стр. 1

стр. 2

стр. 3

стр. 4

стр. 5

стр. 6

стр. 7

стр. 8

стр. 9

стр. 10

стр. 11

стр. 12

стр. 13

стр. 14

стр. 15

стр. 16

Каждый из последних трех разделов представляет собой законченный метод испытания с рекомендуемыми методами подтверждения, содержащимися в приложениях.

Все сведения, которые требуются разработчику соответствующей НТД. приведены в испытании Fd. Сведения, необходимые ннженеру-испытателю. приведены в испытаниях Fda. Fdb и Fdc (в зависимости от того, какое из них требуется). Дополнительная информация будет представлена в приложениях Д-F настоящего стандарта*.

Несмотря на то, что разработчика соответствующей НТД интересует только испытание Fd. а ннженера-испытателя - определенный метод, выбранный из испытаний Fda. Fdb и Fdc. настоятельно рекомендуется, чтобы все заинтересованные лица ознакомились с настоящим стандартом.

В настоящем стандарте представлено только приложение А. остальные находятся на рассмотрении. Издание официальное Перепечатка воспрещена

© Издательство стандартов, 1989 © Стандарт и нформ. 2006

1.2. Теория испытания

Для всех методов испытаний требуется определенная степень воспроизводимости, особенно для квалификационных или приемочных испытании, проводимых для испытания одного и того же типа образцов различными организациями, такими как поставщик и потребитель изделий электронной техники.

Слово «Воспроизводимость*, употребляемое в настоящем документе, не означает сходимости результатов, полученных в условиях испытаний и в реальных условиях; под ним подразумевается получение аналогичных результатов испытаний, которые проводятся в различных лабораториях различным обслуживающнм персоналом.

Большое расхождение требований к различным значениям допусков при определенном уровне жесткости, а также обеспечение достоверности результатов испытаний приводят к введению трех воспроизводимостей (см. разд. 5). Для каждой воспроизводимости можно сделать выбор метода подтверждения, принимая во внимание как динамические характеристики испытуемого образца, так и наличие испытательного оборудования.

В соответствующей НТД следует указывать воспроизводимость, соответствующую определенному случаю. причем право выбор;! метода подтверждения предоставляется испытательной лаборатории. Допуски должны быть выбраны таким образом, чтобы для определенной воспроизводимости каждый метод подтверждения давал приблизительно эквивалентные результаты.

Требования обеспечения воспроизводимости включают в себя контроль за уровнем вибрации в пределах узкой полосы частот. Несмотря на то. что выравнивание частот в узкой полосе обеспечивает лучшую воспроизводимость, чем в широкой полосе, выравнивание в узкой полосе частот в меньшей мере учитывает атияние окружающей среды на испытуемый образец. Однако выравнивание в широкой полосе частот приводит к тому, что резонанс внутри образца изменяет испытательный уровень настолько, что могут возникнуть пики и провалы. При эксплуатации реальные условия окружающей среды обычно способствуют возникновению инков и провалов вследствие влияния окружающей среды на образец. Кроме того, маловероятно, чтобы эти пики и провалы совпали с пиками и провалами, возникающими при испытаниях в лаборатории.

В информационных целях в соответствующей НТД может быть приведен анализ уровня вибрации в узкой полосе частот для того, чтобы обеспечить испытание с низкой воспроизводимостью, в остальном соответствующее этой методике.

Только большой практический опыт при проведении испытаний на воздействие случайной вибрации может дать возможность инжснсру-испытателю наилучшим образом использовать имеющееся оборудование, поэтому не следует особо подчеркивать тот факт, что только максимальное воспроизведение реальных условий определяет введение испытания на случайную вибрацию; при проведении этих испытаний необходимо принимать во внимание технические возможности испытательного оборудования. Это относится к выбору метода подтверждения и к конструкции крепления, а также к общему анализу результатов испытания.

Цель испытания - определение способности изделий, элементов н аппаратуры выдерживать воздействие случайной вибрации заданной степени жесткости.

Испытания на воздействие случайной вибрации применимы к элементам и аппаратуре, которые в условиях эксплуатации могут подвергаться воздействиям вибраций, имеющих случайный характер. Целью испытания яатястся также выявление возможных механических повреждений и (или) ухудшения заданных характеристик изделий, а также использование этих сведений наряду с требованиями соответствующей НТД для решения вопроса о пригодности образца.

Во время проведения испытания образец подвергают воздействию случайной вибрации с заданным уровнем в пределах широкой полосы частот. Вследствие сложной механической реакции образца и его крепления это испытание требует особой тщательности при его подготовке и проведении и в установлении соответствия параметров образца заданным требованиям.

3. КРЕПЛЕНИЕ И КОНТРОЛЬ

3.1. Крепление образна

Образец крепят на испытательной установке в соответствии с требованиями МЭК 68-2-47 (ГОСТ 28231).

3.2. Контрольные и мерительные точки

Требования к испытаниям подтверждают измерениями в контрольной точке и. в некоторых случаях, в измерительных точках в зависимости отточек крепления образца. Измерения в измерительных точках необходимы для высокой воспроизводимости и когда определена воображаемая точка для средней и низкой воспроизводимостей.

В случае большого количества малогабаритных образцов, установленных на одном крепежном приспособлении, если самая низкая резонансная частота крепежного приспособления под нагрузкой выше верхнего предела частоты испытания/ 2 . контрольные и (или) измерительные точки могут быть связаны с крепежным приспособлением, а не с образцами.

