книги из ГПНТБ / Колесник Н.В. Устранение вибрации машин

ГЛАВА II

ВИБРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

8.Принципы устройства приборов

Внастоящее время имеется много разнообразных типов прибо­

Существуют приборы для непосредственного визуального из­

мерения, приборы, воспроизводящие запись процесса, ручные при­ боры и стационарные, устанавливаемые и закрепляемые на машине.

По способу измерения виброизмерительные приборы можно

разделить на механические, оптические и электрические.

Сложность измерения вибрации заключается в том, что непо­

движная точка, относительно которой можно измерить перемещение

вибрирующих частей машины, обычно отсутствует. Это относится

не только к всевозможного вида транспортным машинам, но и к стационарным, так как колебания передаются основанию, фун­

даменту, строению, почве. Поэтому основным условием для надеж­ ной работы большинства виброизмерительных приборов является

искусственное создание такой неподвижной точки.

Удовлетворяющее этим требованиям устройство для измерения

вертикальных колебаний схематически изображено на фиг. 20.

Корпус прибора устанавливается на колеблющуюся в направлении

стрелок часть машины. Подвешенный на пружине К груз М, имею­ щий свободу перемещения в вертикальном направлении, связан с помощью жесткого стержня с диском, помещенным в сосуд с жид­

костью, что создает условия затухания свободного колебания

груза.

Колебание корпуса вызывает колебание груза М. Размах ко­ лебания груза (п. 6) зависит от размаха S колебания корпуса, от­

ношения —-----частоты колебания корпуса к частоте собственных

___

колебаний системы (п0 — 300 j/"-д-), а также величины сопротивле-

29

ния у, создаваемого находящимся в жидкости диском (большая

вязкость жидкости создает большее сопротивление).

В данном случае нас интересует не абсолютная величина раз­

маха колебания груза М, а величина его размаха So относительно корпуса прибора, или, что то же самое, относительно основания.

Величина So такого относительного перемещения в зависимости

от отношения — показана на графике фиг. 20. На фигуре даны

72п

Фиг. 20. Устройство для измерения вертикальных колебаний и график.

кривые: при относительно малом сопротивлении (у = 0,1) и зна­

и ее перемещение относительно корпуса прибора близко к размаху

корпуса.

Характерные особенности указанных зон используются в раз­

личных виброизмерительных приборах. Поскольку в зоне а изме­

нение So имеет параболический характер, то этот участок удобно

30

для измерения частоты и амплитуды гармонического колебания основания прибора, а также разложения сложного колебания на элементарные гармонические составляющие. В последнем случае прибор снабжается механизмом регулирования собственной ча­

стоты.

Наконец, зона с используется в приборах для измерения и за­

писи размаха и скорости в гармонических и негармонических ко­ лебаниях (виброметры, велосиметры).

При рассмотрении кривой у = 1 возникает вопрос: почему

не использовать характерную особенность этой кривой для созда­

весьма мало отличается от прямой. Следовательно, такой универ­

сальный прибор мог бы служить и как акселерометр, и как вибро­

метр.

Практически этого осуществить нельзя, так как большое со­ противление вносит значительные фазовые погрешности и влечет за собою столь же значительные искажения формы негармони­ ческого колебания. Поэтому в виброизмерительных приборах со­

здают сравнительно небольшое сопротивление, достаточное для быстрого затухания свободного колебания инерционной массы.

В большинстве акселерометров не прибегают к искусственному со­

противлению и по возможности снижают сопротивление в прибо­ рах резонансного типа, вследствие чего увеличивается их чув­ ствительность.

В рамках настоящей книги дается лишь краткое описание того

минимума приборов, использование которых позволяет решать

практические задачи по измерению и устранению вибрации машин в производственных условиях.

9. Механические и оптические приборы

Наиболее простым устройством для измерения размаха коле­

бания машин является индикатор. Для того чтобы сделать инди­

катор пригодным для измерения вибрации, головка индикатора 1

(фиг. 21) снабжается массивной рукояткой 2 (1,5—2 кг). Удер­ живая рукоятку в руках, измерительный стержень индикатора проводят в соприкосновение с вибрирующей частью машины и по

размаху колебания стрелки индикатора определяют размах изме­ ряемой вибрации.

