Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Физические основы методов контроля и испытания. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 106 7 8 9 10 > Следующая >>>

– 51 –

f

Рис. 2.4. Структурная схема испытания методом широкополосной вибрации: 1 – генератор шума; 2 – усилитель мощности; 3 – источник вибраций; 4 – испытываемое изделие; 5 – виброизмерительный преобразователь; 6 – измерительная аппаратура; 7 – анализирующее устройство, 8 – регистрирующая аппаратура

может быть выполнено методами широкополосной случайной вибра-

ции и узкополосной случайной вибрации со сканированием полосы частот.

Использование метода широкополосной случайной вибрации (ШСВ) предусматривает постоянную плотность энергии каждой гармонической составляющей колебательного процесса, для чего на ис-

пытываемые изделия воздействует белый шум и испытание проводят

при определенных значениях среднего квадратического ускорения. Структурная схема испытания на ШСВ приведена на рис. 2.4.

В качестве сигнала возбуждения задающего устройства используют либо белый шум, либо сигнал из n составляющих. Указанные

сигналы подают на блок фильтров Ф

– Фn (см. рис. 2.4), состоящий из

многочисленных узкополосных фильтров фиксированной частоты,

перекрывающих спектр частот сигнала возбуждения. Необходимое

значение ускорения в узкой полосе

достигается интегрированием

спектральной плотности ускорения по f. Фильтры настраивают так,

чтобы получить заданную характеристику спектральной плотности

ускорения на вибростоле с учетом компенсации неравномерности АЧХ вибростенда и приспособления для крепления. Степень жестко-

сти испытания на ШСВ определяется сочетанием диапазона частот

– 52 –

const

agrad 





agrad

2/1

cg 

Таблица 2.2. Степень жесткости испытаний

Степень жесткости

испытания

Среднеквадратическое

ускорение, м/с

Спектральная плотность

ускорения, (м/с)*Гц

100

0,05

200

0,2

III

200

0,2

200

0,2

Примечание: продолжительность воздействия вибрации 34 с; диапазон частот 20…20000 Гц

вибрации, среднего квадратического ускорения, спектральной плотности ускорения и продолжительности испытания (см. табл. 2.2).

Важная особенность рассматриваемого метода испытаний – ис-

пользование сигнала белого шума, при котором все резонансные час-

тоты в заданной полосе частот возбуждаются одновременно, что по-

зволяет учесть их взаимное влияние и приближает испытание к реаль-

ным условиям эксплуатации изделий. Поэтому этот метод является

основным методом испытаний. Однако реализация метода ШСВ требует весьма сложного и дорогостоящего оборудования. Поэтому в

ряде случаев он заменяется более простым с точки зрения техниче-

ской реализации методом узкополосной случайной вибрации со ска-

нированием в диапазоне частот, когда случайная вибрация возбуждается в узкой полосе частот. Центральная частота сигнала медленно

изменяется в диапазоне частот по экспоненциальному закону от ми-

нимального до максимального значения и обратно. Таким образом,

обеспечивается эквивалентность методов испытаний широкополос-

ным сигналом и синусоидальным с изменяющейся частотой. При этом должно выполняться условие

где

– градиент ускорения,

, (2.4)

; – среднее квадратическое

ускорение вибрации в узкой полосе частот, измеряемое в контрольной точке, g; f– центральная частота полосы, Гц.

Степень жесткости испытания в этом случае определяется соче-

танием диапазона частот, шириной полосы сканирования, градиента

– 53 –

 

fGagrad 22,0 

 

нвшск

fftt ln2

Рис. 2.5. Структурная схема испытания методом узкополосной вибрации: 1 – генератор шума; 2 – полосовой фильтр; 3 – усилитель с автоматическим регулированием уровня вибрации; 4 – усилитель мощности; 5 – вибратор; 6 – испытываемое изделие; 7 – виброизмерительный преобразователь; 8 – виброизмерительная аппаратура

ускорения и длительности испытания. Диапазоны частот выбирают из того же ряда, что и при испытании методом ШСВ (см. табл. 2.2). Гра-

диент ускорения ность ускорения вибрации при испытании методом ШСВ. Длитель-

ность испытания на ШСВ; fв и fн – верхняя и нижняя границы диапазона частот испыта-

ния.

