电子设备外壳作为内部电路、元器件的“保护屏障”，其振动防护性能直接决定设备在运输、使用中的可靠性。振动防护测试是机械环境试验的核心环节，通过模拟实际场景的振动应力，验证外壳对内部组件的隔离、缓冲效果，是确保电子设备适应复杂工况的关键验证手段。

振动防护测试的基本原理

电子设备在运输（如货车颠簸）、使用（如工业机械共振）中会受到周期性或随机振动，这些振动通过外壳传递至内部元件时，若能量未被衰减，可能导致焊点开裂、元器件移位甚至电路短路。

测试的核心原理是“输入-传递-输出”的能量衰减验证：试验台向外壳施加可控振动（输入），传感器采集外壳表面与内部关键位置的加速度（传递），计算振动传递率（输出/输入加速度）——传递率越低，隔离效果越好。

共振点验证是原理的重要部分：外壳或内部组件有固有频率，若与输入频率重合会引发共振，导致能量放大。因此测试需验证外壳固有频率是否远离常用工况的振动频率范围。

简言之，测试是通过模拟真实振动，量化验证外壳“阻挡”振动传递的能力，为结构优化提供数据支撑。

测试标准的选择与依据

振动测试需遵循权威标准，常见的有IEC 60068-2-6（正弦）、IEC 60068-2-34（随机）、GB/T 2423.10（正弦）、MIL-STD-810H（军品）。

标准选择以“使用场景”为核心：民用家电（如洗衣机控制板外壳）选IEC/GB正弦标准，模拟运输低频颠簸；工业机器人选随机标准，模拟连续无规则振动。

标准明确了关键参数：正弦振动的频率范围（10Hz~2000Hz）、加速度（1g/2g）、扫频速率（1oct/min）；随机振动的功率谱密度（PSD）、总均方根加速度（GRMS）等，这些是测试的“标尺”。

例如车载导航仪外壳测试，遵循GB/T 2423.10，选10Hz~500Hz、2g加速度、1oct/min扫频，正是标准与实际场景结合的应用。

试样的准备要求

试样需与量产产品完全一致，包括材料（ABS/铝合金）、结构（卡扣/螺丝）、内部组件安装（电路板扭矩）。原型件需在报告中说明，避免误导设计。

安装方式需模拟实际：若外壳实际用4颗螺丝固定在机架，测试时也需用相同螺丝、扭矩固定在试验台，确保振动传递路径一致。

测试前需预处理：检查外壳外观（无裂纹）、内部固定（无松动），记录初始状态。若试样有缺陷，测试结果将失去参考价值。

比如笔记本电脑外壳测试，需安装实际主板、电池，用相同橡胶脚垫固定——模拟真实使用状态才能得到准确结果。

测试系统的组成与功能

测试系统由振动试验台、传感器、数据采集仪、控制软件四部分组成。

振动试验台是“振动源”：电动式适用于高频（10Hz~3000Hz），模拟风扇振动；液压式适用于低频大位移（5Hz~50Hz），模拟卡车颠簸。

传感器是“感知元件”：用压电/电容式加速度传感器，安装在试验台-外壳连接点（采集输入）和内部关键组件（采集输出），精度需±5%并校准。

数据采集仪处理信号（模拟转数字），控制软件设置参数、监控过程、生成报告。例如智能手表测试用电动台+压电传感器+LMS软件，精准采集振动数据。

振动类型与参数设置

测试分正弦（周期性单一频率）与随机（非周期性多频率）两类，对应不同场景。

正弦振动模拟重复性振动（如风扇100Hz振动），参数包括频率范围（10Hz~2000Hz）、加速度（1g/2g）、扫频方式（线性/对数）——对数扫频用于关注共振点。

随机振动模拟连续无规则振动（如飞机引擎旁设备），参数包括PSD（不同频率的能量分布）、GRMS（总能量）、测试时间（如1小时/轴向）——核心是“等效损伤”，确保测试能量与实际一致。

多轴向测试是常规要求：设备受X/Y/Z三向振动，需分别测试三个方向，确保全方向防护。

防护效果的评估指标

评估指标包括振动传递率、共振频率偏移、内部组件状态变化。

振动传递率（TR）是核心：TR<1说明隔离有效，如手机外壳100Hz时TR=0.3，内部振动仅输入的30%。

共振频率偏移：若外壳固有频率与测试共振频率一致，设计符合预期；偏移超10%需优化（如材料刚度变化）。

内部组件状态：测试后检查电路板焊点、电容、螺丝——若电容移位，即使TR达标也需改进（如缩小固定槽尺寸）。

常见失效模式与分析

常见失效有外壳开裂、内部松动、焊点开裂，原因各不同。

外壳开裂：多发生在应力集中区（边角/卡扣根），因材料抗疲劳不足（ABS高频疲劳）或结构设计缺陷（圆角过小）。例如卡扣根圆角0.5mm，应力集中系数3.2，导致开裂。

内部松动：如螺丝松动，因扭矩不足（要求1.0N·m实际0.5N·m）或共振导致。

焊点开裂：BGA/QFP焊点受反复剪切应力，疲劳失效——如焊点直径0.3mm，疲劳寿命100万次，测试循环150万次导致开裂。

失效分析需定位根源：用模态分析找共振频率，金相分析看裂纹形态，例如外壳开裂因固有频率与输入重合，需调整结构避让频率。

测试中的注意事项

传感器安装需牢固：用专用胶/磁座固定，避免间隙导致信号噪声——胶带固定会让加速度信号误差20%。

实时监控参数：若输入加速度超设定（如2g变3g），立即停测调整，避免试样过度损伤。

全面检查结果：除传递率，还需查外观、内部、电性能——若外壳达标但电路板断路，需纳入评估。

完整记录数据：报告含试样信息、标准、参数、传感器位置、曲线、失效模式，为设计优化提供依据。