CC BY
146
УДК 681.5
Лышов С.М. , Иванов И.А. , Увайсов С.У.
Москва, МИЭМ ВНИУ ВШЭ
СРЕДСТВА ДЛЯ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ АППАРАТУРЫ
Важную роль в задачах диагностики играет точность измерительного и испытательного оборудования .
В таблице 1 - 3 представлены вибростенды, микрофоны, акселераторы и их основные характеристики.
В настоящее время одним из лидеров в области проектирования и производства систем виброиспытаний, акселерометров, микрофонов и др. оборудования для виброакустических измерений является компания Bruel&Kjaer. На рис. 1 - 3 представлены изображения акселерометров, микрофонов и вибростендов компании Bruel&Kjaer.
На стадии разработки целью испытаний и технического контроля изделий является определение степени соответствия значений их параметров и показателей качества требованиям, определяемым современным научно-техническим уровнем.
Рис. 1. Акселерометры компании Bruel&Kjaer
-а а.'
Рис.3. Микрофоны компании Bruel&Kjaer
Рис. 4. Вибростенды компании Bruel&Kjaer
Таблица 1
2
Вибростенды для систем виброиспытаний и их характеристики
Система Тип Внйросгеид Модель Усилитель Модель Толкающее усилие Ускорение Скорость Смещение пикОпик, мм Частота Нагрузка Гибкость подвеет, Н/мм Вес
Синус Случайный Удар Синус Случайный Удар Синус Случайный Удар Гц Кг Вмбростенд Усилитель
н н Н 9 9 9 м/сек м/сек м/сек кг кг
TV59335 35008,00 35000,00 70000,00 117,00 117,00 235,00 1,80 1,80 2,50 50,80 0...3000 300 150 2800 300
TV5S327/LS S596/LS А53333 26700,00 26700,00 53400,00 102,00 102,00 204,00 1,80 1,80 2,50 50,80 0...3000 270 150 2800 300
TV59320/LS S595/LS А5332С 20000,00 20000,00 40000,00 85,00 85,00 170,00 1,80 1,80 2,50 50,80 0...3000 270 150 2800 250
TV57315/LS S572/LS А52333 15000,00 15000,00 30000,00 117,00 117,00 235,00 1,80 1,80 2,50 50,80 0...3000 250 75 1450 300
TV51010/LS TV51000/LS TV50010/LS 11000,00 11000,00 22000,00 102,00 102,00 204,00 1,80 1,80 2,50 50,80 0...3000 150 75 1450 300
TV51010 TV51000 TV50010 11000,00 5500,00 11000,00 110,00 55,00 110,00 1,30 1,30 2,00 25,40 0...3000 150 65 1450 200
TV5S80/LS TV5800/LS TV5080/LS 8000,00 8000,00 16000,00 92,00 92,00 184,00 1,70 1,70 2,50 50,80 0...3000 150 50 1000 300
TV5B80 TV5080 TV5080 8000,00 4000,00 8000,00 108,00 54,00 108,00 1,30 1,30 2,00 25,40 0...3000 150 65 1000 200
TV56263/LS S561/LS А52310 6300,00 6300,00 12600,00 80,00 80,00 160,00 1,70 1,70 2,50 50,80 0...3000 150 50 1000 200
TV56263 S561 А5226С 6300,00 3100,00 6300,00 90,00 45,00 90,00 1,00 1,00 2,00 25,40 0...3000 150 65 1000 150
