Przedmowa

Cele i zasady normalizacji w Federacji Rosyjskiej określa ustawa federalna z dnia 27 grudnia 2002 r. 184-FZ „O przepisach technicznych” i zasadach stosowania norm krajowych Federacji Rosyjskiej - GOST R 1.0-2004 „Normalizacja w Federacji Rosyjskiej. Podstawowe postanowienia»

O standardzie

1 PRZYGOTOWANE przez Otwartą Spółkę Akcyjną „Centrum Naukowo-Badawcze Sterowania i Diagnostyki Systemów Technicznych” (JSC „SRC KD”) na podstawie własnego autentycznego tłumaczenia normy określonej w ust. 4

2 WPROWADZONE przez Techniczny Komitet Normalizacyjny TC 183 „Wibracje i wstrząsy”

3 ZATWIERDZONE I WPROWADZONE ROZPORZĄDZENIEM nr 640 z dnia 18 grudnia 2008 r. Federalnej Agencji ds. Regulacji Technicznych i Metrologii

4 Niniejsza norma została zmodyfikowana w stosunku do międzynarodowej normy IEC 60068-2-80:2005 „Badania narażenia. Część 2-80. Testy. Przetestuj Fi. Wibracje łączące efekty różnych typów” (IEC 60068-2-80:2005 „Badania środowiskowe – Część 2-80: Badania – Test Fi: Wibracje – Tryb mieszany”) poprzez wprowadzenie odchyleń technicznych, których wyjaśnienie podano we wstępie do tego standardu.

Tytuł niniejszej Normy Międzynarodowej został zmieniony z tytułu niniejszej Normy Międzynarodowej w celu dostosowania do niego GOST R 1,5-2004 (klauzula 3.5)

5 WPROWADZONE PO RAZ PIERWSZY

Informacje o zmianach w tym standardzie publikowane są w corocznie publikowanym indeksie informacyjnym „Normy Krajowe”,A tekst zmian i poprawek- w publikowanych co miesiąc indeksach informacyjnych „Normy Krajowe”. W przypadku rewizji (zastąpienia) lub unieważnienia niniejszej normy, odpowiednia informacja zostanie opublikowana w publikowanym co miesiąc indeksie informacyjnym „Normy krajowe”. Stosowne informacje, powiadomienia i teksty zamieszczane są także w systemie informacji publicznej- na oficjalnej stronie Federalnej Agencji Regulacji Technicznych i Metrologii w Internecie

Wstęp

W niniejszej Normie Międzynarodowej określono metodę badania wytrzymałości na wibracje i odporności na wibracje maszyn i urządzeń wszelkiego typu, które podczas pracy są poddawane drganiom szerokopasmowym o złożonym kształcie.

Metoda badania polega na wykorzystaniu cyfrowych systemów sterowania do odtwarzania szerokopasmowych wibracji losowych w połączeniu z losowymi wibracjami harmonicznymi i/lub wąskopasmowymi. Do realizacji tej metody wykorzystuje się głównie stanowiska wibracyjne elektrodynamiczne lub hydrauliczne.

Wyniki badań wibracyjnych zależą od kwalifikacji osoby je przeprowadzającej, o czym powinien wiedzieć zarówno klient, jak i osoba przeprowadzająca badanie. Przy opracowywaniu procedury badawczej efekty drgań tego rodzaju, które odpowiadają rzeczywistym warunkom użytkowania produktu, należy wskazać jako powtarzalne wzbudzenie.

W porównaniu z międzynarodową normą IEC 60068-2-80:2005, normę tę uzupełniają odniesienia zapisane kursywą i wskazanie jej miejsca w zestawie norm GOST 30630, połączonych wspólnym nagłówkiem grupy „Metody badania odporności na czynniki zewnętrzne maszyn, urządzeń i innych wyrobów technicznych”.

NORMA KRAJOWA FEDERACJI ROSYJSKIEJ

Data wprowadzenia - 2010-01-01

1 obszar zastosowania

Niniejsza norma ma zastosowanie do maszyn, urządzeń i innych wyrobów technicznych wszelkiego rodzaju (zwanych dalej wyrobami) i ustanawia wymagania badawcze w celu sprawdzenia ich odporności na działanie drgań szerokopasmowych o złożonym kształcie.

Celem badań jest potwierdzenie zdolności wyrobu do wytrzymania skutków drgań określonych w normach lub specyfikacjach technicznych wyrobów (zwanych dalej dokumentami regulacyjnymi), bez znaczących uszkodzeń (badania odporności na wibracje) i pogorszenia jego właściwości użytkowych (badania odporności na wibracje). Jednocześnie zaleca się, aby przy ustalaniu powtarzalnych drgań opierać się na danych z pomiarów przeprowadzonych w rzeczywistych warunkach użytkowania produktu.

Badania przeprowadzane zgodnie z niniejszą Normą Międzynarodową wykrywają uszkodzenia zmęczeniowe powstałe w wyniku narażenia na wibracje szerokopasmowe o złożonym kształcie, w celu oceny przydatności produktu. Ponadto niniejszą Normę Międzynarodową można wykorzystać do wykazania wytrzymałości mechanicznej projektu produktu.

Niniejsza Norma Międzynarodowa jest przeznaczona do stosowania podczas badania próbek produktów, które podczas transportu lub eksploatacji (na przykład w samolocie lub statku kosmicznym) mogą być poddane losowym wibracjom w połączeniu z innymi rodzajami efektów losowych lub deterministycznych, a także gdy badanie produktów w kontenerze transportowym, jeżeli ten ostatni można uznać za integralną część produktu,

Norma ta jest stosowana w połączeniu z GOST 30630.0.0, który ustanawia ogólne wymagania dotyczące badania wpływu czynników zewnętrznych.

2 Odniesienia normatywne

W niniejszej normie zastosowano odniesienia normatywne do następujących norm:

3.9.1 oznacza kontrolę(strategia uśredniania): Metoda określania sygnału sterującego poprzez uśrednianie dla każdej składowej częstotliwości we wszystkich punktach testowych.

3.9.2 kontrola Przez Ekstremalna wartość(strategia ekstremalna): Metoda wyznaczania sygnału sterującego poprzez wybór ekstremalnej wartości kontrolowanego parametru dla każdej składowej częstotliwości we wszystkich punktach testowych.

3.10 MAKS./SUMA: Metoda wyznaczania gęstości widmowej przyspieszenia (patrz 3.14) dla wąskopasmowych drgań losowych odtwarzanych w warunkach testowych na tle szerokopasmowych drgań losowych.

Notatka - MAX oznacza, że ​​gęstość widmowa przyspieszenia odtwarzanego sygnału jest obwiednią nałożonych gęstości widmowych przyspieszenia losowych sygnałów szerokopasmowych i wąskopasmowych; SUMA oznacza, że ​​widmowa gęstość przyspieszenia odtwarzanego sygnału jest sumą widmowych gęstości przyspieszenia losowych sygnałów szerokopasmowych i wąskopasmowych.

3.11 współczynnik szczytu(współczynnik szczytu): Stosunek wartości szczytowej do wartości skutecznej sygnału.

3.12 strategia superpozycji(strategia superpozycyjna): Strategia określająca metodę obliczania gęstości widmowej przyspieszenia odtwarzanych wibracji dla każdej składowej częstotliwości z danego sygnału harmonicznego oraz gęstości widmowej przyspieszenia sygnału losowego.

3.13 minus szerokość piku 3 dB(szerokość pasma -3 dB): szerokość pasma pomiędzy dwoma punktami odpowiedzi częstotliwościowej znajdującymi się na poziomie 0,708 jej wartości maksymalnej, przy założeniu, że charakterystyka częstotliwościowa w tym paśmie częstotliwości opisuje pojedynczy szczyt rezonansu.

3.14gęstość widmowa przyspieszenia (gęstość widmowa przyspieszenia); SPL: Funkcja częstotliwości zdefiniowana jako graniczny stosunek średniego kwadratu wartości sygnału przyspieszenia po jego przejściu przez filtr wąskopasmowy, którego średnia geometryczna jest taka sama jak częstotliwość określona, ​​do szerokości pasma filtra, w miarę jak szerokość pasma ma tendencję do zero i czas uśredniania do nieskończoności.

3.15 stronniczość(błąd błędu): Systematyczny błąd w szacowaniu widmowej gęstości przyspieszenia sygnału losowego lub amplitudy sygnału harmonicznego.

Notatka - W przypadku sygnału losowego przesunięcie wynika ze skończonej rozdzielczości sygnału częstotliwościowego, co jest nieodłącznie związane z zastosowaną metodą przetwarzania, a dla sygnału harmonicznego (zmieszanego z szumem losowym) - ze skończoności przedziału uśredniania.

3.16 gęstość widmowa przyspieszenia sygnału sterującego(gęstość widmowa przyspieszenia sterującego): Gęstość widmowa przyspieszenia sygnału mierzonego w punkcie kontrolnym (rzeczywistym lub urojonym).

3.17 obwód układu sterującego(pętla systemu sterowania): Ścieżka elektroniczna umożliwiająca wykonanie kombinacji następujących operacji:

Digitalizacja sygnału w punkcie kontrolnym;

procedura przetwarzania sygnału;

3.20 błąd reprodukcji gęstości widmowej przyspieszenia(gęstość widmowa przyspieszenia błędu): Różnica między daną gęstością widmową przyspieszenia a gęstością widmową przyspieszenia sygnału sterującego.

3.21 korekta(wyrównanie): Procedura minimalizacji błędu odtwarzania gęstości widmowej przyspieszenia.

3.22 opadanie przy wysokich częstotliwościach(nachylenie końcowe): Wykres danej gęstości widmowej przyspieszenia przy powyższych częstotliwościach f2(patrz rysunek 1).

3.23 rozdzielczość częstotliwości(rozdzielczość częstotliwości): Szerokość przedziału przyrostu częstotliwości pod względem gęstości widmowej przyspieszenia (wyrażona w hercach).

Notatka - Wartość ta jest odwrotnie proporcjonalna do długości zapisu sygnału wykorzystywanego w analizie cyfrowej. Liczba odstępów przyrostowych pokrywa się z liczbą linii widmowych w danym zakresie częstotliwości.

3.24 obserwowana gęstość widmowa przyspieszenia(wskazana gęstość widmowa przyspieszenia): Oszacowanie gęstości widmowej przyspieszenia na czytniku analizatora, łącznie z błędem instrumentalnym, błędem losowym i przesunięciem.

3.25 opadanie przy niskich częstotliwościach(nachylenie początkowe): Wykres danej gęstości widmowej przyspieszenia przy częstotliwościach poniżej f1(patrz rysunek 1).

3.26 błąd instrumentalny(błąd instrumentu): Zbiór błędów wprowadzonych przez każde urządzenie analogowe na froncie systemu sterowania i każde urządzenie analogowe w systemie sterowania.

3.27 błąd losowy(błąd losowy): Błąd w oszacowaniu gęstości widmowej przyspieszenia, który zmienia się w zależności od pomiaru i wynika ze skończonego czasu uśredniania sygnału i skończonej szerokości pasma filtra.

3.28 nagrywanie sygnału(zapis): Zbiór próbek procesu pobieranych w regularnych odstępach czasu, który jest wykorzystywany przy realizacji procedury Szybkiej Transformaty Fouriera.

3.29 odtwarzalność(powtarzalność) zgodność wyników pomiarów tej samej wielkości o tej samej wartości, przeprowadzonych:

różne metody;

Używanie różnych przyrządów pomiarowych;

różni operatorzy;

W różnych momentach, których odstęp jest znacznie dłuższy niż czas jednego pomiaru;

Różne sposoby wykorzystania dostępnych narzędzi testowych i pomiarowych.

Notatka - Termin „odtwarzalność” jest również używany w przypadkach, gdy brany jest pod uwagę tylko jeden lub więcej z powyższych warunków.

3.30 wartość skuteczna(wartość średnia kwadratowa): pierwiastek kwadratowy średniej kwadratowej funkcji w danym przedziale (w przypadku gęstości widmowej przedział ten jest pasmem częstotliwości pomiędzy f1 I f2- cm. ).

Notatka - W tej metodzie badawczej wartość skuteczną można obliczyć dla różnych typów wzbudzenia: czysto szerokopasmowego procesu losowego, kombinacji szerokopasmowych procesów losowych i harmonicznych ( SoR ) lub zestaw dwóch losowych procesów ( RoR ) - patrz (Załącznik B).

3.31 kontrolowany parametr(wartość sygnału): Wartość gęstości widmowej przyspieszenia dla składowej losowej odtwarzalnego procesu lub amplitudy dla składowej harmonicznej odtwarzalnego procesu.

3.32 odchylenie standardowe(odchylenie standardowe): Charakterystyka losowego sygnału czasowego, który dla sygnału wibracyjnego jest taki sam jak wartość skuteczna (ponieważ przyjmuje się, że średnia wartość sygnału wibracyjnego wynosi zero).

3.33 dokładność statystyczna(dokładność statystyczna): Stosunek rzeczywistej gęstości widmowej przyspieszenia do obserwowanej.

Notatka - Ta cecha ma zastosowanie tylko do losowego składnika powtarzalnego procesu.

3.34 statystyczny stopień swobody(statystyczne stopnie swobody): Wielkość charakteryzująca właściwości oszacowania gęstości widmowej przyspieszenia uzyskanej z próbek losowych metodą uśredniania w czasie i zależna od rozdzielczości częstotliwościowej i uśredniania w czasie.

3.35 cykl wahadłowy(częstotliwości) (cykl przemiatania): Przesuń (przemiataj) w danym zakresie częstotliwości raz w każdym kierunku (na przykład od 5 do 500 Hz i z powrotem do 5 Hz).

Notatka - W przeciwieństwie do cyklu przemiatania, przemiatanie pojedynczej częstotliwości oznacza poruszanie się w paśmie częstotliwości tylko w jednym kierunku: w górę lub w dół częstotliwości.

3.36 prędkość obrotu (częstotliwość)(szybkość przemiatania): Szybkość zmian częstotliwości sygnału harmonicznego, mierzona w oktawach na minutę (oktawa/min) lub hercach na sekundę (Hz/s).

3.37 rzeczywista widmowa gęstość przyspieszenia(rzeczywista gęstość widmowa przyspieszenia): Gęstość widmowa przyspieszenia działającego na próbkę.

4 Ogólne wymagania testowe

4.1 Ogólnezaprowiantowanie

Podane wymagania dotyczące sprzętu badawczego mają zastosowanie do całego sprzętu badawczego jako całości. W przypadku maszyny wibracyjnej typu elektrodynamicznego lub hydraulicznego w skład tego urządzenia wchodzi wzmacniacz mocy, wytrząsarka z uchwytem na próbkę oraz układ sterowania.

