Обнаружение резонансных частот

Такую процедуру выполняют при разработке новых конструкций приборов с целью проверки механических свойств изделия и получения исходной информации для выбора методов последующих испытаний.

Резонансные частоты определяют в трех перпендикулярных направлениях.

Конструкции приборов могут обладать несколькими резонансными частотами, но наибольший интерес представляют низшие частоты, так как на них возникают максимальные напряжения и деформации.

В случае совпадения собственной частоты элемента испытываемой конструкции с частотой возмущающей силы наступает явление резонанса, которое сопровождается увеличением амплитуды колебаний более чем в два раза и изменением их фазы на 90^о.

Для определения резонансных частот изделие подвергают воздействию гармонической вибрации при пониженных ускорениях (1 – 5)g в диапазоне частот (0,2 – 1,5)f_op , где f_op – расчетная резонансная частота изделия.

Конкретный диапазон частот устанавливается в программе испытаний.

Поиск резонансных частот производят плавно изменяя частоту возмущающей силы при поддержании постоянной амплитуды ускорения (1…5g) или амплитуды колебания (не более 1,5 мм). Погрешность измерений частот должна быть не более 0,5%.

В тех случаях, когда регистрация резонансных частот элементов конструкции непосредственно невозможна, резонансные частоты могут быть определены по изменению значений выходных параметров изделия.

Испытания на виброустойчивость и вибропрочность

Испытание на виброустойчивость проводят с целью проверки способности изделия выполнять свои функции и сохранять параметры в заданных пределах.

Эти испытания проводят под электрической нагрузкой.

Для проверки виброустойчивости выбирают такие параметры изделия, по изменению которых можно судить о работоспособности изделия. При этом продолжительность испытаний для каждого воздействия (например, для воздействия в каждом из заданных направлений) определяется временем проверки работоспособности изделия.

Испытания на вибропрочность проводят с целью проверки способности изделия противостоять разрушающему действию вибрации и выполнять свои функции по окончании воздействия.

Испытания на виброустойчивость и вибропрочность осуществляют методами фиксированных частот, качающейся частоты, случайной вибрации.

Выбор метода определяется по значениям резонансных частот:

- если резонансная частота изделия превышает верхнюю частоту его рабочего диапазона более чем в 1,5 раза, испытания проводят на одной фиксированной частоте;

- если резонансные частоты не установлены – испытания проводят методом качающейся частоты;

- если число резонансных частот 4 и более – используют метод случайной вибрации.

Устройства для испытаний

Структурная схема устройства для определения резонансных частот:

Состав установки: 1-стол вибростенда; 2-приспособление для крепления изделия; 3-испытываемое изделие; 4-акселерометры; 5-электронный осциллограф.

Акселерометры – преобразователи колебаний в электрический сигнал (например, пьезоэлектрические датчики, предлагаемые фирмой Брюль и Кьер) закрепляются один на объекте, другой на столе вибростенда.

При плавном изменении частоты колебаний стенда и поддержании постоянным ускорения (при увеличении частоты искусственно уменьшается амплитуда колебаний) на экране осциллографа наблюдается увеличение сигнала преобразователя, закрепленного на изделии, и фиксируется момент поворота фазы сигнала на 90^о.

Результаты таких испытаний учитываются при выборе других видов механических испытаний.

Так, если f_он>1000 Гц, то из механических испытаний исключают испытания на ударопрочность; если f_он>2000 Гц, то исключают испытания на удароустойчивость; если f_он>2 f_в , то исключают испытания на виброустойчивость.

В лабораторных условиях испытание на вибрационные нагрузки проводят на вибростенде, входящем в состав виброустановки и состоящем из создающего вибрации возбудителя механических колебаний (вибратора) и специальной платформы или стола, на котором крепится испытываемое изделие.

Основные требования, которым должны удовлетворять виброустановки: возможность получения гармонических вибраций в заданном диапазоне ускорений и частот; устойчивость и надежность в работе при длительной эксплуатации.

Классификация виброустановок:

1) по способу возбуждения вибрации – механические с кинематическим и центробежным возбуждением, электродинамические, электромагнитные, гидравлические, гидромеханические, пьезоэлектрические и др.;

2) по частотным диапазонам воспроизводимой вибрации – низкочастотные и высокочастотные, узкополосные и широкополосные;

3) по методу проведения испытаний – на фиксированных частотах и качающейся частоте, на ШСВ (широкополосной случайной вибрации) и сканированием полосы частот (для имитации случайной вибрации;

4) по предельным значениям основных параметров в заданных диапазонах частот – силе возбуждения, выталкивающему усилию, перемещению, ускорению, полезной нагрузке и т.п.;

5) по кинематическим и конструктивным признакам – для создания возвратно-поступательной или угловой вибрации, для воспроизведения вибрации в одном или нескольких направлениях, стационарные или переносные и т.п.