Структурная схема испытания узкополосной случайной вибрацией приведена на рис. 2.5. Случайный сигнал с выхода генератора

шума поступает на полосовой фильтр 2, пропускающий заданную

полосу спектра. Схема АРУВ 3 обеспечивает постоянное значение

градиента ускорения при частотной развертке сигнала в узкой полосе случайных вибраций.

, где G(f) –спектральная плот-

, где tш – длительность испытания

2.3.4. Устройства для испытания

В лабораторных условиях испытание на вибрационные нагрузки

проводят на вибрационном стенде (вибростенде), представляющем

систему, состоящую из создающего вибрацию возбудителя механиче-

ских колебаний (вибратора) и специальной платформы (стола), на ко-

тором крепятся испытываемые изделия. Вибростенд входит в состав вибрационной установки (виброустановки).

– 54 –

Основные требования, которым должны удовлетворять вибро-

установки: возможность получения гармонических вибраций в требуемом диапазоне ускорений и частот; устойчивость и надежность в работе при длительной эксплуатации [3].

Виброустановки классифицируют: – по способу возбуждения вибрации: механические с кинемати-

ческим и центробежным возбуждением, электродинамические, элек-

тромагнитные, гидравлические, гидромеханические, гидроэлектромагнитные, гидроэлектродинамические, пьезоэлектрические и др.;

– по частотным диапазонам воспроизводимой вибрации: низко-

частотные и высокочастотные, узкополосные и широкополосные;

– по методу проведения испытаний: на фиксированных частотах

и качающейся частоте (для гармонической вибрации), на ШСВ и сканированием полосы частот (для случайной вибрации);

– по предельным значениям основных параметров в заданных

диапазонах частот: силе возбуждения, выталкивающему усилию, пе-

ремещению, скорости, ускорению, полезной нагрузке, расходуемой мощности и т. п.;

– по кинематическим и конструктивным признакам: для создания возвратно-поступательной или угловой вибрации; для воспроизведения вибрации в одном или нескольких направленных (одно- или

многокомпонентные); с вибрационным столом, стержнями или дру-

гими приспособлениями для крепления изделий; стационарные или переносные.

Особенности различных способов возбуждения вибрации в виб-

роустановках в основном определяют их частотные, силовые и другие характеристики. Табл. 2.3 иллюстрирует возможности существующих

вибрационных установок при различных способах возбуждения вибрации.

Виброустановки с механическим возбуждением являются низко-

частотными. Они пригодны для длительных испытаний в диапазоне частот 50 – 80 Гц в основном крупногабаритных и тяжелых изделий массой 7 – 100 кг. Повышение частоты испытания приводит к быстрому выходу из строя механизма привода и, прежде всего, подшипни-

– 55 –

Таблица 2.3. Основные параметры виброустановок

Способ возбуждения

вибрации

Диапазон

частот, Гц

Амплитуда

силы, Н

Вид

вибрации

До 10

10–10

–10

До 10

–10

гармони-

ческая

случайная

Механический

++ * –

++ – + – Электродинамический

++ + ++

Электромагнитный

++ * –

++ + – + –

Гидравлический

++ * – –

++ + *

Пьезоэлектрический

– – –

++ + – – +

–

Примечание: «++» –достижимо для распространенных конструкций виброустановок; «+» – достижимо для отдельных конструкций; «–» – недостижимо; «*» – достижимо в отдельных случаях.

ков основных узлов.

Наиболее простыми по конструкции являются виброустановки с

электромагнитным возбуждением. Они применяются чаще всего для

испытаний на фиксированных частотах 50 или 100 Гц. Эти установки

имеют существенные искажения синусоидальной формы колебаний. Их достоинство – практически полное отсутствие магнитных полей в зоне проведения испытаний.

В виброустановках с гидравлическим возбуждением гидросис-

тема служит для преобразования и усиления вибрации, получаемой от

задающего устройства первичного возбудителя механического, элек-

тродинамического или электромагнитного типа. Виброустановки, в

которых применена гидравлическая система, позволяют создавать

очень большие переменные возбуждающие усилия (до 106 Н). Они

весьма эффективны при проведении испытаний на очень низких частотах (0,01– 1 Гц). При этом в некоторых конструкциях максимальная

амплитуда вибрации может достигать 200 мм. Гидравлические виброустановки пригодны, главным образом, для испытаний изделий

сверхбольших габаритов и массы в относительно узком диапазоне низких частот.

