IEC 68-2-47 元件、裝備與其他產品動態試驗之固定方法及指引

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IEC68-2-47元件、裝備與其他產品動態試驗
(包括衝擊、顛簸、振動及穩態加速度)之固定方法及指引

IEC68-2-47Mountingofcomponents,equipmentandotherarticlesfordynamictestsincludingshock(Ea),bump(Eb),vibration(Fc&Fd)andsteady-stateacceleration(Ga)andguidance

前言

本試驗法之主要目的在說明元件、裝備與其他產品執行動態試驗如衝擊、顛簸、振動及穩態加速度等之標準固定方法。

範圍

本試驗法適用於對未包裝元件、裝備等施行衝擊、顛簸、正弦振動、隨機振動及穩態加速度試驗時之固定。

本試驗法適用於整體包裝試驗時之固定。

限制

本試驗法不適用於包裝物內部物件試驗時之固定。

固定方法步驟

• 首先，將試件依其為元件或裝備作分類。
• 試件為元件時，若在相關規範中無詳細規格，方採用本試驗指引所提供之固定方法。
• 試件為裝備時，除非在相關規範另有規定外，應依其正常使用之固定方法固定。
• 含包裝之試件，無法作上述分類時，仍可引用本指引規定。
• 若需考量重力之影響，試件之固定應使試驗時與正常使用時之重力方向一致，如不需考慮重力時，試件可以任意姿態固定。
• 若下列事項可能對試驗結果造成影響時，應在相關規範中規定：
• 試驗時之試件溫度限制；例如應注意振動台附近溫升對試件之影響。
• 試件姿態與磁場相對方向干擾之程度；例如電磁式振動機(electrodynamicvibrationgenerator)磁場對試件之影響。

元件固定方法

若相關規範中未規定固定方法，可參照圖1所示，以明確簡易之固定方法來設計。
若上述固定方法較不適用，且需預先判斷其是否需施加動態負載於接腳及(或)試件本體、驗證內部強度等條件時，可參照圖2～4所示固定方法。正常下之拘束及重量狀態固定。
試件應固定於堅硬之夾具上或直接牢固地固定於振動機平台上。

裝備與其他產品之固定方法

試件應直接或以堅硬之夾具固定於振動機平台，或依相關規範之規定固定。
若裝備需使用附屬構造物時，在相關規範中應規定固定方式，並不得使用其他附加之支持物或吊掛。
若試件係連接於電纜、管路等物時，試件除於正常之拘束及重量狀態下固定外，電纜、管路等亦應牢固地固定於夾具上。

裝有振動隔離器之試件執行試驗有困難時，可由相關規範規定不使用振動隔離器而以不同的嚴厲度取代。若需驗證未裝振動隔離器時試件之耐用最小許可強度時，可於相關規範中要求試件執行其他試驗。

測試條件

測試條件可參照IEC68-2-27(Ea)衝擊、IEC68-2-29(Eb)顛簸、IEC68-2-6、68-2-64振動及IEC68-2-7(Ga)穩態加速度試驗相關規範之規定。

試驗設置

試驗設置可參照IEC68-2-27(Ea)衝擊、IEC68-2-29(Eb)顛簸、IEC68-2-6、68-2-35、68-2-36、68-2-37(Fc,Fd)振動及IEC68-2-7(Ga)穩態加速度試驗相關規範之規定。

其他

規範中應規定之基本事項包括：

• 重力的影響。
• 最高溫度或最低溫度。
• 最大干擾磁場。
• 元件固定方式。
• 裝備固定方式。

附錄：固定方法指引

• 元件

固定方法應依製造廠商之規定。若無詳細規定，可參照圖1～4之固定方法。
具有圓板狀、球體狀、中空球體狀之特殊幾何形狀之元件及其所需之特殊固定裝置，應在相關規範中詳細規定固定方法。
若試件設計可以多種方法固定，應就所有的固定方法作試驗。對各種固定方法之試驗，應分別使用新的元件。
元件、本體及(或)其接腳，可以夾緊、錫焊、嵌入或接著等方式作適當之固定。
以元件動態特性為目的之試驗，安裝元件之印刷電路板其剛度通常不足，故僅以元件所在之部份印刷電路板進行試驗，較能符合試驗需求。
執行內部強度試驗時，因無法於操作條件下固定，一般均以試件本體及接腳同時固定後，再執行試驗。
動態試驗後執行接腳強度試驗時，應避免接腳彎曲，且不得變更接腳與元件本體之位置。若無法避免時，宜在相關規範中規定以各別之元件分別取代動態及強度試驗。

• 裝備與其他產品

試件應以其實際使用時之方式固定，例如，試件以面板支持時，試驗時亦應以此固定。
試件與結構物同時固定時，試驗之夾持點係固定結構物之夾持點，而不是試件之夾持點。若無法取得結構物時，應設計適當之夾具取代。
振動隔離器可能因溫度依存性等環境條件而變化其動態特性，此時可拆除振動隔離器僅試件執行試驗，但必須修正試驗條件，新的試驗條件，除穩態加速度試驗外，應考慮振動隔離器在各軸上最大傳輸比。傳達特性為未知時，應選擇其他的嚴厲度，但宜由買賣雙方協議後決定。在某些狀況下，如穩態加速度試驗使用振動隔離器作試驗時，因有損害安全性之潛在危險，需使用支柱及繩索。

• 夾具(testfixture)

