Resistenza di un device elettronico ai test di vibrazione: Come progettare una meccanica adatta.

Cosa vuol dire superare un test di vibrazione e ottenere una certificazione che risponda alla normativa  EN 61373 del tuo prodotto, nel settore ferroviario?

Significa per noi, immergersi nella vita del tuo prodotto e costruire un costante dialogo tra meccanica ed elettronica.

Per questo i tecnici di elmec srl hanno partecipato a test funzionali per la resistenza a regimi di vibrazione tipici di un sistema in movimento su rotaia.

Cosa abbiamo imparato?

Quali sono gli elementi da valutare in fase progettuale?

Prima di scoprirli, vediamo come si svolge tipicamente un test di vibrazione.

Il test di vibrazione si effettua con un macchinario (assimilabile ad una cassa acustica) che crea delle vibrazioni (frequenze) per simulare la vita del prodotto montato su un treno.

Il test si divide in tre fasi:

Frequenza (da 5hz a 150hz)

• Vibrazione random (frequenze in continua mutazione ed in modo casuale)
• Vibrazione meccaniche di tipo sinusoidale
• Urti (Shock) con 5G di accelerazione

I test si effettuano lungo i tre assi  X, Y, Z del pezzo.

In genere si effettua il test su un unico campione, che deve essere acceso e funzionante per tutta la durata (che può essere anche di alcune settimane).

I punti critici vengono evidenziati in particolare dal generarsi di situazioni di risonanza delle frequenze, che vanno analizzati e risolti.

Eventuali successive modifiche a livello meccanico o elettronico, comportano la ripetizione della prova sul campione modificato per certificare che possa superare anch’esso nuovamente il test.

Progettare il contenitore meccanico, anticipando il più possibile la risoluzione dei punti critici, significa quindi non disperdere tempo ed energie nella ripetizione di lunghi ed onerosi test.

Quali sono quindi le variabili critiche che vanno prese in considerazione nella progettazione dell’involucro meccanico?

Innanzitutto va detto che non esiste un’unica ricetta perfetta, in quanto ogni prodotto ha un suo specifico comportamento risultante di molte variabili in gioco.

Esistono però alcuni accorgimenti che possono essere determinanti nella buona riuscita. Vediamo insieme quali:

• Rigidità e baricentro: Una delle prime e fondamentali variabili riguardano la disposizione della massa. Quanto più il baricentro del device sarà posizionato centralmente, quanto più saprà essere solidale con il mezzo in movimento ed avere quindi un comportamento più prevedibile alle vibrazioni. Evitare quindi se possibile masse poste in modo sbilanciato sul volume del prodotto e tenere sempre in considerazione che le sollecitazioni vengono indotte e testate sui 3 assi X,Y,Z.
• Geometria del prodotto rispetto ai punti di fissaggio: La disposizione dei punti di fissaggio del prodotto sul supporto che lo ospiterà è un’altra variabile fondamentale. Quanto più i punti saranno disposti in modo uniforme sulla superficie e vicini alle aree critiche (le più pesanti per esempio), quanto più si avrà un comportamento prevedibile e meno gravoso.
• Meno componenti, meno variabili: Oltre alla disposizione dei punti di connessione, fanno la differenza anche la tipologia e la quantità dei punti di fissaggio; non solo tra le diverse parti meccaniche coinvolte, ma anche tra meccanica ed elettronica. In generale, meno parti sono coinvolte, meno saranno i punti critici potenziali. Un’attenzione specifica va posta alla disposizione e fissaggio dei cavi, dei connettori ed all’interconnessione diretta tra le varie schede.
• Mix di materiali utilizzati: La scelta dei materiali costruttivi può determinare il buon esito dei test di vibrazione. Affidarsi a materiali con buone caratteristiche meccaniche unite alla leggerezza come per esempio l’alluminio spesso è la scelta vincente. Utilizzare più materiali diversi con pesi specifici differenti rende più difficile equilibrare il centro di massa del prodotto. Ecco perché spesso si ricorre alla costruzione di gusci meccanici unibody.
• Contatti diretti tra le parti: Nella scelta dei materiali impiegati, va tenuto in considerazione il potenziale effetto che si può avere dopo il contatto diretto di parti diverse durante un regime vibratorio. Tipicamente la presenza di vetri per display
• La fixture: Una variabile altrettanto strategica è la realizzazione della fixture che ospita il tuo prodotto sulla macchina di prova simulando le condizioni di installazione sul mezzo in movimento. La fixture dovrà risultare il più possibile un corpo unico con la macchina ed il prodotto, in modo da non amplificare le condizioni che renderebbero più gravoso il test; deve essere il più possibile neutrale.

Progettare un device performante e affidabile nel tempo a supporto della tua elettronica a bordo treno è una sfida costante per i nostri tecnici.

Siamo impazienti di conoscere il tuo prossimo nuovo prodotto e darti il nostro supporto.