Пьезоэлектрические виброустановки ввиду чрезвычайно малой

грузоподъемности (до 0,5– 1 Н), возможности работы в области высо-

ких частот (свыше 1000 Гц) и малых амплитуд возбуждаемых вибра-

Рис. 2.6. Структурная схема электродинамической вибрационной установки: 1– прибор управления вибрационной установкой; 2 – усилитель мощности; 3 – согласующее устройство; 4 – вибростенд; 5 – виброизмерительный преобразователь; 6 – измерительная аппаратура

ций используют только в калибровочной аппаратуре и в системах для исследования резонансных частот конструктивных элементов ЭС.

Наиболее совершенными являются установки с электродинамическим вибровозбудителем. Они отличаются широким диапазоном воспроизводимых частот, хорошей направленностью, незначительным коэффициентом нелинейных искажений, сравнительно слабым магнитным полем в зоне испытаний. Применение специальной аппарату-

ры управления позволяет реализовать все основные режимы вибраци-

онных испытаний. Структурная схема электродинамической установки приведена на рис. 2.6.

Важная составная часть установки – аппаратура управления (выделена штрихпунктирном на рис. 2.6), которая служит для выработки

сигнала звуковой частоты и для измерения амплитуд ускорения и пе-

ремещения стола вибростенда. Аппаратура управления включает уст-

ройство автоматического поддержания заданного ускорения и автома-

тического качания частоты в заданном диапазоне с заданной скоро-

– 56 –

стью. После усилителя мощности 2

сигнал переменного тока поступает в

подвижную катушку вибростенда 4,

реактивная составляющая мощности

которой изменяется в широких преде-

лах вследствие изменения частоты

тока возбуждения. Поэтому для согла-

сования выходного сопротивления

усилителя мощности с входным со-

противлением подвижной катушки используют согласующее устройство

3. Виброизмерительный преобразова-

тель 5 крепят либо на столе вибро-

стенда, либо на испытываемом изде-

лии. Он служит для выработки элек-

трических сигналов пропорциональ-

ных амплитудам ускорений, которые

поступают на измери-

Рис. 2.7. Типовая конструкция электродинамического вибростенда: 1 – испытываемое изделие; 2 – стол вибростенда; 3– упругая подвеска стола; 4 – магнитный экран; 5 – подвижная катушка; 6– магнитопровод; 7 – магнитный поток; 8 – катушка подмагничивания; 9 – основание

тельное устройство 6 ап-

паратуры управления и

на схему поддержания

заданной амплитуды ус-

корения или перемещения.

Типовая конструк-

ция электродинамического вибростенда (ЭДВ) приведена на рис. 2.7.

Катушка подмагничива-

ния 8, по которой проте-

кает постоянный ток,

создает в магнитопроводе

6 постоянный магнитный

поток 7, пересекающий

воздушный зазор магни-

топровода. Если в этот

воздушный зазор поместить проводник – катушку 5, через которую пропустить постоянный

ток, то возникающий вокруг нее магнитный поток взаимодействует с магнитным потоком 7. Если магнитный поток катушки направлен так, что его силовые линии складываются с силовыми линиями магнитного потока 7 над катушкой и вычитаются под ней, то в результате такого взаимодействия на катушку действует выталкивающая сила.

Если через цилиндрическую подвижную катушку 5 пропустить

переменный ток, то катушка начнет совершать колебательное движение вверх-вниз с частотой и амплитудой, соответствующими частоте

и амплитуде подводимого электрического сигнала. В рассматриваемом случае катушка, жестко соединенная с рабочим столом 2, образу-

ет подвижную систему вибростенда, которая подвешена на упругих элементах 3 – подвесках. Чаще применяют механические подвески в виде пружин или дисковых диафрагм, в отдельных образцах ЭДВ –

– 57 –

– 58 –

пневматические или электромагнитные. Подвески позволяют системе двигаться в строго вертикальном направлении.

Изделия на столе вибростенда крепят с помощью специальных

приспособлений. При этом должны выполняться следующие требова-

ния: изделие должно крепиться в приспособлении с минимальными

зазорами и тем же способом, что при эксплуатации; резонансная частота f

приспособления должна быть в 1,5 – 2 раза выше верхнего

рез

значения частоты вибрации изделия; центр тяжести изделия должен быть на оси виброштока. Наиболее простое крепление изделия к платформе вибростенда осуществляется с помощью пазовых болтов.