TV55507LS TV5500/LS TV5050/LS 4000,00 4000,00 8000,00 54,00 54,00 108,00 1,70 1,70 2,50 50,80 0...3000 100 50 750 200
TV5550 TV5500 TV5050 4000,00 2000,00 4000,00 67,00 33,00 67,00 1,00 1,00 1,70 25,40 0...3000 100 65 750 150
TV5C350 TV50300 TV50050 2700,00 2000,00 4000,00 110,00 81,00 162,00 1,50 1,50 2,50 ”25,4 0...3000 35 22 270 150
TV5C303 TV50300 TV50003 2000,00 1000,00 2000,00 81,00 40,00 81,00 1,50 1,50 2,00 '25,4 2...3000 35 22 270 70
TV5220 TV5200 TV5020 1000,00 650,00 1300,00 73,00 47,00 95,00 1,50 1,50 2,00 ”25,4 2...5000 25 22 80 50
Таблица 2
Микрофоны и их основные характеристики
Измерительные микрофоны компании Bruel&Kjaer
Тип Измерение Чувст-сть Частотный диапазон Динамический диапазон Поляризация Применение
4137 (1/2") Свободное поле 31.6 mV/P a 8Hz- 12.5^z 15,8 -dB 146 0V Общего назначения
4138 (1/8") Свободное и диффузное поля 1 mV/Pa 6.5Hz -14 0^z 52,2 -dB 168 2 0 0V Высокочастот- ный
4145 (1") Свободное поле 50 mV/Pa 2.6Hz -18^z 10,2- dB 146 2 0 0V Общего назначения
4178 (1/4") Микрофонная пара 4 mV/Pa 6Hz -14^z 30- 164 dB 0V Интенсиомет- рия
4184 Всенаправлен- ный 12.5 mV/Pa 20Hz -12.5^z 25- 140 dB 28V или 200V Всепогодный
4188 (1/2") Свободное поле 50 mV/Pa 8Hz -12.5^z 15,8 -dB 146 0V Общего назначения
4189 (1/2") Свободное поле 50 mV/Pa 6.3Hz -2 0^z 15,2 -dB 146 0V Общего назначения
4190 (1/2") Свободное поле 50 mV/Pa 3.15Hz -20^z 15 -dB 147 2 0 0V Общего назначения
4192 (1/2") Поле давления 12.5 mV/Pa 3.15Hz -20^z 20,7 -dB 161 2 0 0V Общего назначения
4193 (1/2") Поле давления 12.5 mV/Pa 7 0м^ -2 0^z 20,7 -дБ 161 2 0 0V Низкочастоный
4198 (1/2") Всенаправлен- ный 50 mV/Pa 6.3Hz -16^z 15,2 -дБ 146 0V Всепогодный
4 938 (1/4") Поле давления 1.6 mV/Pa 4Hz -7 0^z 42 -дБ 172 2 0 0V Высокочастот- ный
4938W-001 (1/4") Поле давления 1.6 mV/Pa 4Hz -7 0^z 42 -дБ 172 2 0 0V Высокое статическое давление
4 939 (1/4") Свободное поле 1.6 mV/Pa 4Hz -10 0^z 35 -дБ 164 2 0 0V Высокочастот- ный
4 94 0 (1/2") Поле давления 50 mV/Pa 10Hz -8^z 14,6 дБ -146 0V Общего назначения
4 943(1/2" ) Диффузное поле 50 mV/Pa 3.15Hz -10^z 15,9- дБ 147 2 0 0V Общего назначения
4952(1/2" ) Всенаправлен- ный 31.6 mV/P a 8Hz -12.5^z 10,8- дБ 146 0V Всепогодный
4 954 А(Ч") Свободное поле 2.8 mV/Pa 16Hz -8 0^z 40- 164 дБ 0V Высокочастот- ный
4957 (7мм) Поле давления 12.5 mV/Pa 50Hz -10^z 32 -дБ 134 0V Микрофонные решетки
4 94 9 (0 2 0мм, плоский) Поле давления 11.2 mV/Pa 5Hz -2 0^z 30- 140 дБ 0V Для поверхностного монтажа
Измерительные микрофоны компании ENDEVCO
2510 - 0,155 pC/N/m 1Hz -10^z 100- 180дБ Пьезоэлектрик Высокие уровни
