена конструкция, амплитуды колебаний 
при резонансе имеют конечное значение. Если амплитуда колебаний не превышает заданного значения (например, удвоенной амплитуды вибрации, воздействующей на аппаратуру), то резонанс 
считают допустимым. 
В практике стендовых испытаний на виброустойчивость наибольшее применение находит прямой способ определения частоты