Колебания. Вибрация. Волны

Во-вторых, частота колебаний.

В-третьих, фазы колебаний, характеризующие согласованнасть движения той или иной точки с изменением во времени величины действующей силы или согласованность движений различных точек тела.

В-четвертых, силовые величины — сила и момент, взаимодействующие между объектами. Сюда же относится звуковое давление воздушной или жидкой среды при определении интенсивности шума.

Измерение одновременно движения и силы позволяет определять опытным путем такие характеристики, как импеданс, динамическая жесткость, и обратные им величины.

Кроме того, иногда необходимы более сложные характеристики движения, например, статистические характеристики, корреляционные зависимости и др.

Для измерений и выдачи соответствующей информации применяются виброизмерительные приборы. Виброизмерительные приборы либо осуществляют непосредственный отсчет измеряемых величин по шкалам, либо производят запись процесса движения. Записи перемещений, скоростей и ускорений называются виброграммами.

Методы вибрационных испытаний.

С целью выявления механических дефектов и определения динамических характеристик изделий, а также оценки конструктивных факторов изделий проводят вибрационные испытания элементов и устройств машин, приборов и оборудования. При этом существующие вибрационные испытания отличаются друг от друга, в первую очередь, величиной и характером внешних воздействий на испытываемую аппаратуру и могут быть распределены на следующие виды:

1)  испытание на гармоническую вибрацию при постоянном режиме;

2)  испытание на гармоническую вибрацию методом качающейся частоты;

3)  испытание на полигармонические вибрации;

4)  испытание на узко- и широкополосную случайную вибрацию;

5)  испытание на реальные вибрации.

При механических испытаниях на вибрационные воздействия выбирают контрольные точки, которые указываются в программе испытаний. Контрольные точки могут быть расположены:

1)  на столе вибратора, рядом с одной из точек крепления изделия;

2)  на крепежном приспособлении;

3)  рядом с точкой крепления амортизатора.

При проведении испытания на вибрационных режимах гармонической вибрации контроль определяемого вибрационного параметра (перемещение, скорость и ускорение) производят с помощью виброизмерительного прибора. Испытание на гармоническую вибрацию методом качающейся частоты позволяет непосредственно определять собственные и резонансные частоты испытываемой конструкции с тем, чтобы предотвратить опасные зоны колебаний при эксплуатации машин.

Испытание на фиксированных режимах гармонической вибрации проводят в диапазоне рабочих частот как при разомкнутой системе управления, так и при замкнутой. На рис. 24,а показана структурная схема испытаний на фиксированных режимах гармонической вибрации, где: 1 - задающий генератор; 2 - усилитель; 3- вибратор; 4 - испытуемое изделие; 5 - виброизмери тельный преобразователь; 6 - виброизмерительная аппаратура.

 

а)

 

 

б)

Рис.24

 

Другой метод испытания на полигармонические вибрации применяется для повышения надежности работы аппаратуры. Этот метод в основном проводят в лабораторных условиях с помощью моделирования внешних воздействий.

Структурная схема испытаний на полигармонические вибрации показана на рис.24,б. Здесь: 1 - генератор (ЗГ); 2 - суммирующее устройство; 3 - усилитель мощности; 4 - вибратор; 5 - изделие; б - виброизмерительный преобразователь; 7 - виброизмерительная аппаратура; 8 - регистрирующая аппаратура.

Для максимального приближения испытаний к реально существующим условиям работы устройств автоматики используют метод испытания на широкополосную случайную вибрацию. Этот метод дает возможность одновременного возбуждения всех резонансов испытуемого изделия. Это позволяет выявить их взаимное влияние, что невозможно при других видах испытаний.

Одним из недостатков испытаний на случайную широкополосную вибрацию является то, что при этих испытаниях возможно воспроизведение только стационарной случайной вибрации.

Для сложных и ответственных устройств автоматики проводят натурное испытание для оценки запасов прочности и виброустойчивости узлов устройств автоматики.

Метод воспроизведения натурной вибрации основан на создании плоской амплитудно-частотной характеристики вибратора за счет ее коррекции, чтобы форма колебаний стола вибратора с точностью до постоянного множителя соответствовала сигналу на вход усилителя виброустановки.

Испытания на реальные (натурные) вибрации проводятся с применением корректирующих устройств, аналогичных при проведении испытаний на широкополосную случайную вибрацию.