以達成試驗之要求、不影響試驗重複性及容易調整方向來設計夾具。夾具之設計應依試件之物理形狀、重量、試驗要求之嚴厲度及試驗裝置之能力來決定，且其中最後兩種參數應依執行試驗項目作決定。

• 衝擊及顛簸

試驗裝備所容許試件之總質量及最大嚴厲度，通常應由製造廠商決定，如果試驗裝備之能力較試件之質量大時，設計之夾具可較重且簡單。

• 振動

限制試件及夾具總質量之參數係振動機之推力，通常此係由製造廠商決定。夾具與試件固定於振動機上時，其頻率響應將受到極大之影響，試驗所需大推力與寬廣振動頻率範圍，振動機性能無法兩者兼顧，此時，振動試驗與衝擊或顛簸試驗不同，使用最大振動機不一定最合適。夾具設計時應考慮之參數，可參考第(5)節材料選擇及第(6)節夾具構造。

• 穩態加速度

因為加速度係逐漸地增加，且可忽視夾具與試件間動態動作，此試驗之夾具設計最為簡單，夾具僅需具備適當之勁度及便於調整試件方向即可。試驗裝備應有之最大力量，應由製造廠商來決定。元件以非常高的加速度(特別是10,000m/s2(1020g)以上)試驗時需注意可能發生之困難性。

• 材料選擇

勁度隨材料種類(如金屬或塑膠)、尺寸及支持方法等有寬廣之變化範圍。某些材料，於一定質量比值下有較優異之勁度，若使用此材料，以相同質量可得到較大勁度之夾具為較佳之設計選擇。
夾具設計採用阻尼之目的係減低振動試驗頻率範圍內之共振振幅及振動傳遞；因此，妥當應用阻尼複合金屬等材料，將有效控制其響應特性。例如鋁之內部阻尼係鋼之4倍便是較佳選擇。
夾具於高衝擊試驗及高頻振動試驗時，需注意選擇材料具備之傳遞音速。基本上，沿著某一夾持點與振動機間傳達路徑之距離，應低於材料中波長之四分之一以下。為了計算波長l，應考慮最低音速有關之橫向振動模態。

例：在2000Hz以下使用之鋁質試驗夾具。

鋁中之音速為
V1=6300m/s縱波，
V2=3200m/s橫波，
故必須考慮之波長係l=V2/f=3200/2000=1.6公尺
所以，傳達路徑之最大長度為L=l/4=0.4公尺。

夾具不一定要全部以相同材料製作。為增加阻尼等各種理由(例如電氣或熱絕緣)，有時需要使用金屬與塑膠或金屬與陶瓷等組合製成後固定。

• 夾具構造

夾具構造包括螺栓結合、鉚釘結合、熔接、鑄造、接著劑等。其選擇受要求事項、使用材料等影響。夾具儘量以簡單化設計為宜，例如可整塊製作。螺栓結合之構造，一般均無法達到其他構造能得到的勁度，此對大型構造物及處理高頻振動時甚為重要，需特別注意。
振動機固定面上之固定孔在配合夾具之尺寸條件下愈多愈好，若設計夾具能多次使用於不同種類之試件，則更為方便。若使用貫穿孔致材料強度變弱時，建議使用鋼螺栓襯套及使用高抗張力螺栓。

將試件固定於夾具時，應注意雙方不得發生變形，若發生變形時即表示可能是夾具之剛性不足，將會妨礙試件夾持點施加規定之試驗嚴厲度。所有螺栓必須儘量以其最大容許扭力鎖緊，若阻尼特性重要時，必須注意螺栓鎖緊及鉚釘鉚接構造之內部阻尼均較熔接構造物之內部阻尼為大。

• 平衡調整(balancing)

• 振動試驗

在振動試驗時，試件與夾具固定後之重心應盡量低，一般應位於通過振動機可動元件重心線上，且垂直於振動台面。
若重心無法保持於重心線上，並可能因為彎曲模態而引起夾具及試件之搖動，此種現象會限制有效振動範圍，且不能滿足試件夾持點所要求之試驗條件。因此可使用配重方法調整；或以滿足試驗規格要求之更大型振動機作為容許之取代解決方法。

• 穩態加速度試驗

通常使用離心機執行穩態加速度試驗。為了防止離心機軸承之損壞，必須配合試驗裝備對夾具與試件之靜態及動態執行平衡調整。製造廠商一般會將離心機所容許的不平衡量表示出來。

• 加速儀(accelerometer)固定

加速儀固定可採用各種方法，一般採用加速儀製造廠商推荐之方法，例如使用螺絲固定或特殊接著方法，並以避免影響量測頻率範圍之固定方法為最佳選擇。在振動試驗時，可能同時固定數個加速儀，以明瞭夾具之動態特性。

• 夾具之性能檢驗

執行振動試驗之前，對固定於夾具上之模擬或真實試件，需檢驗其在規定點是否符合試驗之要求。在真實試件之試驗，為了防止試件被破壞，宜以較要求之振幅為小之振幅作檢驗。本規範所包含之其他動態試驗之場合，亦可使用此法先行檢驗。

• 大型及(或)複雜的試件

大型或複雜的試件係指試件與夾具之組合已造成操作、固定不便；且其重量、尺寸、附屬品之複雜性或規定振動頻率範圍等較現在技術水準為高者均屬之。
由於無法準確控制夾具與試件之共振狀態，且普通試驗方法亦無法滿足試驗之要求時；可考慮經由多軸試驗法之可行性。最後應採取何種試驗方法，必須由買賣雙方協議決定之。
其它详见：IEC68系列标准列表