8507C-2 - 0,022 mV/Pa 0 - 2 0 kHz 100 190дБ - Пьезорезистивный Высокие уровни
8510B-1 - 0,045 mV/Pa 0 - 16 kHz 95 - 190дБ Пьезорезистивный Высокие уровни
8510B-2 - 0,022 0 - 100 - Пьезорезистивный Высокие
3
t7
-онаипвглгЬон 'иинвпниэи аойиа эиосЗ^ • ниАвивАниэне ииаоиэА и инаонвпэА впээглг 'нинэнвнввн опэ по ипэсплгиэнавв а нэпийоаоЬи 'эииэйви нэапвпЬэайои онжиой глпчЬопон 'иинвпниэи аойиа эинэиаонвпод
•виний опоннэнаиж глгнийвпо ou /нииэйаи глгвнипоиЬэпнвЬвх глпчглгэниэйэЬио ou /ниапоиэйаоа АпвпанАаэЬ huh инэиэпо ou /ноаАЬпвн хнШсяАапоиэйаоа шинэьБне и ипоончнэпижиойоЬи ou
/нинэиапоэШАоо АнийниАи ou /нинэйэаоЬи Апоэглг и шиаоюА ou /Hired ou иии аинэьвнеен ou /аоЬопнвф хингпэна ниапоиэйаоа Айна ou
itreuuAdii
глгиШсяАйэно ou апваоЬи'пифиоовнн онжои нинвпниои нйиа эннаоноо aouBHsndu хиШдо по ипооглгиоиава д •иинвпниои нйиа энннииавЬ huhhAhou эинэнэглгиЬи эоноЬигп ниАвивАиионо и вапойоааиоЬи 'инподвЬавЬ хнийвпо eh иинэйаи aodoeiAiedeu иинэьвнв хнннэапоэниион н апоиоао хнннэапоэнвн иннейо ниЦ
• нглгвинэпв иглгннаионв—OHHonsoddoH о нЬэфооглгпв J (вноэи) нини ниаионэй -soa (опоноэннглгвннй нин) опоноэнипвпо 'нинэнАнаи опоннэниоо 'внвглгАи (oaoxodoiAi) опонэиоо н пени daood) аонйвоо хнннваоЬионэйнон хннЬэфооглгпв J (вйвЬп 'noodoiM 'впэно 'нйжой) аонйвоо хиШа -вйвина хннЬэфооглгпв 'ипоонжвиа (ноннэжннои) ионнэгпнаои 'нйэЬо нэнгпэна нЬАпвЬэиглгэп (ноннэжннои) ионнэгпнаои 'нннэиавй опонЬэфооглгив нинэнэглган 'нинэиавй опонЬэфооглгпв (одоннэптнаои) опоннэжннои гнинвинион нопноонпо глюнаоноо а аоЬопнвф хиноэиипвглгинн энаиоиэйаоа вн иинэйаи глгнинвпниои у
• вглгАгп опоноэиипоАнв и нинэЬоноА опониэнин 'иинэйви ndu ЬвйА 'ниаионэй опонион -ийо и опонпвЬнопонглг вЬвйА опоноэиинвхэглг 'иийвЬдиа ионооноионоЬигп и ионивиАно 'нонанвйиооАнио :нинвониои нопноонпо глюнаоноо а аоЬопнвф хиноэнинвхэглг эиапоиэйеоа вн иинэйаи глгнинвпниои у
• AxaodHtidouoHedo и эинэнвЬх апваижЬэйна иинэйаи ипоондоооио nxdeaodu ннй эжнви в 'аоЬоинвф хингпэна ниапоиэйеоа эиоои аиваоЬиноиАннАф онанвглгЬон ниоондоооио хи нинэн -эйэЬио ннй иии нинэйеи опондоооиооподвЬ nudeaodu ннй хнглгийоаоЬи 'иинвпниои хннЬопвЬодвн нйиа энннэнэйэЬио нопогваиЬпвглюАйэЬи аоЬопнвф хиШогАапоиэйеоа хингпэна иглгвииАЬп о ииапопэапооо g
•нйэЬо иэШогвжАЬно хниаоноА а нинэйен и вЬопвЬэио-внэаонэн виапо -иэйоглгивеа по эноин глюп а и аоЬопнвф хипонглг по пиоиаве иинэйаи (апоонжэйвн) оапоэнвн Анаионоои 'ноиэннэглгенойиа онаионоэн нноЬинон опоноэнннхэи и иинвпниои ЬэпнвЬвх иийвпвАнионо нийвио eg
• пэвповЬеоа oused uuoduHOH оаоноэнинхэо auod иийвоо ноле вн гагооо