31

вательно, производить практические измерения можно при частоте вибрации свыше 500 кол/мин.

Недостатком такого простого устройства является то, что при

Фиг. 22. Схема ручного вибрографа.

имеющие большие смещения S и низкую частоту, могут быть легко

32

перестановки упоров 2 пружины. При открытой крышке 3 можно

наблюдать положение записывающего рычага 4. Запись колебаний

производится острием рычага на вощеной ленте, получающей дви­ жение от часового механизма со скоростью 40 мм'сек.

торых воспроизводилась одновременная запись ко­

лебаний в трех взаимно­

перпендикулярных напра­ влениях, оказались не­

удобными- в эксплуатации

и в настоящее время уступают место электро­

вибрографам.

Для оценки значения

ускорения вибрации можно рекомендовать достаточно простой по конструкции предельный акселерометр

ваемая ускорением при колебании исследуемой части машины, превос­

свечением газосветной лампы 7, включенной во вторичную обмотку

трансформатора 6.

Регулируя силу упругости F, находят границу нарушения кон­

такта, что позволяет определить максимальное, или предельное

значение ускорения В при вибрации

В = — ,

т

где т — масса груза.

Величина предельного ускорения может быть непосредственно

определена по положению микрометрического винта на основании

Фиг. 25. Язычковый частотомер.

предварительного тарирования, которое производится весьма просто. Для этого ориентируют прибор так; чтобы измерительный штифт был направлен вертикально вниз. Регулируют микрометрический винт и замечают деление его лимба, при котором появляется наруше­ ние контакта. Затем такую же операцию производят, направляя измерительный штифт прибора вертикально вверх. Полученная раз­

ность отсчетов соответствует ускорению 2g = 19,6 Wce№. Отсюда

цена одного деления лимба BY может быть определена:

В1 — -у- м/сек ,

где s — разность отсчетов при тарировании.

Для исключения вредного влияния ускорения силы тяжести при измерении поступают следующим .образом. Вначале ориентируют при­

бор, не касаясь им исследуемой части машины, в направлении, в кото­

ром будет производиться измерение, поворачивают микрометрический винт до соприкосновения контактов и замечают при этом положение винта по лимбу. Затем, создав предварительное натяжение пружины, прижимают наконечник прибора к исследуемой части машины и, освобождая винт, уменьшают силу упругости пружины до момента

нарушения контакта. Сравнивая полученное при этом новое поло­

жение винта с предыдущим, на основании полученной разницы изме­ рений определяют величину предельного ускорения с учетом пред­

зован для определения ускорений до 300

В заключение укажем весьма простой прибор для измерения ча­

стоты вибрации — вибротахометр (фиг. 25). Этот прибор построен

на принципе механических резонансных колебаний.

34

В основании 1 прибора закреплен ряд тонких плоских пружин 2,

имеющих на концах небольшие добавочные массы. Частоты соб­

ственных колебаний пружин различны и уменьшаются по мере уве­ личения длины этих пружин. Если частота собственного колебания одной из пружин близка к частоте исследуемой вибрации, то насту­ пают резонансные колебания

этой пружины, которыелегко

заметить поувеличенному размаху колебания. По­

скольку частота собственных

колебаний каждой пружины

заранее известна, то нетрудно определить частоту измеряе­

мой вибрации.

Недостаток этого прибора заключается в том, что он имеет ступенчатую характе­

указанном стрелкой на нижней проекции. Частота собственного колебания около 500 кол/мин. В нижней части инертной массы

помещен экран со щелью, освещаемой лампочкой 7. Положение щели

наблюдается с помощью микроскопа 3 по шкале, имеющей пятьде­

сят делений. Если вибрация отсутствует, то в поле зрения микро­ скопа видна узкая светлая линия шириною не более четверти одного

деления шкалы. Если имеется вибрация гармонической или близкой к таковой формы, то образуется вместо линии светлая полоса с резко очерченными границами. Определив число делений шкалы, содер­

жащихся в этой светлой полосе, и зная цену одного деления, можно

определить размах измеряемого колебания. При негармонической форме колебаний светлая полоса не имеет строго очерченных границ.