Oscylacje stołu wibracyjnego w kierunku zadanym i poprzecznym należy sprawdzić przed rozpoczęciem badań lub kontrolować w trakcie badań za pomocą dodatkowego kanału w układzie sterowania. W dokumencie normatywnym dotyczącym badań należy określić poziomy powtarzalnych wibracji oraz kolejność działań podczas badań.

Znormalizowana metoda badania obejmuje następujące etapy (dotyczy wzbudzenia w każdym z podanych kierunków):

Narażenie próbki na drgania w danym trybie;

Pomiary końcowe mające na celu ponowne określenie odpowiedzi dynamicznej próbki (patrz ) i porównanie jej z wynikiem uzyskanym na etapie pomiaru wstępnego w celu zidentyfikowania ewentualnych uszkodzeń mechanicznych.

Jeżeli dynamiczne zachowanie obiektu badań jest dobrze znane lub nie budzi zainteresowania, wówczas dokument normatywny nie może ustanawiać wymagań dotyczących badania właściwości dynamicznych lub ustalać je w ograniczonym zakresie.

4.2 System sterowania

Zarządzanie testami wymaga użycia specjalnego oprogramowania, które pozwala na analizę danych i zarządzanie testami w różnych trybach wzbudzenia.

Powtarzalne wibracje określone w dokumencie regulacyjnym dotyczące badania we wszystkich punktach mocowania próbki muszą być w przybliżeniu takie same i przemieszczać się. Jeżeli nie można spełnić warunku identycznych drgań w różnych punktach mocowania, stosuje się kontrolę wielopunktową.

Powtarzalny ruch musi mieć rozkład Gaussa dla składowej losowej i być harmoniczny dla okresowej składowej drgań.

Wibracje poprzeczne sprawdza się przed badaniem poprzez wzbudzenie próbki drganiami losowymi lub harmonicznymi, których poziom jest określony w dokumencie regulacyjnym, albo kontroluje się je w trakcie badania za pomocą dodatkowego kanału układu sterowania.

Wartość kontrolowanego parametru przy każdej częstotliwości w każdym punkcie pomiarowym i w każdym z kierunków prostopadłych do kierunku ruchu głównego nie powinna przekraczać wartości zadanej w zakresie częstotliwości powyżej 500 Hz, a w zakresie częstotliwości do 500 Hz nie powinien przekraczać poziomu 3 dB poniżej tej ustawionej wartości. Wartość skuteczna przyspieszenia (w całym paśmie częstotliwości) dla dowolnego kierunku prostopadłego do zadanego kierunku jazdy nie powinna przekraczać 50% tej wartości dla zadanego kierunku jazdy. Na przykład w przypadku próbek o małych rozmiarach dokument regulacyjny może ustanowić wymóg, aby wartość kontrolowanego parametru drgań poprzecznych nie przekraczała wartości tego samego parametru dla powtarzalnego ruchu, zmniejszonej o 3 dB.

W przypadku próbek o dużych wymiarach lub dużych masach osiągnięcie limitów drgań poprzecznych w całym zakresie częstotliwości testowych może być trudne. Trudności w dotrzymaniu ustalonych limitów mogą również pojawić się, jeśli dokument normatywny zaleca badanie w szerokim zakresie dynamicznym. W takim przypadku w dokumencie regulacyjnym należy zastosować jedno z poniższych sformułowań: „drgania poprzeczne przekraczające dany poziom muszą być rejestrowane i wykazywane w protokole z badań” lub „drgania poprzeczne nie są monitorowane”.

Próbkę należy zamocować na stole wibracyjnym zgodnie z wymaganiami GOST 30630.0.0 .

4.6 Układ pomiarowy

Charakterystyka układu pomiarowego powinna zapewniać możliwość sprawdzenia spełnienia warunku, że rzeczywista wartość parametru drgań w punkcie kontrolnym w danym kierunku ruchu nie wykracza poza ustaloną tolerancję.

Na dokładność pomiaru istotny wpływ ma charakterystyka częstotliwościowa obwodu pomiarowego, w skład którego wchodzi czujnik drgań, urządzenie dopasowujące oraz urządzenia do gromadzenia i przetwarzania danych. Dolna granica zakresu częstotliwości układu pomiarowego nie powinna przekraczać 0,5 f1, górna granica - nie powinna być mniejsza niż 2 f2(cm. ). We wskazanym zakresie częstotliwości charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa układu pomiarowego musi być stała w granicach ±5%.

5 Wymagania dotyczące powtarzalnych wibracji

Metoda badania określona w niniejszej Normie Międzynarodowej obejmuje poddawanie próbki szerokopasmowym wibracjom przypadkowym w połączeniu z wąskopasmowymi wibracjami losowymi lub wibracjami harmonicznymi, lub obydwoma. Dokument regulacyjny może przewidywać, że wzbudzenie wąskopasmowymi wibracjami losowymi lub harmonicznymi odbywa się przy przemiataniu częstotliwości w danym zakresie. Podczas przeprowadzania tego typu testu należy wziąć pod uwagę następujące kwestie.

Dokument normatywny powinien ustalać metodę określania stopnia nasilenia warunków badania dla drgań przypadkowych: MAX lub SUM.

Spektrum przyspieszeń może być:

Superpozycja widm drgań losowych szerokopasmowych, drgań losowych wąskopasmowych i składowych harmonicznych dla układów sterowania, w których sygnał harmoniczny jest określony jako linia widmowa;

Superpozycja widm drgań losowych szerokopasmowych i wąskopasmowych oraz niezależnych oscylacji harmonicznych dla układów sterowania, w których sygnał harmoniczny generowany jest w sposób ciągły w dziedzinie częstotliwości.

Błąd instrumentalny w szacowaniu gęstości widmowej przyspieszenia w punktach kontrolnym i badawczym w przedziale częstotliwości od f1 zanim f2 nie może przekraczać ±3 dB w stosunku do określonej gęstości widmowej przyspieszenia. Tolerancja ta nie uwzględnia błędów losowych i stronniczości. Charakterystykę błędu losowego można obliczyć na podstawie wyników testów.

Wartość skuteczna przyspieszenia w zakresie od f1 zanim f2, mierzone bezpośrednio lub obliczone, nie może różnić się o więcej niż ± 10% od wartości skutecznej dla danej gęstości widmowej przyspieszenia. Dotyczy to sygnału zarówno w rzeczywistym, jak i urojonym punkcie odniesienia.

Wymagania te mogą być trudne do spełnienia przy poszczególnych częstotliwościach lub w przypadku próbek o dużych wymiarach lub dużych masach. W takim przypadku dokument regulacyjny może ustalić szersze granice tolerancji.

Spadek gęstości widmowej przyspieszenia przy niskich częstotliwościach powinien wynosić co najmniej plus 6 dB/oktawę, a przy wysokich częstotliwościach - nie więcej niż minus 24 dB/oktawę [patrz. (Załącznik B)].

W przypadku badania przemiatania częstotliwości tolerancje dla składowych widmowych zmieniających częstotliwość muszą być takie same jak tolerancje dla składowych drgań szerokopasmowych. Jednak przy dużych prędkościach wahadłowych może to być niewykonalne. W takim przypadku w dokumencie regulacyjnym należy ustalić tolerancje dla składowych widmowych.

Chwilową wartość przyspieszenia w punkcie odniesienia należy rozłożyć zgodnie z prawem zbliżonym do Gaussa, jak pokazano na rysunku 2. Potwierdzenie tego należy uzyskać podczas kalibracji układu. Rodzaj rozkładu sygnału w obecności składowej harmonicznej pokazano na rysunku .

σ - odchylenie standardowe

Rysunek 2 – Losowy sygnał, zbliżony do normalnego, przy danym poziomie odcięcia

Odcięcie sygnału sterującego musi wynosić co najmniej 2,5 rms (patrz ). Należy upewnić się, że przebieg czasu w punkcie testowym zawiera wartości szczytowe, które przekraczają określoną wartość RMS co najmniej 3 razy, chyba że odpowiedni dokument regulacyjny stanowi inaczej.

Jeżeli do sterowania wykorzystywany jest sygnał z wyimaginowanego punktu testowego, powyższe wymaganie dotyczące współczynnika szczytu ma zastosowanie do wszystkich punktów testowych, których sygnały są wykorzystywane do generowania sygnału sterującego.

Gęstość rozkładu prawdopodobieństwa oblicza się z dwuminutowej realizacji sygnału w punkcie kontrolnym na początku, w środku i na końcu badania.

Dokładność statystyczną określa się poprzez liczbę statystycznych stopni swobody N d i poziom ufności (patrz rysunek 3). Statystyczną liczbę stopni swobody określa wzór

Gdzie w e- rozdzielczość częstotliwościowa, Hz;

Ta- efektywny czas uśredniania, s.

Oznaczający N d nie powinna być mniejsza niż 120, chyba że odpowiedni dokument regulacyjny ustanawia inny wymóg.

Jeżeli dokument regulacyjny ustanawia poziomy ufności, których należy przestrzegać podczas testów, do obliczenia dokładności statystycznej należy zastosować dane przedstawione na rysunku 3.

Rysunek 3 - Statystyczna dokładność odwzorowania gęstości widmowej przyspieszenia w zależności od liczby stopni swobody dla różnych wartości prawdopodobieństwa ufności

Rozdzielczość częstotliwości Być, Hz, zależy od maksymalnej częstotliwości taktowania sterownika układu sterowania oraz liczby linii w widmie sygnału P:

Gdzie f hjgh- maksymalna częstotliwość taktowania sterownika układu sterowania, Hz, która nie powinna być mniejsza niż dwukrotność f2(cm. );

P to liczba linii widmowych równomiernie rozmieszczonych w zakresie częstotliwości do f hjgh.

Rozdzielczość częstotliwości musi zostać ustalona w dokumencie regulacyjnym [patrz. Zobacz także, lista h)].

1 - sygnał czysto harmoniczny; 2 - sygnały harmoniczne i losowe (SPU - 0,1 m 2 / s 3); 3 - sygnały harmoniczne i losowe (SPU - 1 m 2 /s 3); 4 - sygnały harmoniczne i losowe (SPU - 5 m 2 /s 3); 5 - sygnał czysto losowy (SPU - 5 m 2 / s 3)

Rysunek 4 - Rozkład gęstości prawdopodobieństwa sygnałów harmonicznych (amplituda 50 m/s 2 , częstotliwość 120 Hz) i losowych (w zakresie od 20 do 200 Hz) oraz ich kombinacji

5.1.4.1 Kombinacja sygnałów losowych szerokopasmowych i wąskopasmowych w e dobierane są tak, aby:

Jedna z linii widmowych pokrywała się z f1, a pierwsza linia widmowa znajdowała się nie wyżej niż 0,5 f1;

Dwie linie widmowe wyznaczyły kształt spadku gęstości widmowej przyspieszenia sygnału wąskopasmowego.

Jeżeli powyższe wymagania dają dwie różne wartości w e, a następnie wybierz najmniejszy z nich.

Uwaga - wybór W miwiąże się z kompromisem pomiędzy chęcią lepszego opisu widma wzbudzenia a koniecznością zapewnienia szybkości układu sterowania. Ponadto zwiększenie prędkości przemiatania może wymagać wyższej rozdzielczości częstotliwości, aby zachować kontrolę nad całym zakresem częstotliwości przemiatania.

5.1.4.2 Kombinacja sygnałów harmonicznych i losowych

Wmi są tak dobrane, aby jedna z linii widmowych pokrywała się z f1, a pierwsza linia widmowa znajdowała się nie wyżej niż 0,5 f1.

Przemiatanie częstotliwości sygnału harmonicznego powinno być możliwie ciągłe. W przypadku układów sterowania, w których częstotliwość sygnału harmonicznego zmienia się stopniowo, w e nie powinien być większy niż 0,1% f wysoki.

Podczas przemiatania częstotliwości składowej harmonicznej odtwarzanej na tle przypadkowych oscylacji, do oszacowania jej amplitudy zwykle stosuje się cyfrowy filtr śledzący. Filtr ten umożliwia odcięcie znacznej części składowej losowej. Jednakże w każdym przypadku oszacowanie amplitudy będzie zawierać ułamek losowego szumu na częstotliwościach znajdujących się w pobliżu częstotliwości sygnału harmonicznego. Ponadto im większy jest stosunek gęstości widmowej przyspieszenia sygnału losowego do połowy kwadratu amplitudy sygnału harmonicznego (zwany także stosunkiem mocy), tym większy będzie udział tego błędu losowego. Zmniejszenie szerokości pasma filtra śledzącego zmniejszy błąd losowy, ale towarzyszy temu wzrost liczby próbek, dla których przeprowadzane jest uśrednianie.

Jeśli próbka ma ostry rezonans o wysokim Q, wzrost liczby próbek prowadzi do znacznej zmiany w oszacowaniu odpowiedzi.

Tolerancje amplitudy składowych harmonicznych działających na tle drgań losowych muszą być większe niż błąd całkowity, który obejmuje błąd losowy, przesunięcie, błąd obwodu sterującego i błąd instrumentalny.

Badania odpowiedzi częstotliwościowej próbki przeprowadza się w całym zakresie częstotliwości testowych zgodnie z GOST 30630.1.1.

6 Surowość warunków testowych

Stopień surowości warunków testowych określa się poprzez kombinację następujących parametrów:

Zakres częstotliwości testowej;

Wartości gęstości widmowej przyspieszenia drgań szerokopasmowych;

Kształt krzywej gęstości widmowej przyspieszenia drgań szerokopasmowych;

Zakresy częstotliwości wąskopasmowych drgań losowych;

Harmoniczne składowe drgań;

Prędkość wahań częstotliwości;

czas narażenia na wibracje.

Parametry te muszą zostać określone w odpowiednim dokumencie regulacyjnym w jeden z następujących sposobów:

Wybierając spośród wartości podanych w 6.1 - ;

Na podstawie znanych warunków pracy produktu, jeśli dają one znacząco różne wartości parametrów.

Notatka - Przy wyznaczaniu poziomów drgań przypadkowych lub harmonicznych na podstawie zapisów rzeczywistych obserwacji należy zwrócić uwagę, że stosowane metody kompresji danych mogą znacząco zniekształcić stosunki amplitud sygnałów.

Zaleca się wybrać wartości graniczne zakresu częstotliwości testowej, które muszą być określone w dokumencie normatywnym, z zakresu .... 1; 2; 5; 10; 20; 50. Dolna wartość graniczna f1 nie powinna być mniejsza niż 1 Hz, a wartość górnej granicy f2 nie powinna być większa niż 5000 Hz.

Wartość gęstości widmowej przyspieszenia w zakresie pomiędzy f1 I f2(patrz) w (m / s 2) 2 / Hz wybiera się z serii ... 1; 2; 5; 10. Minimalna wartość to 0,01, maksymalna to 100.