ndg • ниАвонэгагАной ионээнинхэо-онаиовглгАон иоаААй и ииаоиоА хнноэнинхэо ' аооАвйнвоо гдгиинваод -edib глпчннэиаонвооА ваооэнвн нэиэовавнои н aodoeiAiBdBU иинэнвна хиноэнионвф ииаоооэаоооо инэиэоо эннэиэйэАио иооэииаи иниэйан ииоАонон оаоноэнинхэо и иинвониои ааиэй ваоойоааноАи ннйвоо вд
Ь од ZHOOOOT-O•0 Ь/ЛШ00Т иннаивиАиоАйни иопдвдтэа Т Т 88
Ь д-о ZH00OT-T•0 ь/лот ИИНОЭНИГАЮИЭО иопдвдтэа 0 Т 88
Ь 00008 ZH0000T-T Ь/лшдо•0 иннАвйд иопдвдтэа 800-6888
ь 00000 ZH0000T-T Ь/лшт иннАвйд иопдвдтэа ТОО-6888
Ь 0000 ZH0000T-T Ь/DdOT иннаивиАиоАйни эЬпвцо 0Т88
ь оооот ZHOOOZO-T b/odf-o • 0 иннАвйд эЬпвцо 6088
- ZH00ZZ-Z•0 Ь/OdZT•0 инаойавАдо эЬпвцо 0088
ь оооот ZHOOO-O Ь/ЛШ000Т HHHtiOtioBHOHSHg swaw ОТОТ
ь оооот ZHOOO-O ь/лшоог HHHtiOtioBHOHSHg swaw Т-ТОТ
ь оооот ZHOOO-O Ь/ЛШТ HHHtiOtioBHOHSHg swaw ОТОТ
Ь 00 zHoooe-oz•о (sazx) ь/лшот noaeooxedg иопдвдтэа НТ80Т
Ь 00 zhoooo-oz•о Ь/ЛШ0Т noaeooxedg иопдвдтэа Т 80 Т
ь 0000 ZH0006-T b/odOT иннАаивинид эЬпвцо ОТ 80 Т
ь ооот ZH0000T-T b/od8 * Т иннАаивинид эЬпвцо ОТТОТ
ь 000 ZH0000Z-T Ь/ЛШОТ иннАаивинид иопдвщэа 800-ТТОТ
ь 000 ZH0000Z-T Ь/ЛШООО иннАаивинид иопдвщэа ЭТОТ
ь 000 ZH000OT-T Ь/ЛШОТ винэнвнавн оаэШдо иопдвщэа тоо-ттот
ь ооот ZH0008-0•0 b/odo BSHU — внв оаонаивйоглг ниЦ эЬпвцо 08 00 Т
ь от гнооое-э • о (saax) Ь/ЛШ00Т BSHU — внв оаонаивйоглг ииЦ иопдвщэа 99 ООТ
ь от гнооое-э • о Ь/ЛШ00Т BSHU -внв оаонаивйогдг ииЦ иопдвщэа 9 ООТ
ь оот ZH0099T-T ь/odg иннэнвнввн оаэШдо эЬпвцо VOOOT
ь оот ZH000OT-T Ь/ЛШОТ иоаэоохэАд иопдвщэа VT0OT
ь ооое ZH0099T-T ь/odg иинэнвнввн оаэШдо эЬпвцо VOOOT
ь 09 Т ZH000OZ-T Ь/ЛШОТ иннАаивинид иопдвщэа Тб 8 Т
ь 0000 ZH0009Z-T•0 b/odT HHHdouLBHHHg эЬпвцо 86 ет
ь ооот ZH000ZT-T•0 Ь/DdOT иннаивиАиоАйни эЬпвцо Тб 8 Т
ь 0009 ZH009ZT-T•0 Ь/DdOT иинэнвнввн оаэШдо эЬпвцо Т 8 8 Т
ь ооот ZH00Z8-T•0 Ь/DdTe иинэнвнввн оаэШдо эЬпвцо 88 8 Т
ь ооот ZH008Z-T•0 b/Dd00T иннаиэииаинаАноноонд эЬпвцо Т 8 8 Т
ь 0000 ZH0009T-T•0 ь/odT•е иннАаивинид эЬпвцо 0Т8Т
ь 0000 ZH009Z-T•0 b/odo * Т иннАаивинид эЬпвцо ттет
ь 0009 ZH009ZT-T•0 Ь/odOT иинэнвнввн оаэШдо эЬпвцо ттет
ь ооот ZH008Z-T•0 b/Od00T иннаиэииаиоаАноноонд эЬпвцо о тет
ь ооот ZH0008-T ь/ode иоаэоохэАд эЬпвцо 9 88 Т
ь 000 ZH000ZT-T'0 Ь/odOT иоаэоохэАд эЬпвцо Т 88 Т
ннйвАдиа анэаоАА иннаивгАгионвд ноавивий HHHUOtioBg аиоон -аиэииаиоаАд эинэнвнввд иид ЬпэглюЬэиээну
иниооиАэонвАвх эннаоноо хи и нАоэглюАэиэону
£ вйнидвд
ннаоАА
З^ОбТ
zgd0 6
вд/дш
техническая документация (НТД) предусматривает нормы на значения параметров, характеризующих внешние воздействия, и методы проведения испытаний.
Классификация испытаний по стадиям жизненного цикла исходит из установления определенных видов испытаний, проводимых в целях проверки соответствия изделия предъявляемым к ним требованиям. На стадии разработки исследовательские испытания выполняются с использованием математических моделей функционирования изделий и воздействия на него внешних факторов. После внесения изменений в конструкцию устройства, в целях достижения заданных значений показателей качества, осуществляют исследовательские доводочные испытания.
После изготовления опытных образцов или опытных серий изделий, их подвергают контрольным предварительным испытаниям для определения возможности предъявления их на приемочные испытания. Контрольные приемочные испытания опытных образцов или опытных партий изделий проводят для решения вопроса о целесообразности постановки этих изделий на производство и (или) использования по назначению.
На стадии производства выполняют контрольные квалификационные испытания установочной серии или первой промышленной партии изделий в целях оценки готовности предприятия к их выпуску в требуемом объеме. Перед предъявлением изделий для приемки представителем заказчика, потребителя или других органов приемки, служба технического контроля предприятия проводит контрольные предъявительские испытания. После этого представителем заказчика в присутствии представителя изготовителя осуществляются контрольные приемо-сдаточные испытания.
В целях контроля стабильности качества готовых изделий за определенный период и решения вопроса о возможности продолжения их выпуска проводят контрольные периодические испытания в объемах и в сроки, установленные НТД на данное изделие. Если предприятие вносит изменения в конструкцию, рецептуру или технологический процесс изготовления изделий, то для оценки эффективности вносимых изменений проводят типовые контрольные испытания. Иногда, для контроля стабильности качества изделий, специально уполномоченные организации проводят в выборочном порядке инспекционные испытания.
Вибрационные воздействия и виды испытаний
Основными параметрами вибраций являются виброперемещение, виброскорость, виброускорение и частота. Виброперемещениемэ(б) называют составляющую перемещения, описывающую вибрацию. Первая производная виброперемещения по времени является виброскоростью (1):
v(t) = ds(t) / dt (i)
Вторая производная виброперемещения по времени является виброускорением (2):
а( t) = d 2s( t)/ d t2 (2)
В зависимости от траектории перемещения рассматриваемой точки тела вибрация может быть прямолинейной, плоскостной и пространственной. В зависимости от характера движения твердого тела вибрация может быть линейной и угловой.
Два или более одновременно совершающихся периодических колебания, имеющих равные частоты, называются синхронными. Синхронные гармонические колебания с равными в любой момент времени фазами называются синфазными.
Различают гармоническую, периодическую и случайную вибрации.
Гармонической вибрацией называют колебания, при которых значения колеблющейся величины (характеризующей вибрацию) изменяются во времени по закону (3)
и(t) = Asт(шt + р) (3)
где t-время; A, (0,ty - постоянные параметры амплитуда, частота и начальная фаза.
Для гармонических вибраций виброперемещение (4), виброскорость (5) и виброускорение (6) определяются выражениями
s( t) = Sms i n( ш t + р ) (4) v( t)=d(■) = шSmC 0 s( ш t + р ) (5)
а( t) = d;t(t) = - <w2Sm si п(ш t + р) (6)
Периодической вибрацией называют колебания, при которых каждое значение колеблющейся величины повторяется через равные интервалы времени (7):
и(t) = и(t + mT), (7)
где m-любое целое число; Т-период колебаний.
Известно, что любое периодическое колебание можно представить в виде комбинации простых составляющих путем разложения его по определенной системе. Наиболее широкое применение получило разложение в ряд Фурье.
Случайной вибрацией называют колебания, представляющие собой случайный колебательный процесс, при котором колеблющиеся точки могут совершать нерегулярные и неповторяющиеся циклы движения в пространстве.
Для теоретического описания процессов случайной вибрации пользуются теорией вероятности и, в частности, теорией случайных процессов.
Для получения информации о воздействии вибрации в процессе испытаний используют виброизмерительные преобразователи (ВИП), размещаемые в двух или более специфических точках.
Различают две основные точки: контрольную и измерительную. Контрольная точка 6 располагается в том месте, относительно которого должно проводиться измерение значений параметров вибрации испытуемого изделия (на столе вибростенда, на приспособлении, на самом изделии), причем она должна находиться как можно ближе к одной из точек крепления и быть с ней жестко связана. Сигнал с контрольного ВИП 7, расположенного в контрольной точке, используется в системе управления 1, обеспечивающей поддержание значений параметров вибрации на определенном уровне. Возможно использование нескольких контрольных точек (желательно не более четырех). В этом случае сигналы, снимаемые с них с помощью ВИП, подвергаются непрерывному арифметическому усреднению или обработке специальной сравнивающей аппаратурой. Измерительная точка S располагается в том месте на испытуемом изделии 9, где значения параметров вибрации определяют исход испытаний. В точку 8 помещают ВИП 10, сигнал с которого подводится к средствам измерения, анализа и обра-
5
ботки результатов измерений 11. При испытаниях микроминиатюрных изделий желательно над указанным местом располагать бесконтактный ВИП. Таким образом, результаты испытаний оцениваются значениями параметров вибрации, полученными в измерительной точке при условии обеспечения заданных значений в контрольной точке.
В техническом условии (ТУ) на изделие должно оговариваться, используется ли управление с помощью сигнала с одной точки или с нескольких, и в последнем случае берется для управления усредненный сигнал или сигнал, имеющий максимальную амплитуду. Рекомендуемый допуск на значение управляющего сигнала в контрольной точке составляет +15%.
Основные параметры и характеристики виброустановок (вибростендов):
1. Диапазон воспроизводимых виброускорений (виброперемещений, виброскоростей), определяемый
областью значений параметров, в пределах которой нормированы точностные характеристики. Пределы воспроизведения характеризуются наименьшим и наибольшим значениями воспроизводимого параметра. Различают два понятия наибольшего значения: максимальное значение и верхний предел.
Максимальное значение определяется на данной чистоте при данной нагрузке с учетом допустимых энергетических и прочностных возможностей. Под верхним пределом воспроизводимого параметра принято понимать значение, определяемое наименьшим из максимумов на одной из возможных резонансных частот при данной нагрузке в диапазоне частот, предусмотренном НТД. Это объясняется тем, что при более высоком ускорении на другой резонансной частоте может возникнуть большая перегрузка системы вибростенда, приводящая к росту нелинейных искажений сверх допустимого значения. Нижний предел воспроизводимых значений параметров должен превышать среднеквадратическое значение вибрационного шума не менее чем в 4 раза.
2. Диапазон воспроизводимых частот виброускорения (виброскорости, виброперемещения) характеризуется областью значений, в которой нормированы точностные характеристики виброустановки. Для наглядной оценки указанного диапазона используют АЧХ, являющейся зависимостью амплитуды основной гармоники измеряемого параметра в контрольной точке от частоты гармонического возбуждения с постоянной амплитудой. Неравномерность АЧХ зависит от принципа действия вибровозбудителя (вибростенда), его конструктивного осуществления, а также от собственных резонансов подвижной системы и подвески.
Резонансная частота подвижной системы определяется ее основными конструктивными элементами, зависящими от принципа действия вибростенда. Резонансная частота подвески определяется ее жесткостью вдоль рабочей оси и приведенной массой подвижной системы вибростенда.
3. Номинальная вынуждающая сила вибростенда Чном (8) определяется произведением номинального ускорения аном на приведенную массу подвижной системы Шдр
F н ОМ 'ШПр«Н ом (8)
Под приведенной массой подвижной системы принято понимать массу подвижной системы вибростенда с учетом массы подвески, обеспечивающей движение вдоль рабочей оси.
Приведенную массу подвижной системы определяют на заданной для данного вибростенда частоте вибрации в контрольной точке стола.
4. Номинальная нагрузка вибростенда Шном определяется значением (9), при котором обеспечивается верхний предел диапазона ускорения без компенсации статического смещения подвижной системы вибростенда с помощью внешних устройств. Масса номинальной нагрузки определяется по формуле
\ Рном
Шном — а Шпр (9)
где а—заданное ускорение (рекомендуемые ускорения 100, 200 или 400 м/с2).