5. Виброизмерительные приборы

Виброизмерительным прибором называют устройство, предназначенное для измерения величин параметров вибраций, амплитуд перемещения, скорости и ускорения. Особенно виброизмерительные приборы с пьезоэлектрическими преобразователями нашли самое широкое распространение при проведении различных виброперемещений.

На рис.25 приводится структурная схема виброизмерительного прибора с пьезоэлектрическими преобразователями. Такой прибор работает следующим образом. Сигнал с вибропреобразователя 1 поступает на согласующий усилитель 2 и затем - на измерительный усилитель 3, после чего - на детектор 4 и измеряется магнитоэлектрическим прибором 5.

 

Рис. 25

 

На практике применяется достаточно большое количество виброизмерительных приборов как отечественного, так и импортного производства.

В таблице 1.1 приведены некоторые типы виброизмерительной аппаратуры.

Таблица 1.1

Тип

прибора Частотный

диапазон

Гц Измеряемый

вибрационный

параметр Диапазон

измерений Тип

преобразователя

ИШВ - 1 10 - 12000 скорость

ускорение 60 - 140 ДБ 30-120 Д 13 Д 14

ВА - 1 5 - 500 5 - 2000 5 - 10000 перемещение

скорость

ускорение 0,1 - 510 мм 5 - 1580 см/с 3 - 105 см/с Д6

ВА - 2 5 - 2000 перемещение

скорость

ускорение 0,3 - 100 мкм 10-3- 5 м/с 10-2-104 м/с2 Д 13

ВА - 2 5 - 10000 перемещение

скорость

ускорение 1 - 250 мкм 10-3- 5 м/с 10-2-104 м/с2 Д 14

НВА - 1 1,4 - 355 скорость 7 - 130 м/с Д 13

ИВ - 67 1 - 20000 ускорение 26 - 130 ДБ Д 10Д 11

УП - 3М 20 - 5000 ускорение 0 - 1000 м/с ИС - 318

ИС - 943 10 - 10000 ускорение 0 - 5000 м/с2 ИС -312 ИС - 313 А ИС - 318

 

ИС - 579

 

Прибор ИВШ-1 (ИВШ-2) - измеритель шума и вибрации, предназначен для измерения и анализа уровней звукового давления, ускорения и скорости вибрации на рабочих местах с целью выявления основных источников шумообразования в машинах, механизмах и приборах. Прибор комплектуется вибропреобразователями ДВ и Д 14.

Другой тип виброизмерительной аппаратуры ВА-1, ВА-2 предназначен для измерения виброускорений, виброскоростей и виброперемещений объектов в лабораторных и других условиях. В комплект аппаратуры ВА - 2 входят два усилителя, блок управления, коммутатор, катушка с кабелем, вибропреобразователи Д 13 и Д 14.

Виброизмерительная аппаратура ИВА - 1 предназначена для измерения виброскорости в пределах от 70 до 130 дБ. Аппаратура через приставку может быть подключена к осциллографу типа Н 102, Н 107, Н 700.

Прибор ИВ - 67 предназначен для измерений эффективных значений виброускорений в относительных единицах - децибелах. Рабочий диапазон частот аппаратуры составляет 1 Гц - 20 кГц.

Для проведения спектрального анализа служат анализаторы (спектрометры), которые разделяются на анализаторы с постоянной абсолютной полосой пропускания и анализаторы с постоянной относительной полосой пропускания.

Технические характеристики некоторых промышленных анализаторов, применяемых для спектрального анализа, приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Тип

анализатора Частотный

диапазон Частотные

полосы

анализатора Число

полос Амплитудный

диапазон

СИ - 1 2 Гц - 45кГц 1/3 - октавные 1 - октавные 36

12 0,03мв-1000в

СИ - 2 2 Гц - 45кГц 1/3 - октавные 1 - октавные 36

12 0,03мв-1000в

С - 34 50Г ц-20 кГ ц 1/3 - октавные 27 -

С - 32 50 Г ц-20кГ ц 1/3 - октавные 27 -

Полуактивный фильтр 50Гц-10 кГц 1/2 - октавные 16 -

ПФ - 1 50 Гц-10 кГц 1/2 - октавные 16 -

С; - 12 20Гц-100кГц 70; 30; 90 Гц Анализа

торы 0,3 - МВ

С5 - 3А 10 Гц-20кГц 6: 2 Гц Анализа- 10 ТВ -30в

 

торы 

 

Спектрометр типа СИ - 1 предназначен для частотно-полосового анализа вибрационных и звуковых колебаний с третьоктавными и октавными фильтрами и состоит из измерительного усилителя, блока фильтров, индикатора пределов уровней, предусилителя и катодного повторителя.