3.2.1. Точка крепления

Точкой крепления называют часть образца, которая находится в контакте с крепежным приспособлением или вибрационным столом и является обычно местом крепления при эксплуатации. Если образец крепят к вибрационному столу с помощью крепежного приспособления, то точками крепления считают точки крепления крепежного приспособления, а не образца.

3.2.2. Измерительная точка

Измерительной точкой яаляется обычно точка крепления. Она должна быть как можно ближе к точке крепления изделия и в любом случае должна быть жестко связана с ней.

Если имеется четыре или меньше точек крепления, то каждая такая точка рассматривается как измерительная. Если имеется более четырех точек крепления, то в соответствующей ИТД должны быть указаны четыре характерные точки, которые могут рассматриваться как измерительные.

Примечания:

1. Для больших и (или) сложных образцов важно, чтобы измерительные точки были указаны в соответствующей НТД.

2. Допуски в измерительных точках устанавливают только для высокой воспроизводимости.

3.2.3. Контрольная точка

Контрольная точка является единственной точкой, из которой получают контрольный сигнал, соответствующий требованиям испытания, и которая используется для получения информации о движении образца. Ею может быть измерительная точка или воображаемая точка, полученная при ручной или автоматической обработке сигналов из измерительных точек.

Если используется воображаемая точка, то спектр контрольного сигнала определяют как среднеарифметическое значений СПУ всех измерительных точек на каждой частоте. В этом случае кумулятивное (суммарное) среднее квадратическое значение контрольного сигнала эквивалентно среднему квадратическому значению всех средних квадратических значений сигналов, полученных из измерительных точек.

В соответствующей НТД следует указывать точку, которую следует использовать как контрольную. шли способ, с помощью которого она может быть выбрана. Рекомендуется применять воображаемую точку для больших и (или) сложных образцов.

Примечание. Для подтверждения кумулятивного среднего квадратического значения ускорения сигнала воображаемой контрольной точки допускается автоматическая обработка сигналов измерительных точек с помощью анализаторов. Однако нс допускается подтверждение уровня СПУ без коррекции таких источников погрешностей, как ширина полосы анализатора, время выборки и т. д.

4. СТЕПЕНИ ЖЕСТКОСТИ

Для этого испытания степень жесткости вибрации определяют сочетанием следующих параметров:

диапазон частот (/j - / 2);

уровень СПУ;

длительность выдержки.

Для каждого параметра в соответствующей НТД выбирают соответствующее требование из тех. которые даны ниже. Сочетание диапазона частот и уровня СПУ определяют требуемое для испытания кумулятивное среднее квадратическое значение ускорения (см. табл. 4а и 46).

Для простоты в этом испытании используют равномерный спектр. При особых обстоятельствах может оказаться возможной иная форма спектра. В этом случае в соответствующей НТД следует указать форму номинального спектра как функцию частоты. Пояснения, относящиеся к этому случаю, приводятся в качестве примечаний к пп. 4.1. 4.2 и 5.1.

4.1. Диапазон частот

Должен быть установлен один из следующих диапазонов частот по табл. I.

Характер спектра СГ1У в диапазоне частот/, и f 2 показан на рисунке.

Примечание. Если в особых случаях необходимо установить какую-либо иную спектральную плотность ускорения, то диапазон частот следует выбирать по возможности из значений, приведенных выше.

4.2. Уровни спектра СНУ

Номинальным уровень спектра СПУ (0 дБ, см. рисунок) между частотами/, и/ 2 следует выбирать из следующих значений: 0.0005:0.001; 0.002:0.005; 0.01; 0.02:0.05:0.1; 0.2; 0.5; I; 2:5; lOgtyru.

Примечание. Если в особых случаях должен быть установлен спектр СПУ с двумя или более уровнями, то их. по возможности, следует выбирать из табл. I.

Спектр плотности ускорения (СПУ) и границы допусков

Частота, f

М| - верхняя граница допуска, средняя воспроизводимость; ЛЛ - верхняя граница допуска, средняя воспроизводимость; //| - верхняя граница допуска, высокая воспроизводимость; //> - нижняя граница допуска, высокая воспроизводимость; N - установленная СПУ (номинальный спектр)

4.3. Длительность выдержки

Длительность выдержки следует выбирать из значений, приведенных ниже. Если требуемая длительность равна или больше 10 ч в каждом направлении, то это время может быть разделено на периоды по 5 ч каждый, при условии, что напряжения, возникающие в изделии (вследствие нагрев;» и т. д.). не уменьшаются.

Любая заданная длительность является суммарным временем выдержки, которое должно быть поровну разделено между каждыми заданными направлениями: 30 с; 90 с; 3 мин; 9 мин; 30 мин; 90 мин; 3 ч; 9 ч; 30 ч.

5. СТЕПЕНИ ВОСПРОИЗВОДИМОСТИ

5.1. Допуски, характеризующие степени воспроизводимости

В пределах заданного диапазона частот /, -/ 2 воспроизводимость с учетом направления воздействия вибрации определяют допусками, указанными в табл. 2. Допуски указаны в децибелах относительно установленного уровня СИУ и соответствующего кумулятивного среднего квадратического значения ускорения.

Таблица 2

Воспроизво Границы допусков, дБ Истинное значение СПУ Истинное кумулятивное среднее квадратическое значение ускорения (от/, до/,) в основном иапрамении Основное направление Поперечное иапраменне Контрольные И «мерительные точки И смертельные Контрольные точки

* При низкой воспроизводимости допуск на действительное значение СПУ нс устанавливается. Значение допуска на величину, полученную с помощью анализирующей аппаратуры, должно быть нс более ± 3 дБ.