Notatka - Jeżeli gęstość widmowa przyspieszenia jest wyrażona w jednostce przyspieszenia grawitacyjnegoGP, następnie dla celów tego standardu weźGP = 10 m/s 2 .

Na potrzeby tego testu kształt krzywej gęstości widmowej przyspieszenia definiuje się jako płaską górną część (patrz ). W szczególnych przypadkach dopuszcza się, że funkcja gęstości widmowej przyspieszenia ma inną postać. W takim przypadku rodzaj tej funkcji powinien zostać określony w dokumencie normatywnym. Jeżeli zakres częstotliwości badania zostanie podzielony na podzakresy, w każdym z których gęstość widmowa przyspieszenia podana jest jako wartość stała, wówczas z podanych wartości należy wybrać granice podzakresów i wartości gęstości widmowej przyspieszenia w 6.1.1 i 6.1.2. Odpowiedni dokument normatywny powinien także określić rodzaje krzywych na wykresie gęstości widmowej przyspieszenia, łączących stałe poziomy tej funkcji w sąsiednich podpasmach.

Czas trwania narażenia na wibracje, w minutach (godzinach lub dniach), który musi zostać ustalony w dokumencie regulacyjnym, zaleca się wybrać z zakresu… 1; 2; 5; 10. z tolerancją + 5%.

Rozporządzenie określa liczbę pasm drgań losowych, które należy dodać do drgań tła łącza szerokopasmowego.

Dla każdego pasa musisz ustawić następujące ustawienia:

a) szerokość pasma (powinna być nie mniejsza niż 0,5% i nie większa niż 10% szerokopasmowego zakresu częstotliwości drgań losowych). Dolna granica pasma częstotliwości nie może znajdować się poniżej dwukrotności rozdzielczości częstotliwości;

b) dolna i górna granica cyklu przemiatania;

c) prędkość przemiatania w oktawie/min lub Hz/s lub czas potrzebny do zakończenia jednego cyklu przemiatania;

d) liczba cykli wahnięć lub czas trwania narażenia na wibracje wąskopasmowe;

e) prawo zmiany częstotliwości: liniowe lub logarytmiczne;

f) początkowy kierunek zmian częstotliwości (w górę lub w dół);

g) wartość gęstości widmowej przyspieszenia w paśmie;

h) strategię (SUMA lub MAX) zastosowaną przy wyborze wartości gęstości widmowej przyspieszenia dla drgań wąskopasmowych w połączeniu z drganiami szerokopasmowymi.

Dokument normatywny powinien ustalić liczbę składowych harmonicznych, które powinny zostać wzbudzone na tle szerokopasmowych drgań przypadkowych. Dla tych składowych harmonicznych należy określić, co następuje:

a) czy ich częstotliwości są wielokrotnościami siebie czy nie i jakie są pomiędzy nimi zależności fazowe.

Notatka - Dla sygnału sterującego wyznaczane są zależności fazowe, które mogą różnić się od zależności fazowych w sygnale przyspieszającym na skutek zniekształceń wywołanych funkcjami przenoszenia wytrząsarki, uchwytu i samej próbki;

b) dolna i górna granica cyklu przemiatania;

c) prędkość przemiatania w oktawie/min lub Hz/s lub czas cyklu,

d) początkowy kierunek zmiany częstotliwości (w górę lub w dół) oraz czas rozpoczęcia i zakończenia każdej składowej;

e) zależność zmiany amplitudy każdej składowej od częstotliwości;

f) liczba cykli przemiatania lub czas trwania ekspozycji na każdą składową harmoniczną;

g) prawo zmiany częstotliwości: liniowe lub logarytmiczne;

h) wartości częstotliwości wzbudzone drganiami harmonicznymi przy ustalonych częstotliwościach;

i) amplitudy składowych przy stałych częstotliwościach.

Jeśli nie stosuje się przemiatania, parametry w b), c), d), f) i g) nie są określone. Dokument regulacyjny powinien wskazywać, która metoda wzbudzania drganiami harmonicznymi jest stosowana.

7 Wstępna stabilizacja

Konieczność wstępnej stabilizacji próbki w warunkach wzbudzenia drganiami oraz warunki tego wzbudzenia powinny być określone w odpowiednim dokumencie regulacyjnym.

8 Pomiary wstępne

Próbkę należy poddać oględzinom, kontroli wymiarowej i testom wydajności zgodnie z odpowiednimi przepisami.

9 Testowanie

Testy przeprowadzane są w kolejności określonej w dokumencie regulacyjnym i obejmują następujące etapy:

Wstępne badanie (jeśli to konieczne) odpowiedzi częstotliwościowej próbki;

Wzbudzenie wibracji o niskim poziomie w celu dokonania wymaganych ustawień;

Ekspozycja w ustalonych trybach wzbudzania wibracji;

Ostateczne badanie (jeśli konieczne) odpowiedzi częstotliwościowej próbki.

Jeżeli dokument normatywny nie stanowi inaczej, próbka jest wzbudzana kolejno w każdym z preferowanych kierunków narażenia na drgania. Kolejność wyboru kierunku wzbudzenia, chyba że jest to wyraźnie określone w dokumencie regulacyjnym, nie ma znaczenia. Jeżeli próbkę bada się w pozycji reprezentatywnej dla warunków jej działania, należy ustalić metodę umieszczenia próbki w tej pozycji.

Sygnał kontrolny należy uzyskać z pomiarów w jednym punkcie pomiarowym w przypadku kontroli jednopunktowej lub w wielu punktach pomiarowych w przypadku kontroli wielopunktowej.

W tym drugim przypadku dokument regulacyjny musi określić jedną z następujących metod kontroli:

Według średniej wartości;

Według wartości średniej z korektą;

Według wartości maksymalnej lub minimalnej.

W przypadku dowolnej metody kontroli wyścig o kontrolę jest wyimaginowany.

Jeżeli wyrób przeznaczony do współpracy z wibroizolatorami musi być badany bez nich, wówczas odpowiednio zmienia się stopień surowości warunków badania. Dokument normatywny może wskazywać, w jaki sposób zmienić stopień surowości warunków badań prowadzonych bez wibroizolatorów.

Jeśli wymagają tego przepisy, należy przeprowadzić badanie odpowiedzi częstotliwościowej co najmniej w jednym punkcie próbki. Liczbę punktów, dla których należy wyznaczyć charakterystykę częstotliwościową, należy określić w dokumencie normatywnym.

Badanie odpowiedzi częstotliwościowej można przeprowadzić poprzez wzbudzenie próbki drganiami harmonicznymi lub przypadkowymi w zakresie częstotliwości testowych zgodnie z GOST 30630.1.1. Poziom wzbudzenia powinien być określony w dokumencie normatywnym.

Poziom wibracji w badaniu odpowiedzi częstotliwościowej dobiera się tak, aby reakcja próbki była słabsza niż poddana działaniu wibracji w głównym trybie testowym, ale wystarczająca do wykrycia częstotliwości krytycznych.

Jeżeli badania przeprowadzane są przy wzbudzaniu wibracji harmonicznych, wówczas tempo zmian częstotliwości nie powinno przekraczać jednej oktawy na minutę. Aby dokładniej określić kształt odpowiedzi częstotliwościowej, można zmniejszyć prędkość przemiatania. Należy unikać nieuzasadnionego długiego wzbudzania przez wibracje o jednej częstotliwości.

Podczas badania ze wzbudzeniem losowym należy pamiętać, że czas wzbudzenia powinien być wystarczający, aby zminimalizować przypadkowe zmiany w odpowiedzi. Rozdzielczość częstotliwości musi być wystarczająca do zadowalającego opisania kształtu piku rezonansowego. Zaleca się, aby na szerokość piku przy minus 3 dB przypadało co najmniej pięć linii widmowych.

Dokument regulacyjny może ustanowić wymóg, aby podczas badania odpowiedzi częstotliwościowej próbka działała w danym trybie. Jeżeli działanie próbki zakłóca określenie charakterystyki drgań, należy przeprowadzić dodatkowe badania odpowiedzi częstotliwościowej przy niedziałającej próbce. W wyniku badania należy określić wszystkie częstotliwości krytyczne danej próbki i uwzględnić je w protokole z badań.

9.3 Wzbudzenie drgań o niskim poziomie

Przed badaniem w trybie głównym może zaistnieć konieczność wzbudzenia próbki drganiami losowymi o niższym poziomie w celu wstępnej analizy i korekcji sygnału. Na tym etapie ważne jest utrzymanie gęstości widmowej przyspieszenia na minimalnym poziomie.

Czas trwania wstępnego wzbudzenia przez drgania losowe może być następujący:

Przy przyspieszeniu o 12 dB RMS poniżej ustawionej wartości: bez ograniczenia czasowego;

Przy wartości skutecznej przyspieszenia 6 - 12 dB poniżej ustawionej wartości: nie więcej niż 1,5 razy więcej niż ustawiony czas ekspozycji w głównym trybie testowym;

Przy wartości RMS przyspieszenia od 0 do 6 dB poniżej ustawionej wartości: nie więcej niż 10% ustawionego czasu przebywania w głównym trybie testowym.

Czasu wstępnego wzbudzenia drganiami losowymi nie należy odejmować od określonego czasu trwania narażenia na wibracje w głównym trybie testowym.

9.4.1 Postanowienia ogólne

Czasami w rzeczywistych warunkach pracy wyrób podlega quasi-okresowym drganiom na skutek pracy maszyn, których elementy (łopatki wirnika, koła zębate, śmigła, tłoki itp.) wykonują ruch posuwisto-zwrotny lub obrotowy. Jeśli dominuje ta forma działania, to charakteryzuje się ona szerokopasmowymi wibracjami losowymi z narzuceniem wibracji wąskopasmowych lub drgań harmonicznych wyższego poziomu.

9.4.2 Wzbudzenie przez wąskopasmowe i szerokopasmowe wibracje losowe (SoR)

Wzbudzenie próbki odbywa się za pomocą szerokopasmowych wibracji tła, nałożonych na nią przez jedną lub więcej wąskopasmowych drgań losowych o szerokich średnich geometrycznych częstotliwościach.

Stopień nasilenia warunków testowych w tym trybie określają parametry ustawione w i .

W niektórych przypadkach wzbudzenie odbywa się bez zamiatania. Następnie testy tego typu niewiele różnią się od testów według GOST 30630.1.9. Konieczność stosowania przemiatania częstotliwości powinna zostać określona w dokumencie regulacyjnym.

9.4.3 Wzbudzenie przez losowe wibracje harmoniczne i szerokopasmowe (SoR)

Wzbudzenie próbki odbywa się poprzez szerokopasmowe drgania losowe, na które nakłada się jedna lub więcej oscylacji harmonicznych z wahaniami ich częstotliwości.

Stopień surowości warunków testowych w tym trybie określają parametry określone w 6.1 i .

W niektórych przypadkach wzbudzenie odbywa się bez zamiatania. Wtedy parametry w 6.3 b), c), d), f) i g) nie są określone. Konieczność stosowania przemiatania częstotliwości powinna zostać określona w dokumencie regulacyjnym.

9.4.4 Wzbudzenie przez drgania losowe harmoniczne, wąskopasmowe i szerokopasmowe (SoRoR)

Wzbudzenie próbki w tym trybie jest kombinacją warunków z 9.4.2 i 9.4.3. Szczegółowo metodę wzbudzenia należy określić w odpowiednim dokumencie regulacyjnym.

Jeżeli rozporządzenie wymaga wstępnego badania odpowiedzi częstotliwościowej próbki, może również wymagać przeprowadzenia podobnych badań po zakończeniu badań w trybie głównym w celu porównania z wynikami badania wstępnego i zidentyfikowania ewentualnych zmian i uszkodzeń próbki próbka. Ostateczne badanie odpowiedzi częstotliwościowej przeprowadza się dokładnie w ten sam sposób, w tych samych punktach i przy tych samych parametrach wzbudzenia, co początkowe. Działania, jakie należy podjąć w przypadku stwierdzenia rozbieżności pomiędzy wynikami badań wstępnych i końcowych, powinny zostać określone w odpowiednim dokumencie regulacyjnym.

10 Pomiarów pośrednich

Jeżeli dokument normatywny stanowi, że próbka musi funkcjonować podczas badania, wówczas ten sam dokument może ustalać potrzebę przeprowadzenia pomiarów właściwości użytkowych próbki podczas jej działania.

11 Ostateczna stabilizacja

Na mocy przepisów może być konieczne zapewnienie próbce pewnego czasu na odzyskanie swoich właściwości (na przykład temperatury) po badaniu, przed dokonaniem ostatecznych pomiarów.

12 Pomiary końcowe

Próbkę należy poddać kontroli wizualnej, kontroli wymiarowej i testom wydajności zgodnie z wymogami odpowiedniego dokumentu prawnego.

W tym samym dokumencie należy ustalić kryteria przyjęcia lub odrzucenia próbki.

13 Informacje podane w odpowiednim dokumencie normatywnym

14 Informacje podane w raporcie z testu

Sprawozdanie z testu musi zawierać co najmniej następujące informacje:

Notatka - Jeżeli wyniki badań mają być rejestrowane np. w porządku chronologicznym ze wskazaniem parametrów badania, obserwacji poczynionych w trakcie badania, podjętych działań i tabelami pomiarów, to z reguły w takich przypadkach prowadzony jest dziennik badań. Dziennik testów można dołączyć do raportu z testów.

Załącznik A
(odniesienie)
Ogólne informacje na temat testów z kombinacją różnych rodzajów efektów wibracyjnych

A.1 Ogólne

Metody badań wibracji losowych i harmonicznych są ustalone w GOST 30630.1.9 i GOST 30630.1.2 odpowiednio. W niniejszym załączniku omówiono cechy testów wykorzystujących kombinację tych dwóch typów efektów. Dostępne obecnie cyfrowe systemy sterowania pozwalają na realizację najbardziej złożonych strategii sterowania dla wszystkich możliwych kombinacji sygnałów losowych i harmonicznych. Na przykład częstotliwości różnych harmonicznych (jak również średnie geometryczne częstotliwości wąskopasmowych procesów losowych) mogą zbliżać się do siebie i przecinać, gdy częstotliwość jest zmieniana. Utrudnia to matematyczny opis procesów i utrudnia zapewnienie niezbędnej dokładności sterowania, co wymaga przyjęcia rozwiązań kompromisowych.

A.2 Kombinacja sygnałów losowych szerokopasmowych i wąskopasmowych (stała średnia geometryczna częstotliwości).

Wibracje tego typu w zasadzie nie różnią się od szerokopasmowych wibracji przypadkowych rozważanych w GOST 30630.1.9 i nie wymagają modyfikacji metody badania.