При измерении прибор устанавливается таким образом, чтобы направление измеряемых колебаний совпадало с направлением

стрелки, изображенной на корпусе прибора. Прибором можно изме-

ции оптических приборов имеются приборы, позволяющие произво­

дить измерение вибрации й двух взаимно-перпендикулярных направ­

лениях и наблюдать форму измеряемого колебания. Например, вибро­ метр «Дэви» (фиг. 27) имеет сейсмическую массу, обладающую свободой

перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях.

С этой массой связано зеркальце, от которого отражается концентри­ рованный луч света и падает на матовый экран, на котором вычер­

чивается траектория колеблющейся точки в виде фигур Лиссажу.

Предел измерения размаха колебаний от 0,01 до 0,25 мм при частоте

от 800 до 3000 кол/мин.

Этот прибор снабжается контактным устройством, вращающимся

вместе с валом машины, предназначенным для стробоскопического

определения фазы колебания. Способ определения фазы колебания с помощью стробоскопического эффекта поясняется в следующем

параграфе.

10. Виброскоп

Виброскоп * основан на принципе использования механических резонансных колебаний и стробоскопического эффекта и предназна­

чен для измерения амплитуды, частоты и фазы колебания.

’ Конструкция автора, авторское свидетельство № 66999.

36

Устройство прибора поясняется схемой фиг. 28, а. Индикатор 5

виброметра представляет собой плоскую пружину, нижним концом

закрепленную в основании прибора и имеющую на верхнем конце

припаянный небольшой груз в виде закрашенного белой краской пластинчатого указателя. Путем вращения маховичка 4 перемещается

гайка 7, к которой посредством специальной планки прижимается

индикатор 5. Таким образом представляется возможным изменять

частоту собственных колебаний индикатора, а следовательно, настраи­

вать его в резонанс измеряемым колебаниям.

По веерообразной тени, образуемой резонансным колебанием индикатора, определяется по шкале 3 размах колебания. Одновре­

менно по вертикальной шкале 6 определяется в соответствии с поло­ жением указателя на гайке 7 частота колебания.

Подвижный контакт 2 предназначен для измерения фазы коле­

баний. Установка этого контакта в нужное положение производится путем поворота маховичка 1. Для измерения фазы резонансное колебание индикатора прибора, установленного на исследуемую

часть машины 8 и настроенного в резонанс, ограничивают путем уста­ новки контакта 2. В момент соприкосновения индикатора и контакта

включается в сеть постоянного электрического тока безынерционная газосветная лампа И, дающая мгновенную вспышку света.

Поскольку частота вспышек равна частоте колебания индикатора, то она также равна частоте исследуемого колебания машины.

Так как колебания машины обыкновенно происходят синхронно

с вращением главного вала машины, то частота вспышек будет либо равна, либо кратна частоте вращения этого вала.

Если на торец вала нанести какой-либо ориентир, например,

радиальную черту 9, то, освещая этот торец вала лампой, мы будем наблюдать так называемый стробоскопический эффект, в данном случае кажущейся неподвижности вращающегося вала.

Стробоскопическое положение ориентира может быть отмечено чертой 10 на неподвижной части машины. Если теперь произвести

измерение вибрации этой же части машины, но в другом направле­ нии, или произвести измерение другой части машины, то можно

заметить, что ориентир 9 при новом стробоскопическом эффекте

переместится на некоторый угол а (показан на фигуре пунктиром). Этот угол и определяет собою сдвиг фазы измеряемых колебаний.

Если колебание машины имеет гармонический характер, то изме­ рение размаха виброскопом дает действительное значение этой вели­

чины. При негармоническом характере колебания, т. е. в тех случаях,

когда вибрация машины является суммой гармонических составляю­

щих, что чаще всего имеет место на практике, показания прибора

будут соответствовать параметрам той гармонической составляю­

щей, на частоту которой настроен прибор.

Следовательно, с помощью виброскопа представляется возмож­ ным разложить сложное колебание на элементарные составляющие и определить их амплитудные, частотные и фазовые характеристики.

Возможность применения резонанса при измерении амплитуды,

частоты и фазы колебания неоднократно подвергалась сомнению.

37