研究室に適した振動試験システムの選び方

とは 振動試験装置?

ジミー・リウ氏（ラボオートメーション分野で12年の経験を持つベテラン、元フォックスコンおよびファーウェイ認証試験センターのテクニカルリード）の技術監督の下で設計および検証されました。

振動試験システムは、機械的振動、輸送時の応力、共振、疲労、衝撃などの状態をシミュレートするために使用される実験室用試験プラットフォームです。完全な電気力学的振動試験システムは通常、シェーカー本体、パワーアンプ、振動コントローラ、冷却システム、加速度計、治具、およびヘッドエキスパンダー、水平スリップテーブル、環境試験チャンバーなどのオプションのアクセサリで構成されます。

このシステムは、バッテリー、自動車部品、航空宇宙部品、家電製品、医療機器、包装材、産業機器などの信頼性試験に幅広く使用されています。試験要件に応じて、正弦波振動、ランダム振動、共振探索および保持、古典的な衝撃試験、正弦波＋ランダム振動、ランダム振動＋ランダム振動、または温度・湿度・振動複合試験を実施できます。

図1．振動試験システムの実験室における完全なセットアップ。シェーカー、コントローラーワークステーション、アンプキャビネット、ケーブル、および取り付けられた試験治具を含む。

クイック選択チェックリスト

振動試験システムを選定する前に、以下のパラメータを確認してください。

• 試験規格：IEC 60068、ISO 16750、MIL-STD-810、UN 38.3、ISTA、ASTM、または顧客固有のプロファイル
• ペイロード質量：試験対象製品の重量
• 治具質量：取り付け治具、ヘッドエキスパンダー、またはスリップテーブルインターフェースの重量
• アーマチュア質量：シェーカーの可動質量
• 必要な加速度：ピーク加速度または実効加速度（g単位）
• 周波数範囲：最小および最大テスト周波数
• 変位要件：特に低周波振動において重要
• 速度要件：高エネルギー衝撃および低周波試験において重要
• 試験方向：垂直方向のみ、水平方向のみ、または3軸試験
• 冷却方式：空冷式または水冷式
• 制御モード：正弦波、ランダム、衝撃波、共振探索、滞留時間、SoR、RoR、または尖度制御
• 実験室の条件：電源、床荷重、騒音、冷却水、およびスペース

必要なシェーカー力の計算方法

最も重要なステップは、試験プロファイルに必要な総動的力を計算することです。

どこ：

• F = 必要な動的力
• Mp = ペイロードの質量
• Mf = 治具、ヘッドエキスパンダー、またはスリップテーブル可動部の質量
• Ma = シェーカーアーマチュアの質量
• A = 必要な加速度
• S = 安全率、通常1.25以上

購入時に多くのミスが発生するのは、製品の重量だけを考慮しているためです。実際の振動試験では、治具、ヘッドエキスパンダー、スリップテーブル、アーマチュアの質量もシェーカーの力を消費します。図面上では十分に見えるシステムでも、可動質量全体を含めると、実際には容量不足になる場合があります。

図2. 振動試験システム選定のための力計算図：ペイロード質量、治具質量、アーマチュア質量、加速度、安全率。

空冷式 vs 水冷式 振動試験装置

空冷式振動試験システムは、通常、小～中程度の力での試験、一般的な電子機器、包装、および実験室での信頼性試験に適しています。設置とメンテナンスが容易ですが、送風機の騒音と放熱を考慮する必要があります。

水冷式振動試験装置は、高荷重、高負荷、バッテリー、自動車、航空宇宙、および長時間試験に一般的に採用されます。熱制御性に優れ、振動試験装置周辺の騒音も低減されますが、水の循環、熱交換、およびより綿密な設置計画が必要となります。

図3．一般的な実験室試験、高荷重試験、および高負荷用途における、空冷式と水冷式の振動試験システムの比較。

水平スリップテーブルはどのような場合に必要になりますか？

製品を横向きにすることなく、X軸またはY軸方向に試験する必要がある場合は、水平スリップテーブルが必要です。これは、大型製品、バッテリーパック、自動車用モジュール、液体を含む製品、および試験中に通常の動作方向を維持する必要がある機器によく見られます。

3軸試験における一般的な構成は以下のとおりです。

• 垂直振動：シェーカーアーマチュアまたはヘッドエキスパンダー
• 水平X軸振動：スリップテーブル
• 水平Y軸振動：製品を回転させるか、別のスリップテーブル設定を使用してください

図4．バッテリーモジュール、シェーカー、振動コントローラーを備えた、X軸試験用の水平スリップテーブル振動試験システム。

業界別選定マトリックス

振動試験システムを選ぶ際によくある間違い

1. 製品の重量のみを計算し、治具の質量は無視する。
2. 変位、速度、加速度の制限値を確認せずに、力定格を選択すること。
3. 低周波変位要件は無視する。
4. 水平方向の試験が必要な場合のみ、垂直方向の振動試験を選択する。
5. コントローラーソフトウェアの機能を確認せずにシェーカーを購入する。
6. 実験室の電力供給、床面積負荷、冷却要件を過小評価している。
7. 共振や軸間振動を引き起こす汎用的な治具を使用する。
8. 長時間にわたる高負荷試験には、空冷式システムを選定する。
9. 環境チャンバーの統合など、将来的な拡張については考慮しない。
10. 価格だけを比較し、総合的な試験能力や信頼性を考慮していない。

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KINGPOは、研究所、製造業者、試験機関向けに、カスタマイズされた振動試験システム構成サポートを提供しています。お客様の製品重量、試験規格、振動プロファイル、軸方向、治具要件、および実験室環境に基づいて、KINGPOのエンジニアが最適なシェーカー、アンプ、コントローラー、冷却システム、スリップテーブル、治具、および複合環境試験ソリューションの選定を支援します。

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