Tolerancje dla widm wąskopasmowych pozostają niezmienione. Dodatkowe rozważenie może wymagać jedynie sekcji koniugacji widm wąskopasmowych i szerokopasmowych. Jeżeli obszary te zawierają tylko jedną lub dwie linie widmowe, a różnica pomiędzy poziomami gęstości widmowej przyspieszenia dla drgań szerokopasmowych i wąskopasmowych jest duża, wówczas w celu ułatwienia odtwarzania wymaganych drgań można zwiększyć tolerancje w tych obszarach, co powinno znaleźć odzwierciedlenie w raporcie z testu.

A.3 Kombinacja sygnałów losowych szerokopasmowych i wąskopasmowych (przemiatanie).

Głównym problemem sterowania wzbudzeniem tego typu drgań jest konieczność dopasowania prędkości wahadłowej i efektywnego czasu uśredniania w pętli sprzężenia zwrotnego. Jeżeli prędkość wahań jest duża, a czas uśredniania długi, wówczas obserwuje się efekt rozmycia linii widmowych, gdy energia z jednej linii widmowej „przepływa” do sąsiednich. W takim przypadku traci się prostokątny kształt widma sygnału wąskopasmowego, a układ sterujący może przerwać badanie ze względu na to, że pewna liczba linii widmowych wykracza poza tolerancję.

Układ sterowania generując na wyjściu nową gęstość widmową przyspieszenia, dokonuje uśredniania np. wykładniczego na próbce wartości z poprzedniego sygnału, co pozwala zapewnić stabilność regulacji. Liczba stopni swobody brana w tym przypadku pod uwagę zależy od wzmocnienia w obwodzie sprzężenia zwrotnego – im mniejsza jest jego wartość, tym dłuższy jest przedział czasu potrzebny na istotną zmianę oszacowania, tj. tym bardziej stabilny jest system.

Podczas przemiatania sygnału wąskopasmowego poprzednie wartości sygnału uwzględnione w próbce wykorzystywanej przez algorytm obliczania estymacji mogą być wystarczająco wysokie, aby oszacowanie gęstości widmowej przyspieszenia przekroczyło granice tolerancji, po czym następuje zatrzymanie testu. Można tego uniknąć zwiększając współczynnik sprzężenia zwrotnego, co jest równoznaczne ze zmniejszeniem liczby wartości uśrednionych (zmniejszenie efektywnego czasu uśredniania w pętli sprzężenia zwrotnego), ale może to skutkować utratą stabilności regulacji.

Zatem w każdym konkretnym przypadku w odniesieniu do współczynnika sprzężenia zwrotnego konieczne jest określenie jakiejś wartości kompromisowej.

Jeżeli laboratorium dysponuje odpowiednim sprzętem, przydatna może okazać się rejestracja sygnału drganiowego w punkcie kontrolnym w celu dalszego przetwarzania z wykorzystaniem różnych algorytmów analizy spektralnej. To oczywiście nie zmieni warunków testów, które już zaszły, ale umożliwi dokładne wyjaśnienie, które warunki testu zostały wdrożone, a następnie odzwierciedlenie tych warunków w raporcie z testów.

A.4 Połączenie sygnału szerokopasmowego z sygnałem harmonicznym o stałej częstotliwości

Wybór przez układ sterowania składowej harmonicznej sygnału z jego mieszaniny z sygnałem szerokopasmowym jest w ogóle zadaniem trudnym. Zadanie to będzie łatwiejsze, jeśli stosunek amplitudy sygnału harmonicznego do wartości skutecznej sygnału losowego będzie duży. W miarę zmniejszania się tego stosunku dokładność wyodrębniania składowej harmonicznej może się pogorszyć, jak pokazano w poniższym przykładzie.

PRZYKŁAD Do badań wykorzystano trzy typy cyfrowych układów sterowania. We wszystkich przypadkach parametry testu nie uległy zmianie.

Losowe wibracje:

- zakres częstotliwości: 10- 2000 Hz

- poziom gęstości widmowej przyspieszenia (stały): 0,005; 0,01;0,05/Hz,

- rozdzielczość częstotliwości (maksymalna możliwa): 1 Hz,

- liczba stopni swobody (maksymalna możliwa): 120,

Wibracje harmoniczne:

- amplituda: 5 gn,

- częstotliwość: 20; 160; 380 Hz.

Podczas badań przy stałej częstotliwości drgań harmonicznych stosowano wymuszenia we wszystkich możliwych kombinacjach poziomu gęstości widmowej przyspieszenia i amplitudy sygnału harmonicznego przez 60 s każde.

Sygnał wyjściowy układu sterującego doprowadzono do rejestratora cyfrowego o częstotliwości próbkowania 12,5 kHz. Dane te przeniesiono do komputera w celu obliczenia widmowej gęstości przyspieszenia. W analizie komputerowej wykorzystano następujące wartości parametrów:

- zakres częstotliwości: 10 - 2000 Hz,

- rozdzielczość częstotliwości: 1 Hz,

- liczba stopni swobody: 120,

- czas trwania próbki: 60 s.

Przykładowe obliczenia wykresu gęstości widmowej przyspieszeń dla jednego z układów sterowania i różnych częstotliwości wzbudzenia drgań harmonicznych pokazano na rysunkach A.1 i A.2.

Rysunek A.1 – Sygnał harmoniczny przy 160 Hz

Rysunek A.2 – Sygnał harmoniczny przy 380 Hz

W tabeli A.1 podano wartości gęstości widmowej przyspieszenia przy średniej geometrycznej częstotliwości zakresu częstotliwości dla wszystkich pomiarów. Na podstawie tych wartości obliczane są wartości średniokwadratowe przyspieszenia, a ostatnia kolumna pokazuje ich odchylenia w procentach od wartości teoretycznej. To odchylenie może charakteryzować jakość reprodukcji wzbudzenia harmonicznego. Ponieważ porównywane są tylko wartości RMS, nie można wyciągać żadnych wniosków na temat jakości reprodukcji przebiegu sinusoidalnego.

W celu uzyskania informacji jak duże jest odchylenie od okresowości wzbudzonego sygnału harmonicznego, dla każdego 5-sekundowego odcinka sygnału drganiowego obliczono funkcję autokorelacji. Przykłady takich obliczeń dla dwóch różnych poziomów szumu losowego tła pokazano na rysunku A.3.

1 - SPU: 0,01 /Hz; 2- SPL: 0,005 /Hz

Rysunek A.3 – Funkcja autokorelacji dla mieszaniny szumu losowego z sygnałem harmonicznym o częstotliwości 160 Hz

Tabela A.1 – Szacunkowa gęstość przyspieszenia widmowego przy częstotliwości sygnału harmonicznego w jego mieszaninie z szerokopasmowym sygnałem losowym

Następnie dla każdego pomiaru wyznaczano kwadraty amplitudy dla czasu 5 Funkcja autokorelacji T, gdzie T- okres sygnału harmonicznego. Wartości te podano w tabeli A.2. Odchylenia procentowe od wartości teoretycznej podano w ostatniej kolumnie tej tabeli.

Tabela A.2 — Oszacowana funkcja autokorelacji A dla mieszaniny losowych sygnałów harmonicznych i szerokopasmowych

Obliczenia takie mają zastosowanie tylko w przypadku, gdy wzbudzenie następuje przy stałej częstotliwości, która dokładnie pokrywa się z jedną z linii widmowych. Jeśli nie ma takiej zbieżności, obserwuje się upływ mocy piku widmowego, który może osiągnąć 17%, gdy częstotliwość ta uderza dokładnie pośrodku między liniami widmowymi. Błąd ten ma jednak charakter systematyczny i można go skompensować za pomocą odpowiednich algorytmów.

A.5 Połączenie sygnału szerokopasmowego z sygnałem harmonicznym z przemiataniem częstotliwości

Dyskusja w podrozdziale A.4 dotyczy tego typu drgań.Ponadto w przypadku zmiany częstotliwości sygnału harmonicznego może pojawić się istotny dodatkowy błąd, głównie ze względu na algorytm uśredniania gęstości widmowej przyspieszenia, którego zastosowanie jest obliczane tylko dla sygnał czysto losowy. Algorytm taki nie pozwala na oszacowanie amplitudy składowej harmonicznej zmieniającej się częstotliwości. Dlatego może zaistnieć konieczność przeprowadzenia analizy, w której wyodrębnienie składowej harmonicznej byłoby oddzielnym etapem.

A.6 Kombinacja losowych sygnałów szerokopasmowych i wąskopasmowych z sygnałami harmonicznymi o stałych i zmiennych częstotliwościach

Ta forma wzbudzenia jest najtrudniejszym przypadkiem do analizy, ponieważ dodatkową złożoność powodują nie tylko możliwe przecięcia zmieniających się częstotliwości składowych harmonicznych, ale także przecięcia wąskopasmowych składowych sygnału losowego.

Wzbudzenie tego typu zaleca się stosować wyłącznie w sytuacjach awaryjnych i wyłącznie przy udziale doświadczonych i wykwalifikowanych specjalistów. W przeciwnym razie wiarygodność i powtarzalność wyników testu może zostać poddana w wątpliwość.

Zapewnienie powtarzalności wyników testów jest wyzwaniem. Ze względu na statystyczny charakter sygnału losowego, złożoną odpowiedź próbki i błędy analizy nie można z całą pewnością przewidzieć, czy rzeczywista gęstość widmowa przyspieszenia zastosowana do próbki będzie odpowiadać obserwowanej gęstości widmowej przyspieszenia w określonych tolerancjach. Wymaga to złożonej i czasochłonnej analizy, której nie da się przeprowadzić w czasie rzeczywistym.

Charakterystyki większości cyfrowych układów sterowania, które można wykorzystać do testowania kombinacji efektów wibracyjnych różnych typów, są do siebie podobne. Zmieniając kilka wybieralnych parametrów układu sterowania, można uzyskać szacunki statystycznej dokładności powtarzalnego ruchu, charakteryzującego się różnicą pomiędzy rzeczywistą i obserwowaną widmową gęstością przyspieszenia. Ostateczny wybór powinien pozwolić na ograniczenie tej różnicy (bez uwzględnienia innych źródeł błędów) do minimum.

Korekcja początkowej gęstości widmowej przyspieszenia jest procedurą cykliczną realizowaną z wykorzystaniem pętli sprzężenia zwrotnego układu sterowania. W tym przypadku efektywny czas uśredniania sygnału w tej procedurze zależy od kilku czynników, takich jak skład sprzętu, funkcja przenoszenia układu jako całości, kształt określonej gęstości widmowej przyspieszenia, algorytm sterowania i parametry testu które należy wybrać przed tymi testami. Te parametry testowe obejmują maksymalną częstotliwość analizy, rozdzielczość częstotliwości i poziom odcięcia napędu.

Algorytm sterowania drganiami losowymi powinien zapewniać kompromis pomiędzy dokładnością sterowania a efektywnym czasem uśredniania sygnału (prędkością pętli sprzężenia zwrotnego). Wysoka dokładność kontroli implikuje wzrost liczby danych wykorzystywanych w procedurze rekurencyjnej i odpowiednio zmniejszenie prędkości pętli sprzężenia zwrotnego, tj. spowolnienie reakcji na zmiany rzeczywistej gęstości widmowej przyspieszenia. Wybrana rozdzielczość częstotliwości wpływa również na dokładność sterowania i prędkość pętli sprzężenia zwrotnego. Zwykle zwiększenie rozdzielczości częstotliwości prowadzi do wzrostu dokładności sterowania, ale zmniejsza prędkość pętli sprzężenia zwrotnego. Aby zmniejszyć rozbieżność pomiędzy rzeczywistą i obserwowaną gęstością przyspieszenia widmowego, należy wybrać optymalne wartości powyższych parametrów.

Badania odpowiedzi częstotliwościowej próbki dostarczają ważnych informacji na temat charakteru interakcji pomiędzy próbką a wytrząsarką. Przykładowo podczas takiego badania można stwierdzić nadmierny wzrost drgań uchwytu próbki lub zbieżność rezonansów próbki i uchwytu.

W załączniku tym w pierwszej kolejności rozpatrzono zagadnienia związane ze składową losową wzbudzenia. W odniesieniu do zawartości harmonicznych wzbudzenia (przemiatanie, prędkość przemiatania, zastosowanie filtrów śledzących) można sformułować zalecenia GOST 30630.1.2.

B.2 Wymagania testowe

B.2.1 Sterowanie jednopunktowe i wielopunktowe

B.2.1.1 Ogólne

Weryfikacja spełnienia wymagań testowych odbywa się na podstawie wartości kontrolowanego parametru uzyskanych w wyniku przetwarzania sygnału w punkcie testowym.

W przypadku próbek sztywnych lub małych, np. elementów urządzeń i jeżeli wiadomo, że wpływ próbki sztywno zamocowanej na wytrząsarce na dynamikę układu w zakresie częstotliwości badania jest niewielki, wystarczy wykonać pomiary w jednym punkcie pomiarowym, który w ten sposób staje się kropką kontrolną.

W przypadku próbek o dużych rozmiarach lub skomplikowanym kształcie z szeroko oddalonymi punktami mocowania, do kontroli wykorzystuje się jeden z punktów badawczych lub wyimaginowany punkt kontrolny. W tym drugim przypadku gęstość widmową przyspieszenia oblicza się z sygnałów w kilku punktach pomiarowych. W przypadku złożonych lub dużych próbek zaleca się kontrolę sygnału w wyimaginowanym punkcie odniesienia (patrz ).

B.2.1.2 Sterowanie jednopunktowe

Pomiary przeprowadzane są w jednym punkcie kontrolnym, a wartość kontrolowanego parametru przy każdej częstotliwości jest bezpośrednio porównywana z określoną.

B.2.1.3 Sterowanie wielopunktowe

B.2.1.3.1 Ogólne

W przypadku konieczności wdrożenia sterowania wielopunktowego wybierana jest jedna z dwóch strategii sterowania.

B.2.1.3.2 Średnia kontrola

Ta strategia kontroli polega na obliczeniu kontrolowanego parametru przy każdej częstotliwości dla każdego punktu testowego, po czym dla obliczonych wartości dla każdej częstotliwości obliczana jest średnia arytmetyczna ze wszystkich punktów testowych.

Uzyskane średnie wartości arytmetyczne porównuje się z określonymi wartościami kontrolowanego parametru przy każdej częstotliwości.

B.2.1.3.3 Kontrola wartości ekstremalnych

Przy wyborze tej strategii sterowania wartości kontrolowanego parametru na każdej częstotliwości wyznaczane są jako wartość ekstremalna w sumie tych parametrów uzyskanych dla sygnałów we wszystkich punktach testowych. Zatem wartości kontrolowanego parametru, na którym przeprowadzana jest kontrola, stanowią obwiednię wartości kontrolowanego parametru uzyskaną dla wszystkich punktów testowych.