Измерения в поперечном направлении при высокой воспроизводимости должны быть проделаны в двух перпендикулярных поперечных направлениях в измерительной точке, наиболее удаленной от центра плоскости крепления. Для больших образцов рекомендуется измерять ускорение в поперечном направлении в нескольких измерительных точках.

СПУ за пределами заданного частотного диапазона от/, до/ 2 должна быть по возможности ниже.

При высокой воспроизводимости выше верхнего значения диапазона частот от/ 2 до 2/ 2 требуется, чтобы наклон СПУ. указанной на рисунке, был ниже 6 дБ/октаву. Кроме того, среднее квадратическое значение ускорения в полосе частот от/ 2 до 10/ 2 или 10 кГц в зависимости от того, какое из значений меньше, не должно превышать 25 % (-12 дБ) кумулятивного среднего квадратического значения ускорения, требуемого в пределах заданного диапазона частот.

При средней воспроизводимости на частотах вышс/^ значение СПУ нс ограничивается; в диапазоне частот от f 2 до 10/ 2 или 10 кГц (берется меньшее из указанных двух значений частоты) среднее квадратическое значение ускорения не должно превышать 70 % (-3 дБ) кумулятивного значения ускорения в заданном частотном диапазоне.

При низкой воспроизводимости как СПУ. так и среднее квадратическое значение ускорения не контролируются за пределами / 2 .

На частотах ниже/, как СГ1У. так и среднее квадратическое значение ускорения не контролируются ни для одной степени воспроизводимости.

Примечание. Если в особых случаях нельзя применять равномерный спектр СГ1У. а форма номинального спектра установлена в соответствующей НТД, то границы допусков, указанные на рисунке, должны по мерс возможности применяться к этому спектру. Когда установлен спектр СПУ с двумя или более уровнями. в соответствующей Н ГД следует оговорить наклон допусков в области перепада уровней. Вследствие трудностей в получении и контроле спектров с крутыми фронтами наклоны допусков не должны превышать 25 дБ/октаву.

5.2. Выбор воспроизводимости

В соответствующей НТД должна быть указана воспроизводимость, соответствующая данному виду испытания. Классификация степеней воспроизводимости предназначена только для указания меры воспроизводимости, которую могут обеспечить различные испытательные лаборатории.

Когда требуется испытание с низкой воспроизводимостью, разработчик соответствующей Н ГД должен использовать максимально допустимую ширину полосы частот выравнивателя и (или)

ГОСТ 28220-89 С. 6

применяемого анализатора. В любом случае ширина полосы частот анализатора нс должна быть больше 100 Гц или "/з октавы, в зависимости от того, какое из этих значений больше, ^то испытание дает плохую воспроизводимость для широкополосных систем, но его будет проще и дешевле осуществить по сравнению с методом испытания с высокой воспроизводимостью. Испытание с низкой воспроизводимостью является единственным испытанием, ал я которого не требуется снятия частотной характеристики с помощью синусоидального сигнала.

Испытание с высокой степенью воспроизводимости дает относительно высокую воспроизводимость. но обычно является более сложным, для него может потребоваться более дорогое и сложное оборудование и оно занимает больше времени, вследствие требуемых дополнительных измерений. Высокая воспроизводимость должна предусматриваться только в тех случаях, когда это абсолютно необходимо.

Учитывая вышеихтоженнос. необходимо, чтобы разработчик соответствующей НТД рассмотрел эти факторы и не выбирал воспроизводимость более высокую, чем это требуется для предлагаемого применения испытываемого изделия.

6. СИНУСОИДАЛЬНАЯ ВИБРАЦИЯ

6.1. Снятие частотной характеристики

При высокой и средней воспроизводимости образец следует подвергать воздействию синусоидальной вибрации для снятия частотной характеристики. В этом случае испытание на синусоидальную вибрацию проводят по всему частотному диапазону в обоих направлениях, причем амплитуда синусоидального возбуждения находится в зависимости от заданной степени жесткости испытания на случайную вибрацию (табл. 3). В исключительных случаях, например, когда образец очень чувствителен к синусоидальной вибрации, в соответствующей НТД должно быть указано более низкое значение синусоидального сигнала.

6.2. Испытания на обнаружение резонансных частот"

В соответствующей НТД могут предусматриваться предварительное и заключительное испытания на обнаружение резонанса. В процессе этих испытаний сравнивают частоты, на которых возникают механические резонансы и другие зависящие от частоты явления (например, нарушение нормального режима работы) для того, чтобы получить дополнительную информацию относительно остаточных яалений, вызванных испытанием на воздействие случайной вибрации. В соответствующей НТД должно быть указано, что следует предпринять, если возникают какие-либо изменения резонансной частоты.

Если иное не оговорено в соответствующей НТД. дли обнаружения резонанса следует применять сигнал с амплитудой, указанной в п. 6.1.

7. ПЕРВОНАЧАЛЬНЫ К ИЗМЕРЕНИЯ

В соответствующей НТД должна быть указана необходимость измерения электрических параметров и проверки механических характеристик перед выдержкой.

8. ВЫДЕРЖКА

Во время выдержки образец подвергают воздействию случайной вибрации при заданном уровне. Образцы подвергают воздействию вибрации в трех вхаимно перпендикулярных осях поочередно. если иное не оговорено в соответствующей НТД. Напрааления воздействия вибрации выбира-

ются таким образом, чтобы вес дефекты образца можно было легко выявить. Если иное не установлено в соответствующей НТД, то аппаратура должна находиться в рабочем состоянии, если это возможно, для того, чтобы можно было определить как нарушения работоспособности образна, так и его механические дефекты.

