GB/T 2423.21：解讀沖擊試驗(yàn)——模擬產(chǎn)品在運(yùn)輸與使用中的“瞬間暴力”

標(biāo)題：GB/T 2423.21：解讀沖擊試驗(yàn)——模擬產(chǎn)品在運(yùn)輸與使用中的“瞬間暴力”

引言

在產(chǎn)品真實(shí)的生命周期中，除了要經(jīng)受溫濕度、振動(dòng)等長(zhǎng)期緩慢的考驗(yàn)，還可能遭遇突如其來(lái)的“瞬間暴力”——例如生產(chǎn)線上的意外跌落、運(yùn)輸過(guò)程中的劇烈碰撞、使用中的粗暴操作等。這些短暫的沖擊事件可能對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部脆弱的元器件、焊點(diǎn)或機(jī)械結(jié)構(gòu)造成致命損傷。GB/T 2423.21-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)M：沖擊》 正是為了模擬和評(píng)估產(chǎn)品耐受這種沖擊能力而制定的國(guó)家權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)，它是驗(yàn)證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性的“壓力測(cè)試”，為產(chǎn)品的可靠性和耐久性提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

一、標(biāo)準(zhǔn)目的與原理

1. 核心目的

GB/T 2423.21旨在確定電工電子產(chǎn)品或其他樣品在運(yùn)輸、搬運(yùn)、使用過(guò)程中受到非重復(fù)性機(jī)械沖擊時(shí)的適應(yīng)能力。其首要目標(biāo)是：

• ?

  發(fā)現(xiàn)機(jī)械薄弱環(huán)節(jié)：暴露產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、裝配和材料方面的缺陷。

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  評(píng)估抗沖擊性能：檢驗(yàn)產(chǎn)品能否在沖擊后仍保持其規(guī)定的性能和功能完好。

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  為設(shè)計(jì)提供依據(jù)：為產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和包裝設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2. 基本原理

試驗(yàn)通過(guò)在沖擊試驗(yàn)臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。將樣品剛性固定在臺(tái)面上，臺(tái)面在短時(shí)間內(nèi)（通常是毫秒級(jí)）產(chǎn)生一個(gè)預(yù)設(shè)的沖擊脈沖（通常為半正弦波），使樣品承受一個(gè)巨大的加速度變化（即沖擊）。通過(guò)分析樣品在沖擊前后的狀態(tài)變化，來(lái)評(píng)判其抗沖擊能力。

二、適用范圍

該標(biāo)準(zhǔn)適用于所有需要評(píng)估其機(jī)械堅(jiān)固性的電工電子產(chǎn)品、部件和設(shè)備，特別是：

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  便攜式設(shè)備：手機(jī)、對(duì)講機(jī)、平板電腦、手持終端等。

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  運(yùn)輸單元：帶包裝的產(chǎn)品，用于模擬運(yùn)輸?shù)洹?/p>

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  車載電子設(shè)備：安裝于車輛上的設(shè)備，模擬車輛過(guò)坎、碰撞工況。

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  精密儀器與部件：PCB板、繼電器、傳感器、航空航海設(shè)備等。

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  內(nèi)部結(jié)構(gòu)脆弱的設(shè)備：含有陶瓷元件、玻璃部件或大型散熱器的設(shè)備。

三、核心概念：沖擊脈沖

理解沖擊試驗(yàn)的關(guān)鍵是理解“沖擊脈沖”。它描述了沖擊過(guò)程中加速度隨時(shí)間變化的波形。GB/T 2423.21主要采用半正弦波脈沖，因?yàn)樗茌^好地模擬大多數(shù)實(shí)際碰撞和跌落情況。

一個(gè)沖擊脈沖由三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)定義：

1. 1.

   峰值加速度：脈沖達(dá)到的最大加速度值，單位是重力加速度g（1g = 9.8 m/s2）或m/s2。例如：100g, 500g。它代表了沖擊的“強(qiáng)度”。

2. 2.

   脈沖持續(xù)時(shí)間：沖擊脈沖從開(kāi)始到結(jié)束的時(shí)間，單位是毫秒（ms）。例如：6ms, 11ms。它代表了沖擊的“猛烈程度”，時(shí)間越短，沖擊越猛烈。

3. 3.