B.2.2 Charakterystyki probabilistyczne

B.2.2.1 Rozkład wartości chwilowych

Rozkład wartości chwilowych χ losowego sygnału musi spełniać prawo normalne opisane wzorem

Gdzie p(χ)- gęstość prawdopodobieństwa rozkładu wartości chwilowej sygnału sterującego;

σ - Wartość skuteczna (odchylenie standardowe) sygnału sterującego.

Przyjmuje się, że średnia wartość losowego sygnału drgań wynosi zero.

Gęstość prawdopodobieństwa rozkładu dla zbioru sygnałów losowych oraz kombinacji losowych sygnałów wąskopasmowych i szerokopasmowych pokazano na rysunku . Gęstość prawdopodobieństwa rozkładu dla kombinacji sygnałów harmonicznych i losowych pokazano na rysunku .

B.2.2.2 Współczynnik szczytu

Współczynnik szczytu charakteryzuje rozkład sygnału wzbudzenia jako stosunek maksymalnej wartości chwilowej sygnału do odchylenia standardowego (patrz także rysunek 2).

Parametru tego można używać wyłącznie w odniesieniu do sygnału sterującego generowanego na wyjściu cyfrowego systemu kontroli testu, ponieważ nieliniowość całego systemu, w tym wzmacniacza mocy, wibratora, uchwytu i próbki testowej, może zniekształcić kształt fali przy punkt testowy. Z reguły nie da się wyeliminować wpływu tych nieliniowości w szerokim zakresie częstotliwości.

Zgodnie z tą normą wartość współczynnika szczytu musi wynosić co najmniej 2,5 (patrz także ). Jeśli sygnał sterujący o rozkładzie normalnym ma poziom odcięcia równy 2,5 odchylenia standardowego, wówczas około 99% tego sygnału dotrze do wzmacniacza mocy bez zniekształceń.

W normie tej przyjęto, że gęstość widmowa przyspieszenia ma kształt prostokątny (płaski wierzchołek), a wszystkie składowe częstotliwościowe mieszczą się w przedziale pomiędzy częstotliwościami f1 I f2(cm. ). Jednakże w praktyce wzbudzony sygnał ma spadek gęstości widmowej przyspieszenia w obszarach niskich i wysokich częstotliwości. Aby wartość RMS była jak najbardziej zbliżona do wartości docelowej, zbocza te muszą być wystarczająco strome. Zwykle nachylenie opadania w obszarze niskich częstotliwości wynosi 6 dB/oktawę. Jeżeli wartość gęstości widmowej przyspieszenia w punkcie f1 jest duży, a zdolność obiektu badawczego do akceptowalnych przemieszczeń jest ograniczona, może to wymagać zwiększenia stromości dobiegu w obszarze niskich częstotliwości. Obliczenia ruchu dla sygnału losowego podano w B.2.4.

Zazwyczaj zakres dynamiczny dla dwóch sąsiednich linii gęstości widmowej przyspieszenia przy użyciu cyfrowego systemu kontroli testu wynosi 8 dB. Aby uzyskać bardziej stromy spadek, może być konieczne zwiększenie rozdzielczości częstotliwości (tj. zmniejszenie wartości w e). Jeżeli nie jest to możliwe, a także w przypadku, gdy wzrost stromości zjazdu nie pozwala na zmniejszenie wartości przemieszczeń do akceptowalnego poziomu, należy rozważyć możliwość zmniejszenia dolnej granicy tolerancja gęstości widmowej przyspieszenia przy niskich częstotliwościach.

W obszarze wysokich częstotliwości nie ma problemów z zapewnieniem stromości zaniku. Przy częstotliwościach powyżej f2 nachylenie powinno wynosić minus 24 dB/oktawę lub mniej.

Wartość skuteczna przyspieszenia, prędkości lub przemieszczenia w efektywnym zakresie częstotliwości testowych jest pierwiastkiem kwadratowym z sumy średnich kwadratów wartości tych wielkości w odpowiednich podzakresach. Każdy z tych podzakresów jest określony przez wartość gęstości widmowej przyspieszenia dla

Powyższe wzory obowiązują, jeżeli na wykresie gęstości widmowej przyspieszenia, gdzie obie współrzędne podane są w skali logarytmicznej, kształt gęstości widmowej przyspieszenia tworzą linie proste. W tym wypadku spadek M można określić za pomocą wzoru

i wartość szczytowa (indeks dolny wzmacniacz) - zgodnie ze wzorem

Gdzie CF- współczynnik szczytu, zwykle przyjmowany jako równy trzy.

B.3 Procedura testowa

Celem badań wibracyjnych jest wykazanie zdolności produktu do wytrzymywania skutków wibracji i normalnego funkcjonowania przy pewnym poziomie wzbudzenia wibracją. Badanie takie można kontynuować jedynie przez czas wystarczający do wykazania przez próbkę określonych możliwości w określonym zakresie częstotliwości. Czas trwania badań wibracyjnych przy określaniu odporności próbki na skumulowane skutki narażenia na wibracje, takie jak kumulacja zmęczenia lub odkształcenie mechaniczne, powinien być wystarczający, aby zapewnić wymaganą liczbę cykli zmian naprężeń mechanicznych, nawet jeśli czas trwania testów nie będzie odpowiadał wymaganiom.

Podczas badania wpływu drgań urządzenia zamontowane na wibroizolatorach w normalnych warunkach pracy są badane z reguły razem z wibroizolatorami. Jeżeli nie jest możliwe badanie urządzenia z własnymi wibroizolatorami, np. jeżeli urządzenie to jest montowane razem z innym sprzętem przy wykorzystaniu wspólnego mocowania, dopuszcza się przeprowadzenie badań bez wibroizolatorów, ale o różnym stopniu nasilenia warunki badania, które powinny być określone w odpowiednim dokumencie normatywnym. Stopień surowości warunków badania dobiera się biorąc pod uwagę właściwości przenoszenia układu wibroizolacyjnego w każdym kierunku wzbudzenia drgań. Jeżeli nie są znane właściwości wibroizolatorów, należy zastosować się do zaleceń B.4.1.

Odpowiednie przepisy mogą wymagać dodatkowego badania próbki przy usuniętych lub zablokowanych zewnętrznych wibroizolatorach w celu wykazania zgodności z pewnymi minimalnymi wymaganiami wibracyjnymi. W takim przypadku stopień surowości warunków tego testu powinien być wskazany w dokumencie normatywnym.

B.4 Sprzęt przeznaczony do stosowania w połączeniu z wibroizolatorami

B.4.1 Właściwości przenoszące wibroizolatorów

Wyroby montowane na wibroizolatorach w trakcie eksploatacji można badać bez nich, zwłaszcza gdy właściwości dynamiczne wibroizolatorów są niestabilne (np. zmieniają się wraz z temperaturą). W takim przypadku należy zmniejszyć stopień surowości warunków badania, biorąc pod uwagę zakres zmian współczynnika przenoszenia wibroizolatorów. Przy korygowaniu stopnia nasilenia warunków badania uwzględnia się dolną granicę zakresu dla każdego z kierunków narażenia na drgania.

Jeżeli nie są dostępne dane dotyczące właściwości transmisyjnych wibroizolatorów, wówczas stopień surowości warunków badania powinien być przedmiotem uzgodnienia pomiędzy wykonawcą a klientem.

B.4.2 Wpływ temperatury

Wiele wibroizolatorów zawiera materiały, których właściwości zależą od temperatury. Jeżeli naturalna częstotliwość rezonansowa próbki na wibroizolatorach mieści się w zakresie częstotliwości badania, należy zwrócić uwagę na określenie czasu przetrzymywania, podczas którego dane wzbudzenie będzie przykładane do próbki. W niektórych przypadkach niepraktyczne jest poddawanie próbki długotrwałemu wzbudzeniu i należy zapewnić przerwy na jej regenerację. Jeżeli znany jest rzeczywisty rozkład czasu wzbudzenia produktu przy danej częstotliwości rezonansowej w czasie pracy, należy podjąć próbę jego symulacji w trakcie badań. Jeżeli taki rozkład nie jest znany, badania należy przeprowadzić ograniczając czas trwania okresów wzbudzenia, aby uniknąć nadmiernego nagrzewania próbki.

B.5 Stopień nasilenia warunków testowych

Określone zakresy częstotliwości badania, gęstości widm przyspieszenia drgań szerokopasmowych i wąskopasmowych, amplitudy sygnałów harmonicznych należy dobierać tak, aby uwzględnić szeroki zakres warunków praktycznego zastosowania produktu. Jeżeli wyrób ma być użytkowany w ściśle określonych warunkach, zaleca się ustalenie stopnia nasilenia warunków testowych na podstawie rzeczywistych charakterystyk efektu drgań w tych warunkach (o ile takie charakterystyki są znane).

O ile to możliwe, należy wybrać stopień surowości warunków badania w odniesieniu do naprężeń, jakim może zostać poddany wyrób podczas transportu lub eksploatacji, lub do wymagań projektowych stawianych wyrobowi, jeżeli celem badania jest ocenić jego właściwości wytrzymałościowe.

Określając stopień dotkliwości warunków badania, należy ocenić, czy istnieje potrzeba przypisania im „z marginesem” w porównaniu z efektami w rzeczywistych warunkach użytkowania.

NA 6 Charakterystyka sprzętu

Przepisy mogą nakazać, aby próbka zachowywała się podczas całości lub części badania tak, jak normalnie zachowywałaby się w praktyce.

Jeżeli wibracje mogą zakłócać operacje włączania i/lub wyłączania, na przykład zakłócając działanie przekaźnika, należy wziąć pod uwagę, że operacje te są wykonywane wielokrotnie podczas badania, aby zapewnić ich niezawodne wykonanie.

Jeżeli jedynym celem badań jest sprawdzenie odporności wyrobu na dane drgania, wówczas po zakończeniu badań ocenia się działanie próbki.

B.7 Pomiary wstępne i końcowe

Pomiary wstępne i końcowe przeprowadza się w celu oceny, jak na próbkę oddziaływało oddziaływanie drgań powstałych w trakcie badania.

Oprócz kontroli wzrokowej etapy te mogą obejmować pomiar właściwości elektrycznych i mechanicznych.

Słowa kluczowe: wibracje, badania wibracyjne, odporność na wibracje, odporność na wibracje, maszyny, przyrządy, pomiary, charakterystyka częstotliwościowa, stopień nasilenia warunków testowych, losowe wibracje szerokopasmowe, wibracje losowe wąskopasmowe, wibracje harmoniczne

OKTAWA I TEMPO ZMIAN

Oktawy służą do określenia różnicy między dwiema częstotliwościami. Na przykład różnica między 10 Hz a 500 Hz wynosi 490 Hz. Oktawy reprezentują tę różnicę w skali logarytmicznej.

Prawie każdy z nas słyszał, że pojęcie oktawy jest używane w muzyce. Na fortepianie różnica częstotliwości między dwoma najbliższymi nutami o tej samej nazwie wynosi zaledwie oktawę. Międzynarodowym standardem do strojenia instrumentów muzycznych jest nuta la, której częstotliwość wynosi 440 Hz. Częstotliwość nuty oktawy wyższej wynosi 880 Hz, a oktawy niższej wynosi 220 Hz. Widzimy zatem, że oktawa ma właściwość podwajania, innymi słowy jest to stosunek logarytmiczny.

Aby określić liczbę oktaw między dwiema częstotliwościami, możesz skorzystać z następującego wzoru:

gdzie fn to dolna częstotliwość, fin to górna częstotliwość.

Test przesuwającej się fali sinusoidalnej wykorzystuje logarytmiczną skalę częstotliwości. Odbywa się to w celu zapewnienia równomiernego obciążenia badanego obiektu przy różnych częstotliwościach. Zatem przy częstotliwości 10 Hz w ciągu 1 sekundy następuje 10 cykli oscylacji. Te same 10 cykli oscylacji zajmuje jedną setną sekundy przy częstotliwości 1000 Hz. Oznacza to, że aby zapewnić równomierny stan obciążenia (równą liczbę cykli oscylacji) przy różnych częstotliwościach, wraz ze wzrostem częstotliwości, czas oscylacji przy tej częstotliwości musi się zmniejszać.

Najczęściej stosowaną szybkością zmiany częstotliwości jest 1 okt/min. Jeśli test rozpocznie się od 10 Hz, to pierwsza minuta obejmie zakres 10 Hz - 20 Hz, następna minuta - 20 Hz - 40 Hz i tak dalej. Dla zakresu częstotliwości 15 Hz - 1000 Hz liczba oktaw wynosi 6,1. Przy prędkości 1 oktawy na minutę czas testu wyniesie 6,1 minuty.

CO TO JEST LOSOWE WIBRACJE?

Jeśli weźmiemy konstrukcję składającą się z kilku belek o różnych długościach i zaczniemy ją wzbudzać przesuwającą się sinusoidą, wówczas każda wiązka będzie intensywnie oscylować, gdy zostanie wzbudzona jej częstotliwość własna. Jeśli jednak wzbudzimy tę samą strukturę szerokopasmowym sygnałem losowym, zobaczymy, że wszystkie wiązki zaczną silnie się kołysać, tak jakby wszystkie częstotliwości były jednocześnie obecne w sygnale. Jest tak i jednocześnie tak nie jest. Obraz będzie bardziej realistyczny, jeśli założymy, że przez pewien czas te składowe częstotliwości występują w sygnale wzbudzenia, ale ich poziom i faza zmieniają się losowo. Czas jest kluczowym punktem w zrozumieniu procesu losowego. Teoretycznie musimy wziąć pod uwagę nieskończony okres czasu, aby uzyskać prawdziwy sygnał losowy. Jeśli sygnał jest naprawdę losowy, to nigdy się nie powtarza.

Wcześniej do analizy procesu losowego wykorzystywano sprzęt oparty na filtrach środkowoprzepustowych, który wyodrębniał i szacował poszczególne składowe częstotliwości. Nowoczesne analizatory widma wykorzystują algorytm szybkiej transformaty Fouriera (FFT). Losowy, ciągły sygnał jest mierzony i próbkowany w czasie. Następnie dla każdego punktu czasowego sygnału obliczane są funkcje sinus i cosinus, które określają poziomy składowych częstotliwościowych sygnału występujących w analizowanym okresie sygnału. Następnie sygnał jest mierzony i analizowany dla kolejnego przedziału czasowego, a jego wyniki są uśredniane z wynikami poprzedniej analizy. Powtarza się to aż do uzyskania akceptowalnej średniej. W praktyce liczba uśrednień może wahać się od dwóch, trzech do kilkudziesięciu, a nawet setek.

Poniższy rysunek pokazuje, jak suma sinusoid o różnych częstotliwościach tworzy złożony przebieg. Może się wydawać, że suma sygnału jest losowa. Ale tak nie jest, ponieważ składowe mają stałą amplitudę i fazę oraz zmieniają się zgodnie z prawem sinusoidalnym. Przedstawiony proces ma zatem charakter okresowy, powtarzalny i przewidywalny.