В соответствующей НТД следует установить, требуются ли измерения электрических параметров и проверка механических характеристик во время выдержки и на какой стадии они должны быть проведены.

9. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

В соответствующей Н"ГД должно быть указано, что после выдержки следует проводить измерения электрических параметров и проверку механических характеристик.

10. СВЕДЕНИЯ, КОТОРЫЕ СЛЕДУЕТ УКАЗЫВАТЬ В СООТВЕТСТВУЮЩЕЙ НТД

Если это испытание включено в соответствующую НТД, то по мере необходимости должны быть указаны следующие сведения:

Номер раздела, пункта

тизаторов и дополнительные испытания) 3.1

е) контрольные и измерительные точки 3.2

ж) частотный диапазон* 4.1

з) уровни СПУ* 4.2

и) длительность выдержки* 4.3

к) воспроизводимость* 5.2

л) испытания на обнаружение резонанса 6.2

м) значения ускорения при снятии частотной характеристики 6.1

и) первоначальные измерения* 7

о) рабочее состояние испытываемого изделия во время выдержки* 8

п) заключительные измерения* 9

а), б), в), г), д): способы крепления образца (включая магнитные помехи, воздействие температуры и гравитационные эффекты; характеристики амор

Сведения, которые следует указывать в обязательном порядке.

Что такое СКЗ (и с чем его едят) ?

Самый простой способ определить состояние агрегата - это измерить простейшим виброметром СКЗ вибрации и сравнить его с нормами. Нормы вибрации определены рядом стандартов, либо указываются в документации на агрегат и хорошо известны механикам.

А что же такое СКЗ? СКЗ - среднеквадратичное значение какого-либо параметра. Нормы обычно приводятся для виброскорости, и поэтому чаще всего звучит сочетание СКЗ виброскорости (иногда говорят просто СКЗ). В стандартах определен метод измерения СКЗ - в частотном диапазоне от 10 до 1000 Гц и ряд значений СКЗ виброскорости: ... 4.5, 7.1, 11.2, ... - они отличаются примерно в 1.6 раза. Для разных по типу и мощности агрегатов задаются значения норм из этого ряда.

Математика СКЗ

Мы имеем снятый временной сигнал виброскорости длиной 512 отсчетов (x0 ... x511). Тогда СКЗ вычисляется по формуле:

Еще проще вычисляется СКЗ по амплитуде спектра:

В формуле СКЗ по спектру индекс j перебирается не с 0, а с 2, так как СКЗ вычисляется в диапазоне от 10 Гц. При вычислении СКЗ по временному сигналу мы вынуждены применять какие-либо фильтры для выделения нужного частотного диапазона.

Рассмотрим пример. Сгенерируем сигнал из двух гармоник и шума.

Значение СКЗ по временному сигналу несколько больше, чем по спектру, так как в нем есть частоты менее 10 Гц, а в спектре мы их выбросили. Если в примере убрать последнее слагаемое rnd(4)-2, добавляющее шум, то значения точно совпадут. Если увеличить шум, например rnd(10)-5, то расхождение будет еще больше.

Другие интересные свойства: значение СКЗ не зависит от частоты гармоники, конечно, если она попадает в диапазон 10-1000 Гц (попробуйте поменять числа 10 и 17) и от фазы (поменяйте (i+7) на что-нибудь другое). Зависит только от амплитуды (числа 5 и 3 перед синусами).

Для сигнала из одной гармоники:

Вычислить СКЗ виброперемещения или виброускорения из СКЗ виброскорости можно только в простейших случаях. Например, когда мы имеем сигнал из одной оборотной гармоники (либо она намного больше остальных) и знаем ее частоту F. Тогда:

Например, для оборотной частоты 50 Гц:

СКЗуск=3.5 м/с2

СКЗскор=11.2 мм/с

Дополнения от Антона Азовцева [ВАСТ ]:

Под общим уровнем обычно понимается среднеквадратичное или максимальное значение вибрации в определенной полосе частот.

Наиболее типичным и распространенным является значение виброскорости в полосе 10-1000Гц. А вообще на эту тему есть множество ГОСТов:
ИСО10816-1-97 - Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на
невращающихся частях. Общие требования.
ИСО10816-3-98 - Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на
невращающихся частях. Промышленные машины номинальной мощностью свыше 15 кВт и
номинальной скоростью от 120 до 15000 об/мин.
ИСО10816-4-98 - Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на
невращающихся частях. Газотурбинные установки за исключением установок на основе
авиационных турбин.
ГОСТ 25364-97 - Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации опор
валопроводов и общие требования к проведению измерений.
ГОСТ 30576-98 - Насосы центробежные питательные тепловых электростанций. Нормы
вибрации и общие требования к проведению измерений.

По большинству ГОСТов требуется измерять среднеквадратичные значения виброскорости.

То есть надо взять датчик виброскорости, оцифровать сигнал на протяжении некоторого времени, отфильтровать сигнал с тем, чтобы удалить компоненты сигнала вне полосы, взять сумму квадратов всех значений, извлечь из нее квадратный корень, поделить на число сложенных значений и все - вот он общий уровень!

Если сделать тоже, но вместо среднеквадратичного взять просто максимум, то получится "Пиковое значение" А если взять разность между максимальным и минимальным, то получится так называемый "Двойной размах" или "пик-пик". Для колебаний простой формы среднеквадратичное значение в 1.41 раза меньше пикового и в 2.82 раза мешьже пик-пикового.

Это цифровой, есть и аналоговые детекторы, интеграторы, фильтры и т.п.