Особенности различных способов возбуждения вибрации в виброустановках определяют их частотные, силовые и другие характеристики.

Виброустановки с механическим возбуждением – низкочастотные. Они пригодны для длительных испытаний в диапазоне 50…80 Гц в основном крупногабаритных и тяжелых конструкций. Попытки повышения частоты приводят к быстрому выходу из строя механизма привода (подшипников основных узлов).

Виброустановки с электромагнитным возбуждением наиболее просты по конструкции. Они чаще всего применяются для испытаниц на фиксированных частотах 50 или 100 Гц. Как и механические эти установки вносят существенные искажения синусоидальной формы колебаний. Однако их достоинство в практически полном отсутствии магнитных полей в зоне проведения испытаний.

В виброустановках с гидравлическим возбуждением гидросистема служит для преобразования и усиления вибрации от первичного задающего возбудителя механического, электродинамического или электромагнитного типа. Виброустановки с гидравлической системой эффективны при проведении испытаний на низких частотах (0,01…1Гц), позволяют создавать большие переменные возбуждающие усилия с амплитудой до 200 мм. Такие установки пригодны для испытаний изделий сверхбольших габаритов и массы.

Пьезоэлектрические виброустановки обладают чрезвычайно малой грузоподъемностью (до 0,5…1 Н), работают в области высоких частот (свыше 1000 Гц) с малыми амплитудами возбуждающих вибраций. Поэтому, используются только в калибровочной аппаратуре и в системах для исследования резонансных частот конструктивных элементов.

Наиболее совершенными являются виброустановки с электродинамическим возбудителем (ЭДВ). Широкий диапазон частот, хорошая направленность вибрации (поперечные составляющие вибрации малы), незначительный коэффициент нелинейных искажений, слабые магнитные поля в зоне испытаний – достоинства установок этого типа.

Применение специальной аппаратуры управления позволяет реализовать все основные режимы вибрационных испытаний на установках ЭДВ.

Схематически конструкция ЭДВ имеет вид:

Через подмагничивающую катушку протекает постоянный ток, создавая в магнитопроводе постоянный магнитный поток, пересекающий витки подвижной катушки. Если через подвижную катушку пропускать переменный ток, она начнет совершать возвратно поступательные движения (вверх – вниз), увлекая за собой стол, на котором крепится испытываемое изделие. Частота и амплитуда колебательных движений стола определяется параметрами электрических сигналов от блока управления установкой.

Подвижная часть стенда (стол + подвижная катушка) подвешивается относительно корпуса установки на упругих элементах – подвесках в виде пружин или диафрагм.

Здесь представлена двух стержневая конструкция, которая позволяет получать большие возмущающие силы и создавать колебания с высокими ускорениями.

При использовании такой конструкции необходимо применять магнитный экран для защиты изделия от магнитного поля, рассеиваемого в верхней части воздушного зазора.

Поскольку через подвижную катушку может проходить значительный электрический ток, для защиты ее от перегрева применяется принудительное воздушное или жидкостное (водяное, масляное) охлаждение. Применение масляного принудительного охлаждения позволяет значительно сгладить нелинейные искажения вибраций.

В промышленности нашли применение электродинамические вибростенды серии ВЭДС с различной выталкивающей силой.

Пример:

Тип ВЭДС-10

Выталкивающая сила, Н………………..100

Максимальная грузоподъемность, кг….…1,9

Максимальное перемещение стола, мм…..6

Масса подвижной системы, кг…………….0,6

Частота первого резонанса, Гц…….…..4000

Коэффициент гармоник, %............................3

Ток подмагничивания, А……………………0,5

Изделия на столе вибростенда крепят с помощью приспособлений, соблюдая ряд требований:

- изделие должно крепиться с минимальными зазорами и тем же способом, что при эксплуатации;

- резонансная частота приспособления должна в 1,5…2 раза превышать верхнюю частоту вибрации изделия;

- центр тяжести изделия должен быть на вертикальной (рабочей) оси стола;

- приспособление должно быть аттестовано на правильность передачи вибрации – в рабочем диапазоне частот ускорения в контрольной и наиболее удаленной точках не должны различаться более чем на ±25%.

Для измерения вибрации применяют специальную аппаратуру. Наиболее важными параметрами гармонической вибрации, подлежащими контролю, являются амплитуда и частота или скорость перемещений стола.

Пример.

Тип устройства ВА-2 ИВ3(ADXL-107)

- диапазон рабочих частот, Гц 5…10000 5…500

- диапазон перемещений, мкм 0,3….100 0,5…200

- диапазон измерения ускорений, 10^-2….10⁵ м/с² -5….+5g

- погрешность измерений, %/g ±12 ±12.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: