Лабораторная работа №3 «Определение вибрационной характеристики машины»

1. Цель работы: изучить и усвоить методику определения вибрационной характеристики машин на примере асинхронного двигателя малой мощности для бытовых приборов.

2. Введение:

Оценка вибрационного состояния машин осуществляется на основании измерений среднеквадратического значения виброскорости опор валопровода в диапазоне частот от 10 до 1000 Гц, а также октавного (третьоктавного) спектра виброскорости в том же частотном диапазоне [1, 2, 3].

При этом:

Где - среднеквадратическое значение амплитуды виброскорости, зарегистрированное в в полосе октавного (третьоктавного) фильтра.

При этом первая и последняя полосы фильтров должны включать нижнюю и верхнюю границы, указанного выше диапазона частот.

Заданный диапазон частот полосовых фильтров при определении октавного спектра виброскорости может быть перекрыт следующими фильтрами со среднеметрическими частотами: 16; 31.5; 63; 125; 250; 500 и 1000 Гц.

Согласно ГОСТ ИСО 10816-1-97 [1] оценку вибрационного состояния машин различного типа следует вести, руководствуясь приложением Б этого стандарта (см. приложение 1).

Отметим, что в этом документе предлагается градация вибрационного состояния машины оценивать следующим образом:

• зона А – новые машины, только введенные в эксплуатацию;

• зона В – машины, пригодные к эксплуатации без ограничения сроков;

• зона С – машины, не пригодные для длительной непрерывной эксплуатации;

• зона D – машины, находящиеся в аварийном состоянии, дальнейшая эксплуатация недопустима.

Согласно стандарту Ассоциации «Ростехэкспертиза» СА 03-001-05 [4] предлагается использовать четыре оценки вибрационного состояния машины:

• «ХОРОШО» (Х) – зона А;

• «ДОПУСТИМО» (Д) – зона В;

• «ТРЕБУЕТ ПРИНЯТИЯ МЕР» (ТПМ) – зона С;

• «НЕДОПУСТИМО» (НДП) – зона D.

Рис. 1. Точки измерения компонентов вибрации на опорах подшипников.

Определение виброскорости на опорах ротора должно осуществляться согласно рис. 1, т. е. в трех взаимно перпендикулярных направлениях: вертикальном (ось Y), горизонтально-поперечном (ось Х) и горизонтально-осевом (ось Z) по отношению к оси вращения ротора.

Оценку интенсивности вибрации осуществляют по максимальному значению .

3. Объект испытаний

Объектом испытаний является асинхронный конденсаторный электродвигатель КД-25. Мощность электродвигателя 25 Вт, номинальная частота вращения 1350 об/мин, масса 2,4 кг, высота оси вращения H = 46,25 мм. Двигатели изготавливаются согласно ТУ 16-513.124-76.

По данным упомянутого ТУ среднее значение вибрационной скорости при свободном подвесе для нового электродвигателя должно быть

(зона А).

Используя положения стандартов [1, 2], можно спрогнозировать расположение зон B, C и D:

• зона В: 1,2 ;

• зона С: 1,2 2,0 ;

• зона D: 3,4 .

4. Лабораторная установка.

Согласно ГОСТ 20815-93 «Машины электрические вращающиеся. Механическая вибрация некоторых видов машин с высотой оси вращения 56 мм и более. Измерения, оценка и допустимые значения». [5] предусмотрено определение вибрационных характеристик при двух способах установки машины:

• свободная подвеска (рис. 2, а);

• жесткое крепление (рис. 2, б).

При свободной подвеске (рис. 2, а) машину подвешивают на пружине или устанавливают на упругие опоры (амортизаторы). Собственная частота колебаний машины вместе с системой подвески в шести возможных степенях свободы в этом случае должна быть менее четверти частоты, соответствующей основной частоте вращения испытываемой машины. При этом дополнительная масса упругой опоры не должна превышать массы машины [5].

При жестком креплении (рис. 2, б) машина должна быть посредством болтов (шпилек) закреплена на опорной плите. Согласно [5] такой способ крепления может считаться выполненным, если виброскорости, измеренные в горизонтальном и вертикальном направлениях у лап машины не превышают 50% скоростей на опорах (в тех же направлениях измерения).

Схема лабораторной установки представлена на рис. 3.

Рис. 2. Крепление машины при определении вибрационных характеристик: свободный подвес (а); жесткая установка (б).

1 – электродвигатель; 2 – пружинный подвес; 3 – фундаментная плита.

Рис. 3. Лабораторная установка:

1 – электродвигатель; 2 – пружинный подвес; 3 – стойка; 4 – опорная плита; 5 – фундамент.

5. Измерительная аппаратура.

При выполнении лабораторной работы используется виброизмерительная аппаратура – сборщик данных СД – 12М [5], позволяющий определять среднеквадратическое значение виброскорости в диапазоне частот 10-1000 Гц - , а также определять полосовой спектр виброскорости (ширина полосы: 0,625 – 2,5 Гц).

Прибор СД – 12М может измерять в дБ. Для перевода значений виброскорости из мм/с в дБ используется формула ,

где – измеренная в мм/c среднее квадратическое значение виброскорости,

– пороговое среднее квадратическое значение виброскорости, равное мм/c.

6. Методика проведения экспериментов.

   1. Определение частот собственных колебаний электродвигателя КД – 25 на подвесе. Колебания возбуждаются посредством вывода колебательной системы из равновесия. При этом ось вибропреобразователя располагается так, чтобы зафиксировать процесс каждой из осей координат. Для регистрации процесса собственных колебаний используется функция прибора «Временной сигнал», а для регистрации спектра – функция «Измерение спектра» (режим «виброскорость» или «вибросмещение»).

Система подвеса электродвигателя на пружине (резиновом жгуте) должна обеспечить частоту собственных колебаний , равную:

где .

Результаты экспериментов заносятся в таблицу 1.

Таблица 1.

Результаты определения частот собственных колебаний.

Возбуждение собственных колебаний	Частота собственных колебаний, Гц
	По результатам спектрального анализа	По результатам процесса собственных колебаний
Вдоль оси ОХ Вокруг оси ОХ
Вдоль оси OY Вокруг оси OY
Вдоль оси OZ Вокруг оси OZ

В случае, если , то условия для проведения работы по определению вибрационной характеристики машины считаются выполненными.

2. Измерения .

Вибропреобразователь жестко устанавливается на крышке переднего и заднего подшипника. При этом ось преобразователя поочередно ориентируется для регистрации виброскорости в направлениях ОХ, OY, OZ. Далее включается электромотор и регистрируются показания вдоль соответствующих осей.

Результаты измерений помещают в таблицу 2.

3. Измерение полосового спектра виброскорости.

Результаты измерений заносятся в таблицу 3.

Таблица 2.

Результаты измерений .

Параметр	Передняя опора			Задняя опора
	OX	OY	OZ	OX	OY	OZ
, мм/c

Таблица 3.

Результаты измерения спектрального состава виброскорости.

Опора

Ориента-ция оси вибропре-образо-вателя

в полосах частот: f1, f2, … , f10, мм/c

, мм/c (расчет-ное)

f1=

f2=

f3=

f4=

f5=

f6=

f7=

f8=

f9=

f10=

Передняя

Вдоль OX Вдоль OY Вдоль OZ

Задняя

Вдоль OX Вдоль OY Вдоль OZ