Если Вы пользуете датчик ускорения, то предварительно надо еще проинтегрировать сигнал.

Суть заключается в том, что надо просто сложить значения всех составляющих спектра в интересующей полосе частот (ну естественно не сами значения, а взять корень из суммы квадратов). Так работал наш (ВАСТовский) прибор СД-12 - он именно вычислял СКЗ общие уровни по спектрам, теперь же СД-12М вычисляет реальные значения общих уровней, применяя фильтрацию и т.п. числовую обработку в области временных сигналов, поэтому при измерении общего уровня он одновременно выччисляет СКЗ, пик, пик-пик и пик фактор, что позволяет проводить правильный мониторинг...

Есть еще пара замечаний - спектры, естественно, должны быть в линейных единицах и тех, в которых надо получить общий уровень (не логарифмический, то есть не в дБ, а в ммс). Если спектры в ускорении (G или мсс), то их надо проинтегрировать - поделить каждое значение на 2*пи*частоту, соответствующую этому значению. И еще есть некая сложность - спектры обычно вычисляются с применением некого весового окна, например Ханнинга, эти окна тоже вносят сои поправки, что существенно затрудняет дело - надо знать какое окно и его свойства - проще всего посмотреть в справочнике по цифровой обработке сигналов.

Для примера - если мы имеем спектр виброускорения, полученный с окном ханнинга, то чтобы получить СКЗ виброускорения, то надо все каналы спектра поделить на 2пи*частоту канала, потом посчитать сумму квадратов значений в правильной полосе частот, потом умножить на две трети (вклад окна ханнинга), потом извлечь корень из полученного.

А есть еще интерессные вещи

Есть всякие пик и крест факторы, которые получаются, если поделить максимальное на среднеквадратичное значение общих уровней вибрации. Если значение этих пик факторов большое, значит в механизме имеются сильные одиночные удары, то есть состояние оборудования плохое, на этом основаны, например приборы типа СПМ. Этот же принцип, но в статистической интерпретации пользует Диамех в виде Эксцесса - это горбы в дифференциальном распределении (во как хитро зовется!) значений временного сигнала по отношении с обычному "нормальному" распределению.

Но проблема с этими факторами заключается в том, что эти факторы сначала растут (с ухудшением состояния оборудование, появлением дефектов), а потом начинают падать, когда состояние еще больше ухудшается, вот тут и проблема - надо понять толи пикфактор с экцессом еще растет, толи уже падает...

В общем и целом надо следить за ними. Правило грубое, но более-менее разумное выглядит так - когда пикфактор начал падать, а общий уровень начал резко расти, то все плохо, надо чинить оборудование!

А есть еще много всего интересного!

В зависимости от характера колебаний различаются:

детерминированная вибрация :

Изменяется по периодическому закону;

Функция х(t), описывающая ее, изменяет значения через одинаковые интервалы времени Т (период колебания) и имеет произвольную форму (рис.3.1.а)

Если кривая x(t) изменяется с течением времени по синусоидальному закону (рис.3.1.б), то периодическая вибрация называется гармонической (в практике - синусоидальная ). Для гармонической вибрации справедливо уравнение

x(t) = A sin (wt), (3.1)

где x(t) - смещение от положения равновесия в момент t ;

А - амплитуда смещения; w = 2pf - угловая частота.

Спектр такой вибрации (рис.3.1. б) состоит из одной частоты f = 1/T .

Рис.3.1. Периодическая вибрация (а); гармоническая вибрация и ее спектр частот (б); периодическая вибрация как сумма гармонических колебаний и ее спектр частот (в)

Полигармоническое колебание - частный вид периодической вибрации;:

Наиболее распространена на практике;

Периодическое колебание разложением в ряд Фурье может быть представлено как сумма ряда гармонических колебаний с различными амплитудами и частотами (рис.3.1.в).

где k - номер гармоники; - амплитуда k - й гармоники;

Частоты всех гармоник кратны основной частоте периодического колебания;

Спектр является дискретным (линейчатым) и представлен на рис.3.1.в;

Ее часто относят с некоторыми искажениями к гармоническим колебаниям; степень искажения подсчитывается с помощью коэффициента гармоник

,

где - амплитуда i - гармоники.

Случайная вибрация :

Не может быть описана точными математическими соотношениями;

Невозможно предсказать точно значения ее параметров в ближайший момент времени;

Можно с определенной вероятностью предсказать, что мгновенное значение x(t) вибрации попадает в произвольно выбранный интервал значений от до (рис.3.2.).

Рис.3.2. Случайная вибрация

Из рис.3.2. следует, что эта вероятность равна

,

где - суммарная продолжительность нахождения амплитуды вибрации в интервале за время наблюдения t .

Для описания непрерывной случайной величины пользуются плотностью вероятности:

Формула ;

Вид функции распределения характеризует закон распределения случайной величины;

Случайная вибрация – сумма множества независимых и мало отличающихся мгновенных воздействий (подчиняется закону Гаусса);

Вибрацию можно характеризовать:

математическим ожиданием М[X] – среднее арифметическое мгновенных значений случайной вибрации за время наблюдения;

генеральной дисперсией - разброс мгновенных значений случайной вибрации относительно ее среднего значения.

Если колебательные процессы с одинаковыми M[X] и отличаются друг от друга за счет различной частоты, то случайный процесс описывается в частотной области (случайная вибрация есть сумма бесконечно большого числа гармонических колебаний). Здесь используется спектральная плотность мощности случайной вибрации в полосе частот

ОКТАВЫ И СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ

Октавы используются для определения разницы между двумя частотами. Например, разница между частотами 10 Гц и 500 Гц составляет 490 Гц. Октавы представляют эту разницу в логарифмическом масштабе.