Из импортных приборов, применяемых для исследования вибраций, наибольше распространение получили приборы фирм: " Брюль и Кьер" производст¬ва Бельгия, "Роботрок - Мессэлектроник", "КРТ" (ГДР), "Dawe" (Англия).

Приборы этих фирм отличаются значительной точностью измерений и высокими техническими характеристиками.

В комплект аппаратуры для измерения и регистрации вибраций входят:

1)  виброизмерители;

2)  усилители для вибропреобразователей;

3)  измерительные усилители;

4)  генераторы вибраций;

5)  электродинамические вибраторы и усилители мощности;

6)  спектрометры и анализаторы;

7)  аппаратура для автоматической обработки и регистрации вибрационных сигналов.

Электродинамические датчики колебаний и вибрации.

Приборы, которые являются частью измерительной системы, непосредственно воспринимают сигналы от механического движения и передают их для последующего измерения, регистрации и анализа, называются датчиками. Существующие датчики построены на самых разных физических принципах действия.

В современной сложной технике часто требуются очень чувствительные средства измерений. Одно из таких средств — превращение механического движения в электрический сигнал, а затем усиление этого сигнала и его регистрация.

 

 

 

Электрические датчики могут: а) генерировать электрический сигнал под действием механических колебаний — вибрации; б) изменять электрический сигнал путем изменения его параметров (сопротивления и др.).

Один из принципов устройства датчика, генерирующего электрические сигналы, — Рис. электромагнитная индукция,

основанная на появлении эдс на выводах обмотки при движении катушки в магнитном поле. Такой датчик изображен на рис. 82. Здесь постоянный магнит А укреплен на неподвижной станине, а катушка Б, механически через упругий элемент связанная с вибрирующим объектом (упругий элемент на рисунке не показан), движется поступательно. Электродвижущая сила катушки пропорциональна скорости v катушки относительно неподвижного магнита. Чтобы получить данные, соответствующие перемещениям объекта, выходной сигнал, снимаемый с нагрузки Z в виде напряжения, должен быть переработан, в данном случае его надо проинтегрировать. Если нужно получить значение ускорения объекта, сигнал следует дифференцировать. В некоторых датчиках катушка жестко связана с прибором, а постоянный магнит упруго подвешен к прибору.

Наряду с датчиками, измеряющими поступательные перемещения, имеются датчики, приспособленные для измерения угловых перемещений и соответствующей вибрации. Такие приборы называются торсиографами.

К датчикам, электрические сигналы которых срабатывают при изменении параметров, относятся индуктивные электромагнитные и емкостные датчики. Принцип их работы состоит в том, что в зависимости от величины воздушного зазора магнитной цепи или между проводниками возникает или изменение сопротивления магнитопровода, или изменение емкости между проводниками.

К этой же группе датчиков относятся проволочные датчики, основанные на изменении сопротивления проволоки при деформации растяжение — сжатие. Эти датчики измеряют не непосредственно перемещения, скорости или ускорения. Они прикрепляются к поверхности деформируемою

 

 

зла и подают электрический сигнал, пропорциональный деформации самого датчика, которая точно соответствует деформациям поверхности тела. При измерении вибрации к испытуемому объекту. А (рис. £3) прикрепляется элемент /> — гибкая пластинка, мембрана или какой-нибудь другой гибкий элемент, одновременно связанный с неподвижным предметом В, играющим роль неподвижного пространства, от которого ведется отсчет. На элемент Б наклеивается датчик Г. Если измеряется вибрация гибкого тела (например, гибкого вала), то датчик наклеивается непосредственно на испытуемый объект, а гибкую пластину уже не применяют. Электрический сигнал, полученный в результате деформации гибкого элемента, в сущности, заменяет обычную шкалу.

Следует иметь в виду, что при отсутствии неподвижного базиса с помощью проволочных датчиков можно измерять вибрации тела в пространстве только в том случае, если гибкий элемент, на который наклеен датчик, связан с инерционным элементом — грузом (рис. S4: инерционный элемент — груз В при помощи гибкого элемента — пластин- чеки 2> связан с объектом Л; упругий элемент снабжен проволочным датчиком Г). В противном случае измерение и отсчет вибрации возможны только от относительно неподвижного базиса, связанного с основанием колеблющегося тела.