4.2 Методика проведения испытаний на вибропрочность и виброустойчивость

Метод испытаний на фиксированных частотах вибрации заключается в последовательном воздействии гармонической вибрации определенной частоты и амплитуды на испытываемую аппаратуру. Структурная схема испытаний на фиксированных частотах приведена на рис. 4.1.

Таблица 4.1

Параметры вибрации при испытании на виброустойчивость

Степень жесткости	Диапазон частот, Гц	Амплитуда перемещения, мм	Частота перехода, Гц	Амплитуда (ускорения), м/с2
1	10-35	-	-	5(0,5)
2	10-55	-	-	10(1,0)
3	10-55	0,5	32	20(2,0)
4	10-55	0,5	-	-
5	10-80	0,5	32	20(2,0)
6	10-80	0,5	50	50(5,0)
7	10-150	0,5	50	50(5,0)
8	10-200	0,5	50	50(5,0)
9	10-500	0,5	50	50(0,5)
10	10-500	1,0	50	100(10,0)
11	10-2000	1,0	50	100(10,0)
12	10-2000	2,0	50	200(20,0)
13	10-2000	4,0	50	400(40,0)
14	10-5000	4,0	50	400(40,0)

Рис. 4.1

1 - задающий генератор; 2 - усилитель мощности; 3 - вибратор; 4 - испытуемое изделие; 5 - виброизмерительный преобразователь; 6 - виброизмерительная аппаратура.

Рис. 4.2

1- задающий генератор, в состав которого входят: БКЧ - блок качания частоты, АРУ - автоматический регулятор уровня; 2 - усилитель мощности; 3 - вибратор; 4 - испытуемое изделие; 5 - виброизмерительный преобразователь; 6- виброизмерительный прибор.

Вывод на режим производится регулировкой уровня выходного сигнала задающего генератора на определенной частоте до требуе­мого значения амплитуды ускорения последовательно по всему ряду заданных значений частоты,

В программе испытаний необходимо указывать также время вы­держки испытываемого изделия в данном режиме. При испытании на виброустойчивость оно должно быть не менее 5 мин, а при испыта­нии на вибропрочность от 1 до 5 ч при длительном и от 20 до 50 мин при кратковременном воздействии. Данный метод имеет ограниченное применение при испытании изделия на вибропрочность и виброустойчивость, так как не дает возможности оценить в полной мере стойкость изделий к воздейст­вию вибрации в требуемом диапазоне частот. Однако до настоящего времени он используется при заводских испытаниях серийно выпус­каемых изделий вследствие применения простейшего оборудования и отработанных программ испытаний.

При испытаниях методом плавающей частоты вибрации частоту плавно изменяют в заданном диапазоне от нижней до верхней час­тоты и обратно при постоянстве заданных параметров вибрации в течение определенного времени. Структурная схема испытаний приведена на рис.4.2.

Принцип действия метода заключается в следующем. Блок из­менения частоты управляет частотой задающего генератора звуко­вой частоты. Автоматический регулятор уровня вибрации изменяет выходное напряжение генератора, а следовательно, и мощность колебаний на выходе усилителя мощности, подводимых к подвижной катушке элек­тродинамического вибратора. Таким образом, осуществляется ком­пенсация колебаний частотной характеристики и поддерживается необходимый уровень вибрации на столе вибратора, который реги­стрируется вибропреобразователем. Для достижения равномерности амплитудно-частотной характе­ристики вибратора регулятор уровня вибрации должен обеспечивать глубину регулировки в несколько десятков децибел.

Необходимость не только повышения, но и понижения частоты связана с выявлением нелинейных резонансов изделий, проявление которых в значительной степени зависит от направления изменения частоты вибрации. Частоту вибрации при испытании обычно изменяют во времени по экспоненциальному закону

(4,3)

где - частота вибрации в момент времени t, Гц; - нижняя частота рабочего диапазона, Гц; К - показатель степени, характеризующий скорость изменения частоты.

Скорость изменения частоты должна быть такой, чтобы время изменения частоты в резонансной полосе частот ( ) было не меньше времени нарастания амплитуды вибрации изделия при резо­нансе до установившегося значения (t_нар ) и времени окончатель­ного установления подвижной части измерительного или регистри­рующего прибора (t_у). Таким образом, скорость изменения час­тоты сверху будет ограничена следующими условиями:

; (4.4)

. (4.5)

Время нарастания амплитуды вибрации при резонансе до уста­новившегося значения может быть приближенно подсчитана по фор­муле

(4.6)

где - резонансная частота, Гц; Q- добротность изделия; К₁ - коэффициент, учитывающий увеличение времени нарастания амплитуды изделия до установившегося значения в результате от­клонения изменений амплитуды от линейного закона.

Значение К₁ рекомендуется принимать равным 2-3, а значе­ния и Q определяют либо прямым измерением, либо используют данные их конструктивных аналогов.

С другой стороны, уменьшение скорости приводит к увеличению продолжительности испытаний, и выбор чрезвычайно малой ско­рости является экономически невыгодным. Поэтому скорость кача­ния частоты обычно выбирают не более двух октав в минуту, т.е.

Vк 2окт/мин . (4,7)

Скорость изменения частоты

(4,8)

где - выбирают в соответствии с условиями (4.4) и (4.5).

Если требуемая скорость изменения частоты, найденная по (4.8), превышает допустимую по условию (4._.7), то ее все равно следует брать равной 2 окт/мин. Если скорость получилась меньше 2 окт/мин, то ее следует округлить до ближайшего меньшего значения, которое может быть установлено на приборе управления вибрационной установкой.

В реальных условиях эксплуатации на изделия воздействуют, как правило, не одночастотные синусоидальные колебания, а колебания со сложный спектром частот. Поэтому проводят испытание на воздействие широкополосной случайной вибрацией. В этом слу­чае реализуется одновременное возбуждение всех резонансов испытуемого изделия, что позволяет выявить их взаимное влияние. Ужесточение условий испытаний за счет одновременного возбужде­ния резонансных частот сокращает время испытаний по сравнению с методом качающейся частоты. Структурная схема испытаний на широко полосную случайную вибрацию приведена на рис. 4.3 и в табл. 4.2.

В качестве сигнала возбуждения задающего устройства используется сигнал белого шума, подаваемый на многочисленные узкопо­лосные фильтры фиксированной частоты, перекрывающие спектр частот сигнала возбуждения, либо как показано на рис. 4.4а сигнал n полос, огибаемых кривой А, изображающей желательную спектральную плотность ускорения в заданной точке на вибростоле. Такое значение ускорения в узкой полосе получается интегрированием спектральной плотности ускорения по . Фильтры настраиваются так, чтобы получить заданную характеристику спектральной плотности ускорений рабочего стола с учетом компенсации неравномерности АЧХ - вибратора и приспособления для крепления.

В настоящее время имеются автоматические системы настройки, в которых используются 40 - 120 идентичных узкополосных фильтров с фиксированными частотами пропускания. На фильтры подается выходной сигнал с вибропреобразователя, и в случае отклонений от заранее определенного уровня вырабатывается соответствующий сигнал, который подается на усилитель мощности вибратора. Настройку таких автоматических систем можно произвести за несколько секунд.

Степень жесткости случайной вибрации	Среднее квадратическое значение ускорения, Гц-1	Спектральная плотность ускорения Гц-1
1 2 3 4	100 200 200 200	0,05 0,20 0,20 0,20

Таблица 4.2