Почти все из нас слышали, что понятие октавы используется в музыке. У пианино разница частот между двумя ближайшими нотами одного наименования как раз составляет октаву. Международной стандартной нотой для настройки музыкальных инструментов является нота ля, частота которой равна 440 Гц. Частота ноты октавой выше равна 880 Гц, а октавой ниже – 220 Гц. Таким образом, мы видим, что октава обладает свойством удваивания, другими словами это логарифмическое отношение.

Что бы определить количество октав между двумя частотами можно использовать следующую формулу:

где f н – нижняя частота, f в – верхняя частота.

При испытаниях скользящей синусоидой используется логарифмический масштаб изменения частоты. Это делается с целью обеспечения условий равного нагружения объекта испытаний на разных частотах. Так при частоте 10 Гц за 1секунду происходит 10 циклов колебаний. Эти же 10 циклов колебаний занимают одну сотую секунды при частоте 1000 Гц. Это значит, что для обеспечения равнонагруженного состояния (равного количества циклов колебаний) на разных частотах с увеличением частоты время колебаний на этой частоте должно уменьшаться.

Наиболее часто используется скорость изменения частоты 1 окт./мин. Если испытания начинаются с 10 Гц, то первую минуту будет пройден диапазон 10 Гц – 20 Гц, за следующую минуту - 20 Гц – 40 Гц и т.д. Для частотного диапазона 15 Гц – 1000 Гц количество октав равно 6.1. При скорости 1 октава в минуту время испытаний составит 6.1 минуты.

ЧТО ТАКОЕ СЛУЧАЙНАЯ ВИБРАЦИЯ?

Если мы возьмем конструкцию, состоящую из нескольких балок различной длины и начнем ее возбуждать скользящей синусоидой, то каждая балки будет интенсивно колебаться при возбуждении ее собственной частоты. Однако если мы возбудим эту же конструкцию широкополосным случайным сигналом, то мы увидим, что все балки начнут сильно раскачиваться, как будто в сигнале одновременно присутствуют все частоты. Это так и в то же время не так. Картина будет более реальной, если мы предположим, что в течение некоторого промежутка времени эти частотные компоненты присутствуют в сигнале возбуждения, но их уровень и фаза изменяются случайным образом. Время – вот ключевой момент в понимании случайного процесса. Теоретически мы должны учитывать бесконечный период времени, чтобы иметь истинный случайный сигнал. Если сигнал действительно случайный, то он никогда не повторяется.

Раньше для анализа случайного процесса применялась аппаратура на основе полосовых фильтров, которые выделяли и оценивали отдельные частотные составляющие. Современные анализаторы спектров используют алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ). Случайный непрерывный сигнал измеряется и дискретизируется по времени. Затем для каждой временной точки сигнала вычисляется синусная и косинусная функции, которые определяют уровни частотных компонент сигнала, присутствующих в анализируемом периоде сигнала. Далее проводится измерение и анализ сигнала для следующего временного интервала и его результаты усредняются с результатами предыдущего анализа. Так повторяется до тех пор, пока не будет получено приемлемое усреднение. На практике число усреднений может колебаться от двух – трех до нескольких десятков и даже сотен.

На рисунке, представленном ниже, показано как сумма синусоид с различными частотами образуют сигнал сложной формы. Может показаться, что суммарный сигнал является случайным. Но это не так, потому что составляющие имеют постоянную амплитуду и и фазу и изменяются по синусоидальному закону. Таким образом, показанный процесс периодический, повторяющийся и предсказуемый.

В действительности случайный сигнал имеет составляющие, амплитуды и фазы которых изменяются случайным образом.

На рисунке ниже показан спектр суммарного сигнала. Каждая частотная составляющая суммарного сигнала имеет постоянную величину, но для истинно случайного сигнала величина каждой составляющей будет все время изменяться и спектральный анализ покажет усредненные по времени значения.

Частота, Гц

Алгоритм БПФ обрабатывает случайный сигнал в течение времени проведения анализа и определяет величину каждой частотной составляющей. Эти величины представляются среднеквадратическими значениями, которые затем возводятся в квадрат. Так как мы измеряем ускорение, то единицей измерения будет перегрузка gn скв, а после возведения в квадрат - gn 2 скв. Если частотное разрешение при анализе равно 1 Гц, то измеряемая величина будет выражаться как количество ускорения возведенного в квадрат в частотном диапазоне шириной 1Гц и единицей измерения будет gn 2 /Гц. При этом нужно помнить, что gn – это gn скв.

Единица gn 2 /Гц используется при вычислении спектральной плотности и по существу выражает среднюю мощность, заключенную в частотном диапазоне шириной 1 Гц. Из профиля испытаний случайной вибрацией мы можем определить суммарную мощность, сложив мощности каждого диапазона шириной 1 Гц. Профиль, показанный ниже, имеет всего три диапазона шириной 1 Гц, но рассматриваемый метод применим к любому профилю.

Спектральная плотность,

g скв 2 /Гц

Частота, Гц

(4 g 2 /Гц = 4g скв 2 в каждом диапазоне шириной 1 Гц)

Суммарное ускорение (перегрузку) gn скв профиля можно получить сложением, но так как значения являются среднеквадратическими, то они суммируются следующим образом:

Такой же результат можно получить используя более общую формулу:

Однако профили случайной вибрации, используемые в настоящее время, редко являются плоскими и больше похожи на горный массив в разрезе.

