Comment choisir un système de test de vibrations pour votre laboratoire

Qu'est-ce qu'un Système d'essai de vibrations?

Conçu et validé sous la supervision technique de Jimmy Liu, expert en automatisation de laboratoire avec 12 ans d'expérience (ancien responsable technique du centre de certification Foxconn & Huawei).

Un système d'essai de vibrations est une plateforme d'essais de laboratoire utilisée pour simuler les vibrations mécaniques, les contraintes liées au transport, la résonance, la fatigue et les chocs. Un système d'essai de vibrations électrodynamiques complet comprend généralement un corps vibrant, un amplificateur de puissance, un contrôleur de vibrations, un système de refroidissement, des accéléromètres, des dispositifs de fixation et des accessoires optionnels tels qu'un extenseur de tête, une table de glissement horizontale ou une chambre d'essais environnementaux.

Ce système est largement utilisé pour les tests de fiabilité des batteries, des pièces automobiles, des composants aérospatiaux, de l'électronique grand public, des dispositifs médicaux, des emballages et des équipements industriels. Selon les exigences du test, il peut effectuer des essais de vibration sinusoïdale, de vibration aléatoire, de recherche et de maintien de résonance, de choc classique, de vibration sinusoïdale sur vibration aléatoire, de vibration aléatoire sur vibration aléatoire ou des essais combinés de température, d'humidité et de vibration.

Figure 1. Configuration complète du système de test de vibration en laboratoire, comprenant le vibreur, le poste de travail du contrôleur, l'armoire d'amplification, les câbles et le dispositif de test monté.

Liste de contrôle de sélection rapide

Avant de choisir un système d'essai de vibrations, vérifiez les paramètres suivants :

• Norme d'essai : IEC 60068, ISO 16750, MIL-STD-810, UN 38.3, ISTA, ASTM ou profil spécifique au client
• Masse de la charge utile : poids du produit testé
• Masse du dispositif de fixation : poids du dispositif de montage, de l'extenseur de tête ou de l'interface de la table coulissante
• Masse de l'armature : masse mobile du vibreur
• Accélération requise : accélération de pointe ou RMS en g
• Plage de fréquences : fréquence de test minimale et maximale
• Exigence de déplacement : particulièrement importante pour les vibrations de basse fréquence
• Exigence de vitesse : importante pour les essais de choc à haute énergie et à basse fréquence
• Direction de test : test vertical uniquement, test horizontal uniquement ou test sur trois axes
• Méthode de refroidissement : refroidissement par air ou refroidissement par eau
• Mode de contrôle : sinusoïdal, aléatoire, choc, recherche de résonance, maintien, SoR, RoR ou contrôle du kurtosis
• Conditions de laboratoire : alimentation électrique, charge au sol, bruit, eau de refroidissement et espace

Comment calculer la force de vibration requise

L'étape la plus importante consiste à calculer la force dynamique totale requise par le profil de test.

Où? :

• F = force dynamique requise
• Mp = masse de la charge utile
• Mf = masse de la pièce mobile du dispositif de fixation, de l'extenseur de tête ou de la table coulissante
• Ma = masse de l'armature du vibreur
• A = accélération requise
• S = facteur de sécurité, généralement 1.25 ou plus

De nombreuses erreurs d'achat sont dues au fait que seul le poids du produit est pris en compte. Lors d'essais de vibration réels, le dispositif de fixation, l'extenseur de tête, la table de glissement et la masse de l'armature contribuent également à la force du vibreur. Un système qui semble suffisant sur le papier peut s'avérer sous-dimensionné une fois la masse mobile totale incluse.

Figure 2. Diagramme de calcul des forces pour la sélection du système d'essai de vibration : masse de la charge utile, masse du dispositif de fixation, masse de l'armature, accélération et facteur de sécurité.

Refroidissement par air vs refroidissement par eau Système d'essai de vibrations

Les systèmes de vibration à refroidissement par air conviennent généralement aux essais de faible à moyenne force, à l'électronique générale, à l'emballage et aux tests de fiabilité en laboratoire. Ils sont plus faciles à installer et à entretenir, mais le bruit du ventilateur et le dégagement de chaleur doivent être pris en compte.

Les systèmes de vibration refroidis par eau sont généralement privilégiés pour les essais à force élevée, à charge utile importante, sur batteries, dans les secteurs automobile et aérospatial, ainsi que pour les essais de longue durée. Ils offrent un meilleur contrôle thermique et un niveau sonore réduit à proximité du dispositif de vibration, mais nécessitent une circulation d'eau, un échangeur de chaleur et une planification d'installation plus poussée.

Figure 3. Comparaison des systèmes de test de vibration refroidis par air et par eau pour les tests de laboratoire généraux, les tests à force élevée et les applications à charge utile lourde.

Quand avez-vous besoin d'une table coulissante horizontale ?

Une table de glissement horizontale est nécessaire lorsque le produit doit être testé selon les axes X ou Y sans être incliné. C'est le cas notamment pour les produits de grande taille, les batteries, les modules automobiles, les produits contenant des fluides et les équipements qui doivent conserver leur orientation de fonctionnement normale pendant les tests.

Pour les essais sur trois axes, la configuration courante est la suivante :

• Vibration verticale : armature vibrante ou extenseur de tête
• Vibration horizontale selon l'axe X : table de glissement
• Vibration horizontale sur l'axe Y : faire pivoter le produit ou utiliser une autre configuration de table de glissement

Figure 4. Système de test de vibration de table de glissement horizontale pour les tests de l'axe X avec un module de batterie, un agitateur et un contrôleur de vibration.

Matrice de sélection par secteur d'activité

Erreurs courantes lors du choix d'un système de test de vibrations

1. Calcul du poids du produit uniquement, en ignorant la masse du dispositif de fixation.
2. Choisir la puissance nominale sans vérifier les limites de déplacement, de vitesse et d'accélération.
3. Négliger les exigences de déplacement à basse fréquence.
4. Sélectionner les vibrations verticales uniquement lorsque des essais horizontaux sont requis.
5. Acheter un agitateur sans vérifier les fonctions du logiciel de contrôle.
6. Sous-estimation des besoins en alimentation électrique, en charge au sol et en refroidissement du laboratoire.
7. Utilisation d'un dispositif générique provoquant une résonance ou un mouvement transversal.
8. Sélection d'un système refroidi par air pour un test de longue durée à haute force.
9. Sans tenir compte des développements futurs, tels que l'intégration de chambres environnementales.
10. Comparer uniquement le prix au lieu de prendre en compte l'ensemble des capacités et de la fiabilité des tests.

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