W rzeczywistości sygnał losowy ma składowe, których amplitudy i fazy zmieniają się losowo.

Poniższy rysunek przedstawia widmo sygnału sumarycznego. Każda składowa częstotliwościowa całkowitego sygnału ma stałą wartość, ale w przypadku sygnału prawdziwie losowego wartość każdej składowej będzie się cały czas zmieniać, a analiza widmowa pokaże wartości uśrednione w czasie.

częstotliwość Hz

Algorytm FFT przetwarza losowy sygnał w czasie analizy i określa wielkość każdej składowej częstotliwości. Wartości te są reprezentowane przez wartości RMS, które następnie są podnoszone do kwadratu. Ponieważ mierzymy przyspieszenie, jednostką miary będzie przeciążenie gn rms, a po podniesieniu do kwadratu - gn 2 rms. Jeżeli rozdzielczość częstotliwościowa analizy wynosi 1 Hz, wówczas zmierzona wartość zostanie wyrażona jako wielkość przyspieszenia podniesiona do kwadratu w paśmie częstotliwości 1 Hz, a jednostką będzie gn 2 /Hz. Jednocześnie należy pamiętać, że gn jest dobrze gn.

Jednostka gn 2 / Hz jest używana do obliczania gęstości widmowej i zasadniczo wyraża średnią moc zawartą w paśmie częstotliwości 1 Hz. Z profilu testu wibracji losowych możemy określić moc całkowitą, dodając moce każdego pasma 1 Hz. Poniższy profil ma tylko trzy pasma 1 Hz, ale omawiana metoda dotyczy dowolnego profilu.

gęstość widmowa,

g RMS2/Hz

częstotliwość Hz

(4 g 2 /Hz = 4 g rms 2 w każdym paśmie 1 Hz)

Całkowite przyspieszenie (przeciążenie) gn profilu RMS można uzyskać przez dodanie, ale ponieważ wartości są średnią kwadratową, podsumowuje się je w następujący sposób:

Ten sam wynik można uzyskać stosując bardziej ogólny wzór:

Jednak obecnie stosowane profile drgań przypadkowych rzadko są płaskie i bardziej przypominają przekrojowy górotwór.

gęstość widmowa,

g RMS2/Hz

(skala logarytmiczna)

Częstotliwość, Hz (skala log.)

Na pierwszy rzut oka wyznaczenie całkowitego przyspieszenia gn pokazanego profilu jest zadaniem dość prostym i jest definiowane jako skuteczna suma wartości czterech odcinków. Jednak profil jest pokazany w skali logarytmicznej, a ukośne linie nie są w rzeczywistości proste. Linie te są krzywymi wykładniczymi. Dlatego musimy obliczyć pole pod krzywymi, a to zadanie jest znacznie trudniejsze. Jak to zrobić, nie będziemy się zastanawiać, ale możemy powiedzieć, że całkowite przyspieszenie wynosi 12,62 g RMS.

Dlaczego musisz znać całkowite przyspieszenie dla przypadkowych wibracji?

W trybie wibracji losowych system do badania wibracji ma nominalną siłę pchającą wyrażoną w N rms lub kgf rms. Należy pamiętać, że siła jest określana na podstawie wartości skutecznej, w przeciwieństwie do drgań sinusoidalnych, gdzie używana jest wartość amplitudy. Wzór na określenie siły jest taki sam: F = m*a, ale ponieważ siła ma wartość RMS, to przyspieszenie również musi mieć wartość RMS.

Siła (N studnie) \u003d masa (kg) * przyspieszenie (m / s 2 studnie)

Siła (kgf RMS) = Masa (kg) * Przyspieszenie (gn RMS)

Pamiętaj, że masa odnosi się do całkowitej masy wszystkich ruchomych części!

Co oznaczają wibracje losowe?

Dla danego profilu badawczego istotna jest znajomość przemieszczenia, gdyż może ono przekroczyć maksymalne dopuszczalne przemieszczenie wibratora. Nie wchodząc w szczegóły, wiemy jak obliczyć całkowite przyspieszenie skuteczne i nie ma powodu, dla którego nie mielibyśmy wyznaczać prędkości skutecznej i przemieszczenia skutecznego dla danego profilu. Trudności pojawiają się, gdy chcemy przejść od wartości skutecznej do amplitudy lub do wartości szczytowej. Pamiętajmy, że stosunek wartości amplitudy do wartości skutecznej nazywany jest współczynnikiem szczytu, który dla sygnału sinusoidalnego jest równy pierwiastkowi kwadratowemu z 2. Współczynniki konwersji z wartości skutecznej na amplitudę i odwrotnie wynoszą 1,414 (2) i 0,707 (1/2), odpowiednio. Nie mamy jednak do czynienia z sygnałem sinusoidalnym, lecz z procesem losowym, w którym teoretyczny współczynnik szczytu jest równy nieskończoności, gdyż wartość amplitudy sygnału losowego może być równa nieskończoności. W praktyce przyjmuje się, że wartość współczynnika szczytu jest równa 3. Na rysunku przedstawiono krzywą rozkładu normalnego sygnału losowego. Według statystyk, jeśli ograniczymy się do szerokości przedziału 3, to obejmie to 99,73% wszystkich możliwych wartości amplitud prawdziwego sygnału losowego.

Gęstości prawdopodobieństwa

krzywa dzwonowa

Zatem jeśli założymy, że przy współczynniku szczytu wynoszącym trzy regulator drgań losowych wygeneruje losowy sygnał o maksymalnej amplitudzie trzykrotności wartości skutecznej, to wynika z tego, że obliczone przemieszczenie będzie równe całkowitemu przemieszczeniu skutecznemu pomnożonemu przez wartość współczynnika szczytu i pomnożona przez 2. Obliczony ruch nie może przekraczać maksymalnego dopuszczalnego ruchu wibratora.

Praktyczne aspekty doboru wartości współczynnika szczytu

Możemy poprosić kontroler drgań losowych o wygenerowanie sygnału o współczynniku szczytu 3, który zostanie przesłany przez wibrator do próbki testowej. Niestety zarówno wibrator, jak i próbka są zasadniczo układami nieliniowymi i podlegają rezonansom. Ta nieliniowość z rezonansami spowoduje zniekształcenia. Ostatecznie przekonamy się, że współczynnik szczytu zmierzony na stole wibracyjnym lub obiekcie testowym będzie znacznie różnił się od pierwotnie określonego! Kontrolery losowych wibracji nie korygują tego automatycznie.

Moc poza pasmem

Należy zwrócić uwagę na efekt, jaki może wystąpić, gdy próbkę wzbudzimy sygnałem losowym, przystosowanym do pracy w zakresie częstotliwości na przykład do 1000 Hz. Sygnał generowany przez sterownik może wzbudzać częstotliwości rezonansowe znacznie powyżej 1000 Hz. Częstotliwości te są wzbudzane przez harmoniczne. Dlatego warto kontrolować moc sygnału powyżej zakresu badawczego, gdyż może to spowodować zniszczenie próbki nadającej się do pracy w danym zakresie częstotliwości (w tym przypadku do 1000 Hz).

Wibracje losowe wąskopasmowe

Siłę pchania wibratorów w trybie wibracji losowych mierzy się w następujących warunkach:

masa ładunku jest w przybliżeniu dwukrotnie większa od masy twornika (ruchomej części wibratora)

profil testowy zgodny z ISO 5344

stosunek wartości amplitudy do średniej kwadratowej wartości przyspieszenia wynosi co najmniej 3.

Układy do badań wibracyjnych charakteryzują się nieliniową charakterystyką częstotliwościową (przy niektórych częstotliwościach ich skuteczność jest większa, przy innych mniejsza), a proces losowy przy częstotliwościach poniżej 500 Hz odtwarzany jest z mniejszą wydajnością. W takim przypadku wzmacniacz może nie mieć wystarczającej mocy, aby wytworzyć wymaganą siłę pchania. Wybór mocniejszego wzmacniacza rozwiąże ten problem.

JEDNOSTKI GĘSTOŚCI WIDMOWEJ

Najczęściej stosowane jednostki gęstości widma mocy to:

W każdym razie trzeba pamiętać, że przyspieszenie wyraża się w wartościach RMS.

Aby przeliczyć jednostki miary:

W jaki sposób wibracja wpływa na mój produkt?

Wszystkie produkty poddawane są wibracjom, o których w większości przypadków wiemy bardzo niewiele. Przyczyną wibracji są warunki pracy produktu, jego transport lub sam produkt. Na przykład elementy elektroniczne pralki są narażone na silne wibracje. Musimy zrozumieć skutki wibracji, aby móc tworzyć produkty o wysokiej jakości i niezawodności.

Jeśli weźmiemy pod uwagę radio samochodowe montowane na desce rozdzielczej, to podlega ono wibracjom. Źródłami drgań są silnik, skrzynia biegów, profil drogi. Zakres częstotliwości drgań mieści się zazwyczaj w przedziale 1 Hz – 1000 Hz. Na przykład prędkość silnika 3000 obr./min odpowiada częstotliwości 50 Hz. Wibracje te przenoszone są na deskę rozdzielczą nawet jeśli silnik jest zamontowany na mocowaniach antywibracyjnych, które teoretycznie nie powinny przenosić drgań na karoserię. Mamy więc źródło wibracji, które pobudza tablicę przyrządów i radio samochodowe.

Panel

Wibracja

Wibracje generowane przez źródło mogą być niewielkie, jednak zanim dotrą do radia, poziom wibracji może znacznie wzrosnąć na skutek rezonansów karoserii i deski rozdzielczej.

Rezonans

Dobrym przykładem rezonansu jest dźwięk wydawany przez szkło, gdy przesuwamy mokrym palcem po jego krawędzi. Ściany szkła zaczynają oscylować z własną częstotliwością. Wibracje te powodują fale dźwiękowe, które słyszymy. Same wibracje powstają na skutek tarcia palca o szybę. Znana jest historia o śpiewaku operowym, który głosem rozbił szklankę. Jeżeli częstotliwość drgań dźwięku pokrywa się z naturalną częstotliwością drgań ścianek szkła, drgania mogą stać się tak intensywne, że szkło pęknie.

Krawędź szkła w rezonansie

Częstotliwość rezonansowa obiektu to częstotliwość, z jaką obiekt będzie wibrował w sposób naturalny, jeśli zostanie wytrącony z równowagi. Na przykład, gdy szarpnie się strunę gitary, będzie ona wibrować ze swoją częstotliwością rezonansową, a dzwonek będzie również wibrował ze swoją częstotliwością rezonansową po uderzeniu.

Wiązka w rezonansie

uderzenie

Zysk = 20

Rysunek pokazuje, jak rezonans wzmacnia wibracje. W tym przykładzie ekscytujące przemieszczenie o amplitudzie 1 mm powoduje, że wiązka wibruje z amplitudą 20 mm, której wielkość zależy również w pewnym stopniu od współczynnika jakości belki. Nadmierne ugięcie belki może prowadzić do uszkodzenia zmęczeniowego belki.

Ostrość rezonansu, zwana współczynnikiem jakości (kryterium jakości), zależy od wielkości tłumienia. Efekt tłumienia można usłyszeć dotykając ręką dzwoniącego dzwonka: dłoń wytłumi jego wibracje, czyli tzw. amplituda oscylacji i dźwięk dzwonka będą się zmieniać i szybko zanikać.

Poniższy rysunek przedstawia pik rezonansowy przy częstotliwości f. Im większe tłumienie, tym niższy i szerszy pik rezonansowy. Tłumienie wyraża się w Q, które określa szerokość krzywej rezonansowej przy połowie poziomu mocy (A/2) lub –3 dB od A, gdzie A jest maksymalną amplitudą. (-3 dB zaokrąglone, dokładna wartość to -3,0102299957 dB).

Poziom

Częstotliwość

Jak rezonans wpływa na radio samochodowe?

Osłabienie obudowy (drgania)

przerwa w kablu

Uderzyć

Panel

Szkoda

opłaty

To zdjęcie ilustruje:

Luźna płytka PCB z czasem wygnie się i pęknie.

Kiedy płytka drukowana rezonuje, przenosi wysoki poziom wibracji na elementy elektroniczne, które mogą przedwcześnie ulec uszkodzeniu.

Kable i przewody mogą ostatecznie pęknąć w miejscu mocowania do płyty z powodu naprężeń zmęczeniowych.

Jeśli całe urządzenie nie zostanie odpowiednio zabezpieczone, może uderzyć w inne części deski rozdzielczej, powodując irytujące grzechotanie, ale co bardziej niebezpieczne, porażenie elementów elektronicznych i spowodowanie ich rezonowania.

Ponieważ radio samochodowe ma magnetofon kasetowy, wibracje mechanizmu napędu taśmy mogą powodować wycie i grzechotanie oraz uszkodzenie taśmy.

IZOLACJA WIBRATORA

Podczas pracy w pozycji pionowej wibrator wytwarza siłę pchającą skierowaną pionowo. Zgodnie z trzecim prawem Newtona każda akcja wywołuje reakcję. Wynika z tego, że przykładając siłę do naszego badanego obiektu, działamy z tą samą siłą na podłogę.

Obiekt testowy

Siła

Ponieważ większość budynków ma częstotliwość własną wynoszącą około 15 Hz, wzbudzane są nie tylko częstotliwości rezonansowe obiektów otaczających wibrator, ale także częstotliwości rezonansowe budynku, co w niektórych przypadkach może prowadzić do uszkodzenia budynku.

Aby uniknąć tego problemu, można zastosować masę sejsmiczną – zwykle duży blok betonowy, którego ciężar musi być co najmniej 10-krotność maksymalnej siły pchającej wytwarzanej przez wibrator,

lub użyj innej metody izolacji, takiej jak mocowania pneumatyczne lub mocowania gumowe.

armatura

Ruch zbrojenia

Sprężyna powietrzna

Ruch ciała

Większość wibratorów jest dostarczana z elementami izolującymi drgania. Jednakże powoduje to kolejny problem związany z ruchem korpusu wibratora. Ze względu na to, że korpus wibratora jest odizolowany od podłoża za pomocą „sprężyn”, gdy zwora wibratora porusza się pod obciążeniem, korpus wibratora ma tendencję do przesuwania się w dół. Ruch korpusu wibratora ogranicza ruch stołu wibracyjnego względem podłoża i w konsekwencji przyspieszenie stołu, które ma wartość bezwzględną. Wielkość ruchu obudowy związana jest ze stosunkiem całkowitej masy ruchomej do masy obudowy wibratora. Im cięższy ładunek, tym większy ruch kadłuba. Maksymalny ruch stołu względem podłogi można wyznaczyć ze wzoru:

Niestety wibroizolatory mają rezonanse o częstotliwościach 2,5 Hz, 5 Hz, 10 Hz lub 15 Hz, w zależności od rodzaju wibroizolatora. Jeżeli wibrator pracuje z dużymi ruchami z częstotliwością rezonansową izolatora, powyższy wzór nie ma sensu, ponieważ badany obiekt pozostanie nieruchomy, podczas gdy korpus wibratora będzie się poruszał.