Для измерения параметров вибрации применяют специальную

виброизмерительную аппаратуру. Наиболее важными параметрами

гармонической вибрации являются амплитуда ускорения/перемещения и виброскорость/частота. В зависимости от изме-

ряемого параметра вибрации шкалы приборов виброизмерительной

аппаратуры отградуированы соответственно в единицах перемещения, скорости или ускорения.

2.4. Воздействие ударной нагрузки

Различают два вида испытания изделий на ударную нагрузку: на

ударную прочность и ударную устойчивость. Испытание на ударную

прочность проводят с целью проверки способности ЭС противостоять

разрушающему действию механических ударов, сохраняя свои пара-

метры после воздействия ударов в пределах, указанных в НТД на из-

делие. Испытание на ударную устойчивость проводят с целью проверки способности устройства выполнять свои функции в условиях действия механических ударов.

При испытании на ударную нагрузку испытываемые ЭС подвер-

гают воздействию либо одиночных, либо многократных ударов. В

последнем случае частота следования ударов должна быть такой, что-

бы можно было выполнить контроль проверяемых параметров уст-

ройства. Основные характеристики режимов испытания ЭС при мно-

гократном воздействии ударов задаются в соответствии со степенью жесткости испытаний (табл. 2.4).

– 59 –

Таблица 2.4. Основные характеристики режимов испытания

Степень

жесткости

Пиковое ударное

ускорение, g

Общее число ударов на изделия вы-

борки объемом

3 и менее

более 3

II III IV

15 40 75

150

12 000 12 000

6 000 6 000

10 000 10 000

4 000 4 000

При разработке программы испытаний направления воздействий

ударов устанавливают в зависимости от конкретных свойств испыты-

ваемых ЭС. Если свойства ЭС неизвестны, то испытание следует про-

водить в трех взаимно перпендикулярных направлениях. При этом

рекомендуется выбирать длительность ударов, вызывающих резонансное возбуждение испытываемых ЭС.

Ударную прочность оценивают по целостности конструкции

(например, отсутствию трещин, наличию контакта). Изделия считают

выдержавшими испытание на ударную прочность, если после испыта-

ния они удовлетворяют требованиям стандартов и ПИ для данного вида испытания.

Испытание на ударную устойчивость рекомендуется проводить

после испытания на ударную прочность. Часто их совмещают. В от-

личие от испытания на ударную прочность испытание на ударную

устойчивость осуществляют под электрической нагрузкой, характер и

параметры которой устанавливают в ЧТУ и ПИ. При этом контроль

параметров ЭС производят в процессе удара для проверки работоспо-

собности изделий и выявления ложных срабатываний. Изделия счи-

тают выдержавшими испытание, если в процессе и после него они удовлетворяют требованиям, установленным в стандартах и ПИ для данного вида испытания.

2.5. Устройства для испытания

Ударные стенды классифицируют по следующим признакам:

 по характеру воспроизводимых ударов — стенды одиночных и

многократных ударов;

 по способу получения ударных перегрузок — стенды свободного

падения и принудительного разгона платформы с испытываемым

Рис. 2.8. Схема установки для испытания ЭС на воздействие одиночных ударов: 1 – стойка; 2 – изделие; 3 – стол; 4 – направляющая; 5 – амортизирующие прокладки; 6 – накладка; 7 – основание

изделием;

 по конструкции тормозных устройств — с жесткой наковальней,

с пружинящей наковальней, с амортизирующими резиновыми и

фетровыми прокладками, со сминающимися деформируемыми

тормозными устройствами, с гидравлическими тормозными устройствами и т. д.

В зависимости от конструкции ударного стенда и в особенности

от применяемого в нем тормозного устройства получают ударные импульсы полусинусоидальной, треугольной и трапецеидальной формы.

Для испытания ЭС на одиночные удары служат ударные стенды

копрового типа, а на многократные — стенды кулачкового типа, вос-

производящие удары полусинусои-

дальной формы. В этих стендах ис-

пользуется принцип свободного па-

дения платформы с испытываемым

изделием на амортизирующие прокладки.

Основными элементами ударно-

го стенда копрового типа (рис. 2.8)

являются: стол 3; основание 7, служащее для гашения скорости стола в

момент удара; направляющая 4,

обеспечивающая горизонтальное по-

ложение стола в момент удара; про-

кладки 5, формирующие ударный импульс.

Энергия, необходимая для соз-

дания удара, накапливается в резуль-

тате подъема стола с закрепленным

на нем испытываемым изделием на

заданную высоту. Для подъема стола

и последующего его сбрасывания

– 60 –

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 106 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]