Спектральная плотность,

g скв 2 /Гц

(лог. шкала)

Частота, Гц (лог. шкала)

На первый взгляд определение суммарного ускорения gn показанного профиля задача довольно простая, и определяется как среднеквадратическая сумма значений четырех сегментов. Однако профиль показан в логарифмическом масштабе и наклонные прямые на самом деле не прямые. Эти линии являются экспоненциальными кривыми. Поэтому нам нужно вычислить площадь под кривыми, а это задача намного сложнее. Как это сделать, мы рассматривать не будем, но можно сказать, что суммарное ускорение равно 12.62 g скв.

Для чего нужно знать суммарное ускорение при случайной вибрации?

В режиме случайной вибрации вибрационная испытательная система имеет номинальную толкающую силу, которая выражается в Н скв или кгс скв. Заметьте, что сила определяется среднеквадратическим значением в отличие от синусоидальной вибрации, где используется амплитудное значение. Формула для определения силы такая же: F = m*a, но так как сила имеет среднеквадратическое значение, то и ускорение должно быть среднеквадратическим.

Сила (Н скв.) = масса (кг) * ускорение (м/с 2 скв.)

Сила (кгс скв.) = масса (кг) * ускорение (gn скв.)

Помните, что под массой понимается общая масса всех подвижных частей!

Что понимается под перемещением при случайной вибрации?

Для нас важно знать перемещение при заданном профиле испытаний, так как оно может превысить максимально допустимое перемещение вибратора. Не вдаваясь в подробности, мы знаем, как рассчитать суммарное среднеквадратическое ускорение и нет причин мешающих нам определить среднеквадратическую скорость и среднеквадратическое перемещение для данного профиля. Трудности появляются тогда, когда мы хотим перейти от среднеквадратического значения к амплитудному или к размаху. Давайте вспомним, что отношение амплитудного значения к среднеквадратическому называется пик-фактором, который для синусоидального сигнала равен корню квадратному из 2. Коэффициенты перехода от среднеквадратического значения к амплитудному и обратно равны соответственно 1.414 (2) и 0.707 (1/2). Однако мы имеем дело не с синусоидальным сигналом, а со случайным процессом, у которого теоретический пик-фактор равен бесконечности, так как амплитудное значение случайного сигнала может быть равно бесконечности. На практике значение пик-фактора принимают равным 3. На рисунке показана кривая нормального распределения случайного сигнала. По статистике, если ограничиться шириной интервала 3, то это охватит 99.73% всех возможных значений амплитуд истинного случайного сигнала.

Плотность вероятности

Кривая нормального распределения

Следовательно, если принять, что при пик-факторе равном трем контроллер случайной вибрации будет генерировать случайный сигнал с максимальной амплитудой в три раза превышающей среднеквадратическое значение, то из этого следует, что расчетное перемещение будет равно суммарному среднеквадратическому перемещению умноженному на значение пик-фактора и умноженному на 2. Это расчетное перемещение не должно превышать максимально допустимое перемещения вибратора.

Практические аспекты выбора значения пик-фактора

Мы можем сделать так, чтобы контроллер случайной вибрации генерировал сигнал с пик-фактором равным 3, который через вибратор будет передаваться испытываемому образцу. К сожалению и вибратор и образец являются существенно нелинейными системами и имеют резонансы. Эта нелинейность с резонансами будет вызывать искажения. В конечном итоге мы увидим, что пик-фактор, измеренный на столе вибратора или объекте испытаний, будет значительно отличаться от первоначально заданного! Контроллеры случайной вибрации не корректируют это автоматически.

Внеполосовая мощность

Необходимо обратить внимание на эффект, который может проявиться при возбуждении случайным сигналом образца, разработанного для эксплуатации в частотном диапазоне, например, до 1000 Гц. Генерируемый контроллером сигнал может возбудить резонансные частоты, лежащие намного выше частоты 1000 Гц. Эти частоты возбуждаются гармониками. Поэтому нелишне контролировать мощность сигнала выше диапазона испытаний, так как она может вызвать разрушение работоспособного в заданном диапазоне частот (в данном случае - до 1000 Гц) образца.

Узкополосная случайная вибрация

Толкающая сила вибраторов в режиме случайной вибрации измеряется при следующих условиях:

масса нагрузки примерно в два раза больше массы арматуры (подвижной части вибратора)

профиль испытаний соответствует стандарту ISO 5344

отношение амплитудного значения к среднеквадратическому значению ускорения не менее 3-х.

Вибрационные испытательные системы имеют нелинейную частотную характеристику (на одних частотах их эффективность выше, на других ниже), и случайный процесс на частотах ниже 500 Гц воспроизводится с меньшей эффективностью. В этом случае усилителю может не хватить мощности, чтобы создать необходимую толкающую силу. Выбор более мощного усилителя решит эту проблему.

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ

Наиболее часто используемые единицы измерения плотности спектра мощности следующие:

gn²/Гц
(м/с²)²/Гц
gn/ Ö Гц

В любом случае нужно помнить, что ускорение выражается в среднеквадратических значениях.

Чтобы преобразовать единицы измерений:

g²/Гц в м²/с³	умножить на 9.80665²	т.е.´ 96.1703842
м²/с³ в g²/Гц	разделить на 9.80665²	т.е.¸ 96.1703842
g/ Ö Гц в g²/Гц	возвести в квадрат g/ Ö Гц	т.е. (g/ Ö Hz)²
g²/Гц в g/ Ö Гц	извлечь кв. корень из g²/Hz	т.е. Ö (g²/Hz)

КАК ВЛИЯЕТ ВИБРАЦИЯ НА МОЮ ПРОДУКЦИЮ?