MOMENT ŁAMĄCY

Istnieje zasada, zgodnie z którą środek ciężkości badanego obiektu i wyposażenia powinien znajdować się na osi wzdłużnej zbrojenia. Jeśli ta zasada nie będzie przestrzegana, możesz:

przeciążać obiekt testowy

uszkodzić wibrator

Konstrukcja wibratora zapewnia przenoszenie siły pchającej wzdłuż osi twornika, zatem przemieszczenie ładunku i osprzętu od osi wzdłużnej powoduje „przechylenie się twornika”. Ten ruch uchylny przejmowany jest przez prowadnice zaworów i obciąża je, co w skrajnych przypadkach może doprowadzić do uszkodzenia łożysk prowadnicy i szpuli. Obiekt badań poddawany jest także obciążeniom poprzecznym, których nie przewidują tryby badania. Jeżeli oprzyrządowanie nie jest wystarczająco sztywne, może wystąpić rezonans poprzeczny, podczas którego badany obiekt poddawany jest znacznym, niekontrolowanym wibracjom. Przykładowo, przy przyspieszeniu poprzecznym 5g, wywołanym przemieszczeniem ładunku i sprzętu, które ma współczynnik jakości przy częstotliwości rezonansowej Q=50, obiekt badany przy tej częstotliwości będzie miał przyspieszenie 250g!

Kontrola

Aby zapobiec tej sytuacji, dobrą praktyką jest kontrolowanie przyspieszenia bocznego. W przypadkach, gdy nie można pominąć przyspieszenia bocznego, strategia sterowania może ograniczyć ruch w kierunku pionowym, aby nie przeciążać obiektu badania. Metodę tę stosuje się w sterowaniu wielokanałowym, gdy sygnał sterujący generowany jest w wyniku reakcji badanego obiektu w kilku punktach.

Jeśli Twoje oprzyrządowanie jest sztywne, starannie zaprojektowane i wykonane, środki ciężkości oprzyrządowania i obiektu badań leżą na osi wzdłużnej stołu wibracyjnego, wówczas moment wywracający będzie minimalny i można go zignorować.

Notatka. Kiedy złożona konstrukcja wibruje, położenie jej środka ciężkości może zależeć od częstotliwości wzbudzenia, dlatego przy różnych częstotliwościach położenie środka ciężkości będzie inne.

W partiach wokalnych Ryszard często używany raczej… perkusista Ginger piekarz, pianista Johnny... wracamy podawane, rock jest podzielony...nieskomplikowane sceny o charakterze półbohaterskim treść. Adam Ent, ... według notatek, kierunek specjalny wibracja na końcu zdania...

Analiza spektralna to metoda przetwarzania sygnału, która pozwala zidentyfikować zawartość częstotliwości w sygnale. Znane są metody przetwarzania sygnału drganiowego: korelacja, autokorelacja, moc widmowa, charakterystyka cepstralna, obliczanie kurtozy, obwiednia. Najpowszechniej stosowana analiza spektralna jako metoda prezentacji informacji, ze względu na jednoznaczną identyfikację uszkodzeń i zrozumiałe zależności kinematyczne pomiędzy zachodzącymi procesami a widmami drgań.

Wizualna reprezentacja składu widma daje graficzną reprezentację sygnału drgań w postaci spektrogramów. Identyfikacja układu amplitud składających się na drgania pozwala zidentyfikować awarie sprzętu. Analiza spektrogramów przyspieszeń drgań pozwala na wczesne rozpoznanie uszkodzeń. Spektrogramy prędkości drgań służą do monitorowania zaawansowanych uszkodzeń. Poszukiwanie uszkodzeń odbywa się z ustaloną częstotliwością występowania ewentualnych uszkodzeń. Do analizy widma drgań wybiera się główne składowe sygnału widmowego z poniższej listy.

1. Częstotliwość obrotu- częstotliwość obrotu wału napędowego mechanizmu lub częstotliwość procesu roboczego - pierwsza harmoniczna. Harmoniczne - częstotliwości będące wielokrotnościami częstotliwości rozwojowej (), przekraczające częstotliwość rozwojową o całkowitą liczbę razy (2, 3, 4, 5, ...). Harmoniczne są często określane jako nadharmoniczne. Harmoniczne charakteryzują nieprawidłowe działanie: niewspółosiowość, zgięcie wału, uszkodzenie sprzęgła, zużycie gniazd. Liczba i amplituda harmonicznych wskazują na stopień uszkodzenia mechanizmu.

   Główne przyczyny pojawienia się harmonicznych:

   • drgania niewyważenia niewyważonego wirnika objawiają się w postaci sinusoidalnych oscylacji z prędkością obrotową wirnika, zmiana prędkości obrotowej prowadzi do zmiany amplitudy oscylacji w zależności kwadratowej;
   • zginanie wału, niewspółosiowość wału - są określone przez zwiększone amplitudy parzystych harmonicznych 2. lub 4., pojawiają się w kierunku promieniowym i osiowym;
   • obrót pierścienia łożyska na wale lub w obudowie może prowadzić do pojawienia się harmonicznych nieparzystych - 3. lub 5.
2. Subharmoniczne- części ułamkowe pierwszej harmonicznej (1/2, 1/3, 1/4, ... prędkości obrotowej), ich pojawienie się w widmie drgań wskazuje na obecność przerw, zwiększoną podatność części i podpór (). Czasami zwiększona zgodność, luki w węzłach prowadzą do pojawienia się półtora harmonicznej 1½, 2½, 3½ .... częstotliwość zwojów ().

   

   

3. częstotliwości rezonansowe– częstotliwości drgań własnych części mechanizmu. Częstotliwości rezonansowe pozostają niezmienione, gdy zmienia się prędkość wału ().

   

4. Drgania nieharmoniczne– przy tych częstotliwościach następuje uszkodzenie łożysk tocznych. W widmie drgań pojawiają się składowe z częstotliwością możliwych uszkodzeń łożyska ():
   • uszkodzenie pierścienia zewnętrznego f nk \u003d 0,5 × z × f vr × (1 - d × cos β / D);
   • uszkodzenie pierścienia wewnętrznego f vk \u003d 0,5 × z × f vr × (1 + d × cos β / D);
   • uszkodzenia elementów tocznych f tk = (D × f vr / d) ×;
   • uszkodzenie separatora f do \u003d 0,5 × f vr × (1 - d × cos β / D),

   Gdzie f BP- częstotliwość obrotu wału; z liczba elementów tocznych; D jest średnicą elementów tocznych; β – kąt zwilżania (kontakt elementów tocznych z bieżnią); D- średnica okręgu przechodzącego przez środki elementów tocznych ().

   

   

   Wraz ze znacznym rozwojem uszkodzeń pojawiają się składowe harmoniczne. Stopień uszkodzenia łożyska określa się na podstawie liczby harmonicznych danego uszkodzenia.

   Uszkodzenia łożysk tocznych prowadzą do pojawienia się dużej liczby składowych w widmie przyspieszeń drgań w zakresie częstotliwości własnych łożysk 2000...4000 Hz ().

   

5. Częstotliwości wycinania- częstotliwości równe iloczynowi prędkości wału i liczby elementów (liczba zębów, liczba ostrzy, liczba palców):

   f obrót = z × f obrót,

   Gdzie z- liczba zębów koła lub liczba ostrzy.

   Uszkodzenia objawiające się częstotliwością zębów mogą generować składowe harmoniczne wraz z dalszym rozwojem uszkodzenia ().

   

6. Paski boczne- modulacja procesu, pojawia się wraz z rozwojem uszkodzeń kół zębatych, łożysk tocznych. Przyczyną pojawienia się jest zmiana prędkości podczas interakcji uszkodzonych powierzchni. Wartość modulacji wskazuje źródło wzbudzenia oscylacyjnego. Analiza modulacji pozwala poznać pochodzenie i stopień rozwoju uszkodzeń (Rysunek 110).

   

7. Wibracje pochodzenia elektrycznego zwykle obserwowane przy częstotliwości 50 Hz, 100 Hz, 150 Hz i innych harmonicznych (). Wibracje częstotliwościowe pochodzenia elektromagnetycznego znikają w widmie po wyłączeniu energii elektrycznej. Przyczyną uszkodzenia może być uszkodzenie mechaniczne, np. poluzowanie połączeń gwintowych stojana z ramą.

   

8. Składniki hałasu, występują podczas zatarcia, styków mechanicznych lub niestabilnej prędkości. Charakteryzują się dużą liczbą składowych o różnych amplitudach ().

   

Jeśli posiada się wiedzę na temat składowych widma, możliwe staje się ich rozróżnienie w widmie częstotliwości oraz określenie przyczyn i skutków uszkodzeń ().

a) spektrogram prędkości drgań mechanizmu z niewyważeniem wirnika i częstotliwością pierwszej harmonicznej 10 Hz; b) widmo drgań łożyska tocznego z uszkodzeniem pierścienia zewnętrznego – występowanie harmonicznych z częstotliwością toczenia się elementów tocznych wzdłuż pierścienia zewnętrznego; c) spektrogram przyspieszeń drgań odpowiadających uszkodzeniom łożysk tocznych wrzeciona frezarki pionowej – składowe rezonansowe o częstotliwościach 7000…9500 Hz; d) spektrogram przyspieszeń drgań podczas osadzania drugiego rodzaju części obrabianej na maszynie do cięcia metalu

Zasady analizy składowych widmowych

1. Duża liczba harmonicznych charakteryzuje się dużym uszkodzeniem mechanizmu.
2. Amplitudy harmonicznych powinny zmniejszać się wraz ze wzrostem liczby harmonicznych.
3. Amplitudy podharmonicznych muszą być mniejsze niż amplituda pierwszej harmonicznej.
4. Wzrost liczby pasm bocznych wskazuje na rozwój uszkodzeń.
5. Amplituda pierwszej harmonicznej powinna mieć większą wartość.
6. Głębokość modulacji (stosunek amplitudy harmonicznej do amplitudy wstęg bocznych) określa stopień uszkodzenia mechanizmu.
7. Amplitudy składowych prędkości drgań nie powinny przekraczać wartości dopuszczalnych przyjętych w analizie ogólnego poziomu drgań. Jedną z oznak obecności znacznych uszkodzeń jest obecność w widmie przyspieszeń drgań elementów o wartościach powyżej 9,8 m/s 2 .

Dla skutecznego monitorowania stanu technicznego konieczne jest comiesięczne monitorowanie analizy spektralnej składowych prędkości drgań. W historii rozwoju uszkodzeń wyróżnia się kilka etapów:

a) dobry stan; b) początkowa nierównowaga; c) średni poziom uszkodzeń; d) znaczne szkody

Jednym z charakterystycznych uszkodzeń mechanizmu po długotrwałej eksploatacji (10…15 lat) jest nierównoległość powierzchni nośnych korpusu maszyny i fundamentu, przy jednoczesnym rozłożeniu ciężaru maszyny na trzy lub dwie podpory. Widmo prędkości drgań zawiera w tym przypadku składowe harmoniczne o amplitudzie większej niż 4,5 mm/s oraz półtorej harmonicznej. Uszkodzenia prowadzą do zwiększonej podatności ciała w jednym z kierunków oraz niestabilności kąta fazowego podczas wyważania. Dlatego przed wyważeniem wirnika należy wyeliminować nierównoległość podpór korpusu maszyny i fundamentu, poluzowanie połączeń gwintowych, zużycie gniazd łożysk, zwiększony luz osiowy łożysk.

Warianty wyglądu i rozwoju półtorej harmonicznej przedstawiono na rysunku 115. Mała amplituda półtorej harmonicznej jest charakterystyczna dla wczesnego etapu rozwoju tego uszkodzenia (a). Dalszy rozwój może odbywać się na dwa sposoby:

Konieczność naprawy powstaje, jeśli amplituda półtorej harmonicznej przekracza amplitudę częstotliwości odwrotnej (r).

a) wczesny etap rozwoju uszkodzenia – mała amplituda półtora harmonicznej; b) rozwój uszkodzeń - wzrost amplitudy półtorej harmonicznej; c) rozwój uszkodzeń - pojawienie się harmonicznych 1¼, 1½, 1¾ itd.;
d) potrzeba naprawy - przekracza amplitudę półtora harmonicznej
amplituda częstotliwości odwrotnej

Dla łożysk tocznych można także wyróżnić charakterystyczne spektrogramy przyspieszeń drgań związanych z różnym stopniem uszkodzenia (rys. 116). Stan użytkowy charakteryzuje się obecnością nieznacznych składowych amplitudy w obszarze niskich częstotliwości badanego widma 10 ... 4000 Hz (a). Początkowy etap uszkodzenia składa się z kilku składowych o amplitudzie 3,0...6,0 m/s 2 w środkowej części widma (b). Średni poziom uszkodzeń związany jest z powstawaniem „garbu energetycznego” w zakresie 2...4 kHz o wartościach szczytowych 5,0...7,0 m/s 2 (c). Znaczące uszkodzenia prowadzą do wzrostu wartości amplitud składowych „garbu energetycznego” powyżej 10 m/s 2 ( d). Wymianę łożyska należy przeprowadzić po rozpoczęciu spadku wartości składowych szczytowych. Jednocześnie zmienia się charakter tarcia – w łożysku tocznym pojawia się tarcie ślizgowe, elementy toczne zaczynają się ślizgać względem bieżni.

a) dobry stan; b) etap początkowy; c) średni poziom uszkodzeń;
d) znaczne szkody

Analiza koperty

Działanie łożysk tocznych charakteryzuje się ciągłym generowaniem hałasu i wibracji w szerokopasmowym zakresie częstotliwości. Nowe łożyska generują niski poziom hałasu i prawie niezauważalne wibracje mechaniczne. W miarę zużywania się łożyska w procesach wibracyjnych zaczynają pojawiać się tzw. tony łożyskowe, których amplituda wzrasta wraz z rozwojem defektów. W rezultacie sygnał drgań generowany przez uszkodzone łożysko można przedstawić w pewnym przybliżeniu jako proces losowy z modulacją amplitudy ().

Kształt obwiedni i głębokość modulacji są bardzo czułymi wskaźnikami stanu technicznego łożyska tocznego i dlatego stanowią podstawę analiz. Jako miarę stanu technicznego w niektórych programach stosuje się współczynnik modulacji amplitudy:

K m = (U p,max – U p,min) / (U p,max + U p,min).

Na początku rozwoju defektów na „tle szumowym” zaczynają pojawiać się tony nośne, które w miarę rozwoju defektu nasilają się o około 20 dB w stosunku do poziomu „tła szumowego”. W późniejszych stadiach rozwoju wady, gdy staje się ona poważna, poziom hałasu zaczyna wzrastać i osiąga wartość tonów nośnych w nieakceptowalnym stanie technicznym.