5. Коэффициент гармоник виброускорения (виброскорости, виброперемещения) характеризует отклонение закона изменения виброускоренияот гармонического. Независимо от принципа действия вибростенда, его подвижная система представляет собой многомассовую систему, конструктивные элементы которой обладают различной упругостью. Такие системы являются нелинейными, и поэтому при возбуждении гармонических колебаний возникают не только колебания основной частоты, но и ряда гармонических составляющих. Для оценки влияния гармоник на форму кривой ускорения проводят, их измерения с помощью ВИП, сигналы с которого подводятся к измерителю коэффициента гармоник или анализатору спектра.
Коэффициент гармоник в контрольной точке на заданной частоте вычисляется по формуле (в относительных единицах) (10):
К = «I + «I + ■ ■ ■ + «П)/«1 (10)
6. Коэффициент неравномерности распределения виброускорения в точках крепления характеризует отклонение движения вибростолаот плоскопараллельного. Указанная неравномерность определяется некачественностъю системы подвески, приводящей к неодинаковости значений ускорений в различных точках крепления относительно ее значения в контрольной точке. Коэффициент неравномерности распределения в данном режиме работы определяется следующей формулой (11):
п max[ai-afc] „ пп
0 =-----------1 О О (11)
ак
где а1—ускорение в i-й точке крепления; ак — ускорение в контрольной точке.
7. Коэффициент поперечных составляющих виброускорения характеризует наличие ускорения в направлениях, перпендикулярных к заданному. В связи с тем, что система подвески стола вибростенда не обеспечивает строго однонаправленных колебаний и имеют место паразитные поперечные составляющие колебаний, возникает необходимость их оценки. Поперечные составляющие ускорения и ускорение вдоль рабочей оси вибростенда измеряют с помощью виброметров с трехкомпонентным преобразователем или с однокомпонентными преобразователями, установленными в трех взаимно перпендикулярных направлениях.
По результатам измерений определяют коэффициент поперечных составляющих по формуле (12): а%+а.у
Кп = *--------1 О О (12)
az
6
где ахи ау ускорения в двух взаимноперпендикулярных направлениях, поперечных рабочей оси вибростенда; а2 — ускорение вдоль рабочей оси вибростенда.
8. Погрешность воспроизведения значений виброускорений (виброскорости, виброперемещения) оценивается разностью между номинальным и действительным значениями указанных параметров, воспроизводимых вибрационной установкой. При этом под номинальными понимают значении параметров, относящиеся к номинальным диапазонам, указанным в НТД, регламентирующей требования на вибрационные установки, а под действительными — значения параметров, найденные экспериментальным путем. Однако на практике, погрешность воспроизведения ускорения и перемещения в контрольной точке, оценивается пределом допускаемой погрешности, характеризующим наибольшую погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению. Указанная погрешность определяется в номинальном диапазоне частот и амплитуд.
Пределы допускаемых погрешностей воспроизведения ускорения оценивают в процентах с доверительной вероятностью 0,9 по формуле (13)
8 = ±0,9 5 Js? + 8? + 8}+ 81 (13)
Здесь 8 г, предел погрешности измерения, вызванной наличием высших гармоник, определяемый в процентах при изменении среднеквадратических значений параметров по формуле (14)
8Г = ( \1 + К2гк-1)1 0 0, (14)
где Кгк - наибольшее значение коэффициента гармоник в контрольной точке в рассматриваемом диапазоне частот вибрации в относительных единицах;
8П - предел погрешности измерения, обусловленный наличием поперечных составляющих, определяемый в процентах по формуле (15)
8 п = К пкК оп (15)
где Кпк - наибольшее значение коэффициента поперечных составляющих в контрольной точке в рассматриваемом диапазоне частот, %; Коп - относительный коэффициент поперечного преобразования ВИП в относительных единицах;
8 - предел дополнительной погрешности измерения, обусловленной изменением температуры сто-
ла вибростенда, определяемый в процентах по формуле (16)
8 t = К tAt , (16)
где Kt — коэффициент температурной чувствительности ВИП, %; At — изменение температуры стола вибростенда (17) (разность значений температуры стола вибростенда в конце и начале максимально допустимого времени непрерывной работы виброустановки); 8В — предел погрешности вибро-
метра
St = КД t, (17)
где 80 - предел основной относительной погрешности виброметра; 8ЛЧГ - предел неравномерно-
сти АЧХ виброметра.