   速度變化量：由脈沖波形積分得到，理論上代表了沖擊的嚴(yán)重性。

這三者共同定義了試驗(yàn)的嚴(yán)酷等級(jí)。

四、試驗(yàn)設(shè)備與條件

1. 試驗(yàn)設(shè)備

沖擊試驗(yàn)臺(tái)是核心設(shè)備，通常分為：

• ?

  擺錘式?jīng)_擊臺(tái)：通過(guò)擺錘撞擊砧座來(lái)產(chǎn)生沖擊。

• ?

  氣動(dòng)式?jīng)_擊臺(tái)：通過(guò)壓縮空氣驅(qū)動(dòng)臺(tái)面，控制更精確，波形更純。

• ?

  跌落式?jīng)_擊臺(tái)：通過(guò)提升臺(tái)面至一定高度后自由跌落來(lái)實(shí)現(xiàn)沖擊。

2. 試驗(yàn)條件與嚴(yán)酷等級(jí)

試驗(yàn)的嚴(yán)酷程度由峰值加速度和脈沖持續(xù)時(shí)間的組合來(lái)決定。標(biāo)準(zhǔn)中給出了常用等級(jí)示例，用戶也可根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際可能遇到的環(huán)境來(lái)自定義。

試驗(yàn)通常需要在樣品的三個(gè)互相垂直的方向（X、Y、Z軸）上各施加連續(xù)2次或3次**的沖擊。

五、試驗(yàn)流程概述

1. 1.

   試驗(yàn)準(zhǔn)備：

• ?

  制定試驗(yàn)方案：根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或預(yù)期環(huán)境，確定沖擊的波形、峰值加速度、脈沖持續(xù)時(shí)間、沖擊次數(shù)和方向。

• ?

  安裝夾具：設(shè)計(jì)并制作專用于固定樣品的夾具，確保將沖擊可靠地傳遞給樣品。

• ?

  初始檢測(cè)：對(duì)樣品進(jìn)行外觀、機(jī)械和電氣性能的全面檢查并記錄。

2. 2.

   安裝樣品：將樣品按正常安裝方式剛性固定在沖擊臺(tái)面上。安裝不當(dāng)會(huì)改變沖擊脈沖，導(dǎo)致試驗(yàn)無(wú)效。

3. 3.

   執(zhí)行試驗(yàn)：

• ?

  設(shè)置沖擊試驗(yàn)臺(tái)的參數(shù)（加速度、持續(xù)時(shí)間、次數(shù)）。

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  啟動(dòng)設(shè)備，依次在規(guī)定的各個(gè)方向上進(jìn)行沖擊。

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  設(shè)備會(huì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)并記錄實(shí)際的沖擊脈沖波形，確保其落在標(biāo)準(zhǔn)允許的容差范圍內(nèi)。

4. 4.

   最終檢測(cè)與結(jié)果評(píng)定：

• ?

  結(jié)構(gòu)無(wú)裂紋、無(wú)永久變形、緊固件無(wú)松動(dòng)。

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  所有功能正常，性能參數(shù)未超差。

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  無(wú)內(nèi)部元器件的損傷（可能需要X光或解剖分析）。

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  恢復(fù)：試驗(yàn)后，將樣品從臺(tái)面上取下。

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  全面檢查：再次進(jìn)行外觀、機(jī)械和電氣性能檢查。

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  結(jié)果判定：根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求，判定樣品是否合格。常見(jiàn)的合格標(biāo)準(zhǔn)包括：

六、與其他機(jī)械試驗(yàn)的對(duì)比

結(jié)論

GB/T 2423.21沖擊試驗(yàn)是考核產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)完整性的一道關(guān)鍵防火墻。它通過(guò)精確控制的“瞬間暴力”，有效地暴露出產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、材料和工藝上的潛在脆弱點(diǎn)。對(duì)于任何需要經(jīng)歷運(yùn)輸、搬運(yùn)或在動(dòng)態(tài)環(huán)境中使用的產(chǎn)品而言，通過(guò)該項(xiàng)測(cè)試是其具備基本堅(jiān)固性和可靠性的重要證明。工程師利用其提供的量化數(shù)據(jù)，可以不斷優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，最終打造出更能抵御現(xiàn)實(shí)世界意外沖擊的 robust 產(chǎn)品。