Część sygnału o wysokiej częstotliwości, będąca szumem, zmienia swoją amplitudę w czasie i jest modulowana przez sygnał o niskiej częstotliwości. Ten sygnał modulujący zawiera również informację o stanie łożyska. Metoda ta daje najlepsze rezultaty, jeśli analizujemy modulację nie sygnału szerokopasmowego, ale najpierw przeprowadzimy filtrację środkowoprzepustową sygnału drgań w zakresie około 6...18 kHz i przeanalizujemy modulację tego sygnału. W tym celu wykrywany jest przefiltrowany sygnał i wybierany jest sygnał modulujący, który jest podawany do wąskopasmowego analizatora widma, gdzie tworzone jest widmo obwiedni.

Drobne wady łożysk nie są w stanie wywołać zauważalnych drgań w niskich i średnich częstotliwościach generowanych przez łożysko. Jednocześnie do modulacji hałasu wibracyjnego o wysokiej częstotliwości energia powstałych wstrząsów jest wystarczająca, metoda ma bardzo wysoką czułość.

Widmo obwiedniowe ma zawsze bardzo charakterystyczny wygląd. W przypadku braku wad jest to linia prawie pozioma, lekko falista. Kiedy pojawiają się defekty, dyskretne komponenty zaczynają wznosić się ponad poziom tej raczej gładkiej linii ciągłego tła, którego częstotliwości są obliczane na podstawie kinematyki i obrotów łożyska. Skład częstotliwościowy widma obwiedni pozwala na identyfikację obecności defektów, a nadmiar odpowiednich składowych nad tłem jednoznacznie charakteryzuje głębokość każdego defektu.

Diagnostyka obwiedniowa łożyska tocznego umożliwia identyfikację poszczególnych usterek. Częstotliwości widma obwiedni drgań, przy których wykrywane są uszkodzenia, pokrywają się z częstotliwościami widm drgań. Przy pomiarze obwiednią należy wprowadzić do urządzenia wartość częstotliwości nośnej i przefiltrować sygnał (szerokość pasma nie przekracza 1/3 oktawy).

Pytania do samokontroli

1. W jakich celach wykorzystuje się analizę spektralną?
2. Jak określić częstotliwość i harmoniczne?
3. W jakich przypadkach w widmie drgań pojawiają się subharmoniczne?
4. Jakie są właściwości częstotliwości rezonansowych?
5. Z jaką częstotliwością dochodzi do uszkodzeń łożysk tocznych?
6. Jakie są objawy uszkodzenia przekładni?
7. Co to jest modulacja sygnału wibracyjnego?
8. Jakie znaki wyróżniają wibracje pochodzenia elektrycznego?
9. Jak zmienia się charakter wzorów widmowych wraz z rozwojem uszkodzeń?
10. Kiedy stosuje się analizę obwiedni?

Podczas badania skutków wibracji najczęściej stosuje się następujące metody badań:

Metoda wibracji sinusoidalnych o stałej częstotliwości;

Metoda zamiatania;

Szerokopasmowa metoda wibracji przypadkowych;

Metoda wąskopasmowych drgań losowych.

Czasami w laboratorium przeprowadza się badania wpływu rzeczywistych wibracji.

Testy wibracji sinusoidalnych o stałej częstotliwości przeprowadza się poprzez ustawienie określonych wartości parametrów drgań przy stałej częstotliwości. Badania można przeprowadzić:

Na jednej stałej częstotliwości;

Przy wielu częstotliwościach rezonansu mechanicznego;

Przy liczbie częstotliwości określonej w zakresie roboczym.

Badania przy jednej stałej częstotliwości f(i) przez zadany czas t p przy określonej amplitudzie przyspieszenia (przemieszczenia) są nieskuteczne. Ponieważ prawdopodobieństwo, że produkt będzie narażony na wibracje o tej samej częstotliwości podczas pracy lub transportu, jest bardzo małe. Tego typu badanie przeprowadza się podczas procesu produkcyjnego w celu wykrycia niskiej jakości połączeń lutowanych i gwintowanych, a także innych wad produkcyjnych.

Badania metodą stałej częstotliwości przy częstotliwościach rezonansu mechanicznego. Badane produkty wymagają wcześniejszego określenia tych częstotliwości. Badany przedmiot poddawany jest sukcesywnie drganiom o częstotliwościach rezonansowych, utrzymując go w każdym stanie przez pewien czas. Godność Metoda ta polega na tym, że badania przeprowadza się na częstotliwościach najbardziej niebezpiecznych dla badanego ES. niekorzyść jest trudność w automatyzacji procesu testowania, ponieważ częstotliwości rezonansowe mogą się nieco zmieniać podczas procesu testowania.

Testy na wielu częstotliwościach określonych w zakresie roboczym wskazane jest przeprowadzenie pomiaru charakterystyki produktu w punktach zakresu częstotliwości pracy. Teoretycznie odstęp między dwiema sąsiednimi częstotliwościami jest wybierany nie większy niż szerokość charakterystyki rezonansowej elementu konstrukcyjnego. Odbywa się to, aby nie przeoczyć możliwego wystąpienia rezonansu. W przypadku wykrycia częstotliwości rezonansowych lub częstotliwości, przy których obserwuje się pogorszenie kontrolowanych parametrów produktu, zaleca się dodatkowe zatrzymanie na tej częstotliwości w celu wyjaśnienia i identyfikacji przyczyn rozbieżności.

Test częstotliwości przemiatanej realizowane są poprzez ciągłą zmianę częstotliwości drgań w kierunku jej wzrostu, a następnie spadku. Głównymi parametrami charakteryzującymi metodę częstotliwości przemiatanej są:

Czas jednego cyklu wahadłowego T c;

Prędkość obrotu n do;

Czas trwania testu T p.

Ważnym wskaźnikiem metody przemiatania częstotliwości jest prędkość przemiatania częstotliwości. Z faktu, że zakres wysokich częstotliwości drgań (1000...5000 Hz) jest znacznie szerszy niż zakres niskich częstotliwości drgań (20...1000 Hz) wynika, że ​​gdy częstotliwość waha się ze stałą prędkością w obrębie zakresie roboczym, obszar niskiej częstotliwości przejdzie w krótszym czasie niż obszar wysokiej częstotliwości. W rezultacie wykrycie rezonansów przy niskich częstotliwościach będzie trudne. Dlatego zazwyczaj zmiana częstotliwości w zakresie częstotliwości roboczej odbywa się zgodnie z prawem wykładniczym.

f in \u003d f 1 ×e kt,(3)

Gdzie f w– częstotliwość drgań w chwili t, Hz; f1– dolna częstotliwość zakresu roboczego, Hz; k jest wykładnikiem charakteryzującym prędkość wahadłową.

Przy wyborze dużej prędkości wahadłowej ocena właściwości badanego ES będzie przeprowadzona z dużymi błędami, gdyż amplituda oscylacji rezonansowych produktu osiągnie niższe wartości niż przy niskiej prędkości, możliwe są również przeskoki (niewykrycie) rezonansów. W przypadku wybrania małej prędkości wahadłowej długie przejście zakresu częstotliwości roboczej może spowodować uszkodzenie badanego produktu przy częstotliwościach rezonansowych i wydłużenie czasu trwania testu. Szybkość zmian częstotliwości powinna być taka, jak czas zmiany częstotliwości w paśmie częstotliwości rezonansowej t re fa był nie krótszy niż czas narastania amplitudy drgań produktu przy rezonansie do wartości ustalonej t na zewnątrz oraz czas ostatecznego ustawienia ruchomej części urządzenia pomiarowego lub rejestrującego ty. Te. szybkość zmiany częstotliwości będzie ograniczona następującymi warunkami:

t re f > t na zewnątrz,(4)

t re fa > t y .

Czas narastania amplitudy drgań w rezonansie do wartości ustalonej można w przybliżeniu obliczyć ze wzoru:

t nar \u003d k 1 × Q / f 0, (5)

Gdzie f 0 – częstotliwość rezonansowa, Hz; Q - współczynnik jakości produktu; k 1 jest współczynnikiem uwzględniającym narastanie czasu narastania amplitudy do wartości ustalonej w wyniku odchylenia zmian amplitudy od prawa liniowego.

W związku z powyższym tempo zmian częstotliwości oblicza się ze wzoru:

n do =2000×lg(2×Q+1/2×Q)/t re f ,(6)

Gdzie t re fa - wybierz zgodnie z warunkami (4). Jeśli szybkość zmiany częstotliwości znaleziona we wzorze przekracza 2 oktawy / s, to nadal przyjmuje się ją jako 2 oktawy / s - jest to maksymalna maksymalna szybkość zmiany częstotliwości.

Badania metodą szerokopasmowych drgań losowych. Realizowane jest w tym przypadku jednoczesne wzbudzenie wszystkich rezonansów badanego produktu, co pozwala ujawnić ich łączny wpływ. Zaostrzenie warunków badania poprzez jednoczesne wzbudzanie częstotliwości rezonansowych skraca czas badania w porównaniu z metodą częstotliwości przemiatanej.

Stopień nasilenia badań metodą szerokopasmowych drgań losowych określa się poprzez kombinację następujących parametrów:

zakres częstotliwości;

Gęstość widmowa przyspieszenia;

Czas trwania testu.

Poziomy dotkliwości przedstawiono w tabeli 5.1.

Tabela 5.1

DO cnoty metoda ta może obejmować:

Bliskość wpływów mechanicznych podczas rzeczywistej pracy;

Umiejętność identyfikacji wszystkich skutków oddziaływania mechanicznego różnych elementów konstrukcyjnych;

Najkrótszy czas trwania testów.

DO niedociągnięcia obejmują wysoki koszt i złożoność testowanego sprzętu.

Badania drgań losowych wąskopasmowych. Metoda ta nazywana jest także metodą drgań losowych ze skanowaniem pasm częstotliwości. Losowe wibracje są w tym przypadku wzbudzane w wąskim paśmie częstotliwości, którego częstotliwość środkowa, zgodnie z prawem wykładniczym, powoli skanuje cały zakres częstotliwości podczas testu.

Metoda ta stanowi kompromis pomiędzy metodami badania szerokopasmowego i przemiatanej fali sinusoidalnej.

Aby badanie wibracji przypadkowych było równoważne badaniu skanowania pasma częstotliwości i badaniu wibracji losowych szerokopasmowego, musi zostać spełniony następujący warunek:

g=s/(2×pi×f) 1/2 = stała,(7)

gdzie g jest gradientem przyspieszenia, g×с 1/2; s to średniokwadratowe przyspieszenie drgań w wąskim paśmie częstotliwości, mierzone w punkcie kontrolnym, g; f jest częstotliwością środkową pasma.

Stopień dotkliwości testu w tym przypadku określa się poprzez kombinację następujących parametrów:

zakres częstotliwości;

Szerokość pasma skanowania;

Gradient przyspieszenia;

Czas trwania testu.

Wartość gradientu przyspieszenia oblicza się ze wzoru:

g=0,22×S(f) 1/2 ,(8)

Gdzie S(f) oznacza gęstość widmową przyspieszenia drgań, badaną metodą szerokopasmowych drgań losowych.

Podobne informacje.

Metody badania losowych drgań wąskopasmowych o zmiennej w czasie średniej częstotliwości stały się powszechne. Mają następujące zalety:

1) możliwość uzyskania znacznych poziomów obciążenia przy użyciu sprzętu o mniejszej mocy;

2) możliwość stosowania prostszych urządzeń sterujących, wymagających mniej wykwalifikowanego personelu.

Ryż. Rys. 8. Schemat zarządzania badaniami drgań przypadkowych wąskopasmowych: a – gęstości widmowe drgań wąskopasmowych i szerokopasmowych, b – schemat strukturalny układu: 1 – napęd skanujący częstotliwość, 2 – aparatura wibrometryczna, 3 – czujnik, 4 - produkt testowy, 5 - wzbudnik drgań, 6 - wzmacniacz; 7 - automatyczna regulacja wzmocnienia, 8 - filtr towarzyszący; 9 - generator białego szumu

Główne zadania to wyznaczenie prawa zmiany częstotliwości średniej w czasie oraz prawa zmiany drgań w zależności od częstotliwości. Przy ustalaniu tych praw kierują się rozważaniami o pewnej równoważności badań drgań losowych wąsko- i szerokopasmowych. Ustala się go np. dla badań zmęczeniowych, które wymagają identyfikacji rozkładu maksymalnych i minimalnych obciążeń dla drgań wąsko- i szerokopasmowych. Zainstalowany

gdzie jest wartością skuteczną przeciążenia drganiami (w jednostkach przyspieszenia w jednostkach przy wzbudzeniu wąskopasmowym. Jeżeli ma być proporcjonalne do VI, to gradient przyspieszenia podczas badań drgań wąskoosiowych jest wartością stałą. Czas badania dla zmiany logarytmicznej w częstotliwości

Odpowiednio najwyższe i najniższe częstotliwości zakresu, w którym wykonywane jest skanowanie; czas badania drgań wąskich i szerokopasmowych; Współczynnik skali.

Aby odtworzyć warunki powstające podczas wibracji szerokopasmowych przy jednolitej gęstości widmowej w paśmie częstotliwości (patrz ryc. 8, a), gradient przyspieszenia oblicza się według wzoru

gdzie Na średnim współczynniku przenoszenia układu wibracyjnego; jego funkcję przenoszenia.

Zgodnie z (18) i (19) tryb badania drgań wąskopasmowych wyznaczają współczynniki, które mogą wynosić od 1,14 (dla badań prostych) do 3,3 (dla badań przyspieszonych). Współczynnik zmienia się odpowiednio w obrębie

Na ryc. 8a przedstawia gęstości widmowe drgań wąskopasmowych i szerokopasmowych. Nachylenie linii przerywanej, która określa szybkość wzrostu gęstości widmowej wraz ze zmianą częstotliwości średniej, jest równe kwadratowi gradientu przyspieszenia.

Istnieje wiele systemów automatyki przemysłowej do badania wąskopasmowych drgań losowych. Są one zbudowane według schematu pokazanego na ryc. 8, ur. Wąskopasmowy proces losowy ze zmienną w czasie częstotliwością środkową uzyskuje się za pomocą generatora szumu białego i towarzyszącego mu filtra, którego częstotliwość środkowa jest zmieniana przez napęd skanujący częstotliwość.Prędkość obrotowa jest regulowana w szerokim zakresie. Wartość skuteczna drgań wąskopasmowych na wyjściu układu wibracyjnego stabilizowana jest za pomocą układu automatycznej kontroli wzmocnienia (AGC). Sygnał sprzężenia zwrotnego AGC pochodzi z wyjścia urządzenia wibrometrycznego