9. Нестабильность ускорения виброустановки характеризует отклонение ускорений и частоты от заданных в зависимости от времени.
Значение нестабильности может определяться в режимах фиксированных частот или качающейся частоты.
Нестабильность ускорения в процентах определяют по формуле (18)
(р =
тах(яг - Яз)
^3
(18)
где ат и аз- текущее и заданное значения ускорения в контрольной точке, м/с2.
Электродинамические виброустановки основаны на преобразовании электромагнитной энергии в механическую, которое осуществляется с помощью электродинамического вибростенда.
Принцип действия электродинамического вибростенда заключается в образовании переменной вынуждающей силы F(t) (19), возникающей при взаимодействии переменного электрического тока, протекающего по проводнику с постоянным магнитным потоком, в котором он находится
F(t) = Вi(t)l (19)
где В-магнитная индукция; i(t) - сила переменного тока; l — общая длина проводника.
Для измерения параметров вибрации используются различные средства: измерения, установки,
системы и т.д. K средствам измерения относятся виброизмерительные приборы, называемые виброметрами. В зависимости от характера вибраций различают линейные и угловые виброметры, которые могут быть рассчитаны на измерения значений одного или нескольких параметров.
Существуют различные методы вибрационных испытаний:
Метод качающейся частоты. При проведении испытаний поддерживают постоянными поддиапазоны изменения частоты, амплитуду смещения или амплитуду ускорения и скорости изменения частоты для каждого поддиапазона, а так же определяется неравномерное изменение частоты во всем диапазоне за время 8...10 мин. Время цикла качения и закон изменения частоты определяются в каждом конкретном случае по результатам предварительных и расчетных данных.
Метод фиксированных частот. Устанавливается определенная частота колебаний виброустановки и на этой частоте выполняются все контрольные испытательные работы, предусмотренные в стандартах. Частота вибрации при этом методе изменяется во всем диапазоне в одном направлении с выдержкой на отдельных частотах общего диапазона доходящей до 12ч.
При испытании методом фиксированных частот на изделие, в течение интервала времени Т воздействует синусоидальное ускорение с амплитудой ао и частотой бф. Однако следует иметь в виду, что масса любой конструкции с собственной частотой fo± приобретает ускорение с пиковым значени-
7
ем ani, которое по средством передаточного дующим соотношением (20):
1
а
mi ~
(20)
коэффициента А связано с амплитудой воздействия сле-
где Q - механическая добротность резонатора.
Комбинированный метод. Испытания проводятся путем воздействия случайной вибрации комбинированно: до 50... 60 Гц методом фиксированных частот с разбивкой всего диапазона на поддиапазоны. Далее испытания проводят методом качающейся частоты путем непрерывного изменения частоты до верхнего предела и обратно по линейному или другому закону.
ЛИТЕРАТУРА
1. Иванов И.А., Увайсов С.У., Кошелев Н.А. Методика обеспечения диагностируемости электронных средств космических аппаратов по ранговому критерию на ранних этапах проектирования // Качество. Инновации. Образование. 2012. № 1. С. 60-62.
2. Увайсов С.У., Абрамешин А.Е., Лышов С.М., Дубоделова Д.А. Обеспечение эксплуатационной надежности космической аппаратуры неразрушающими методами виброударной диагностики // В кн.: Надежность и качество-2012: труды Международного симпозиума: в 2-х т. / Под общ. ред.: Н.К. Юрков. . Т. 2. Пенза: Пензенский государственный университет, 2012. С. 454-456.
3. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник В. В. Клюев и др. -М.: Машиностроение, 1995.-487 с.
4. Млицкий В.Д., Беглария В.Х., Дубицкий Л.Г. Испытание аппаратуры и средства измерений на воздействие внешних факторов. М.: Машиностроение, 2003 - 567 с
5. Лышов С.М., Иванов И.А., Увайсов С.У. Экспериментальные исследования возможности вибродиагностики аппаратуры встроенными источниками колебаний // В кн.: Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий: материалы международной научно-технической конферен-
ции / Отв. ред.: И.А. Иванов; под общ.ред.: С.У. Увайсов. М.: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2012. С. 272-274.
6. Тумковский С.Р., Увайсов С.У., Иванов И.А., Увайсов Р.И. Виброакустический контроль бортовой космической аппаратуры // Мир измерений. 2007. № 12. С. 4-7.
8