Вся продукция подвергается действию вибрации, о которой мы в большинстве случаев мало что знаем. Причиной вибрации являются условия эксплуатации продукции, ее транспортировка или сама продукция. Например, электронные компоненты стиральной машины подвергаются действию сильной вибрации. Нам необходимо понимать последствия действия вибрации, чтобы это помогло создавать продукцию высокого качества и надежности.

Если мы рассмотрим автомобильную магнитолу, установленную на приборной панели, то она подвергается действию вибрации. Источниками вибрации являются двигатель, трансмиссия, профиль дороги. Диапазон частот вибрации обычно лежит в пределах 1 Гц – 1000 Гц. Например, скорость вращения двигателя 3000 об./мин соответствует частоте 50 Гц. Эта вибрация передается на панель приборов даже если двигатель установлен на виброизолирующие опоры, которые теоретически не должны пропускать вибрацию на кузов автомобиля. Итак, у нас есть источник вибрации, который возбуждает панель приборов и автомагнитолу.

Приборная панель

Вибрация

Вибрация, создаваемая источником, может быть небольшая, но к моменту достижения магнитолы уровень вибрации может значительно увеличиться за счет резонансов кузова автомобиля и приборной панели.

Резонанс

Хорошим примером резонанса является звук, издаваемый бокалом, если водить мокрым пальцем по его краю. Стенки бокала начинают колебаться на собственной частоте. Эти колебания вызывают звуковые волны, которые мы слышим. Сами колебания вызываются трением пальца о стекло. Известна история об оперном певце, который своим голосом разбил бокал. Если частота звуковых колебаний совпадет с собственной частотой колебаний стенок бокала, колебания могут стать такими интенсивными, что стекло лопнет.

Край фужера при резонансе

Резонансной частотой предмета является частота, на которой предмет будет колебаться естественным путем, если его вывести из состояния равновесия. Например, при щипке гитарной струны она будет колебаться на резонансной частоте, колокол после удара также будет колебаться на резонансной частоте.

Балка при резонансе

воздействие

Усиление = 20

На рисунке показано как резонанс усиливает колебания. В этом примере возбуждающее перемещение амплитудой 1 мм вызывает колебания балки амплитудой 20 мм, величина которой в определенной степени зависит и от добротности балки. Чрезмерный изгиб балки может привести к ее усталостному разрушению.

Острота резонанса, известная как добротность (критерий качества), определяется величиной демпфирования. Влияние демпфирования можно услышать, прикоснувшись рукой к звучащему колоколу: рука будет демпфировать его вибрацию, т.е. амплитуду колебаний и звук колокола изменится и быстро затухнет.

На рисунке ниже показан резонансный пик на частоте f. Чем больше демпфирование, тем ниже и шире резонансный пик. Демпфирование выражается через добротность Q, которая определяет ширину резонансной кривой по уровню половинной мощности (А/2) или уровню –3 дБ от А, где А – максимальная амплитуда. (-3 дБ величина округленная, точное значение равно –3.0102299957 дБ).

Уровень

Частота

Как резонанс влияет на автомагнитолу?

Ослабление кожуха (дребезг)

Излом кабеля

Удар

Приборная панель

Повреждение

платы

Эта картинка иллюстрирует:

Плохо закрепленная печатная плата будет изгибаться и со временем треснет или сломается.

При резонансе печатной платы она передает высокие уровни колебаний электронным компонентам, которые могут преждевременно выйти из строя.

Кабели и провода могут со временем переломиться в точке крепления к плате из-за усталостных напряжений.

Если все устройство не будет тщательно закреплено, оно может ударяться о другие элементы приборной панели, вызывая раздражающее дребезжание, но что более опасно, подвергать ударным нагрузкам электронные компоненты и вызывать их резонансные колебания.

Так как в автомагнитоле есть кассетный магнитофон, то вибрация лентопротяжного механизма может вызвать завывание и дребезжание звука, повреждение пленки.

ИЗОЛЯЦИЯ ВИБРАТОРА

При работе в вертикальном положении вибратор создает толкающее усилие, направленное вертикально. Согласно третьему закону Ньютона каждое действие вызывает противодействие. Из этого следует, что прикладывая силу к нашему объекту испытаний мы воздействуем такой же силой на пол.

Объект испытаний

Сила

Так как большинство зданий имеют собственную частоту порядка 15 Гц, то возбуждаются резонансные частоты не только предметов, окружающие вибратор, но и резонансные частоты здания, а это в некоторых случаях может привести к повреждению здания.

Чтобы такая проблема не возникла можно применить сейсмическую массу – обычно большой бетонный блок, вес которого должен быть не менее, чем в 10 раз больше максимальной толкающей силы, развиваемой вибратором,

или использовать некоторые другие методы изоляции, такие как пневматические опоры, или опоры из резины.

Арматура

Перемещение арматуры

Пневмопружина

Перемещение корпуса

Большинство вибраторов поставляются с элементами виброизоляции. Однако при этом возникает другая проблема, связанная с движением корпуса вибратора. Из-за того, что корпус вибратора изолирован от пола с помощью "пружин", при движении арматуры вибратора с нагрузкой вверх, корпус вибратора стремиться двигаться вниз. Перемещение корпуса вибратора уменьшает перемещение стола вибратора относительно пола и, следовательно, ускорение стола, которое имеет абсолютное значение. Величина перемещения корпуса связана с отношением общей подвижной массы к массе корпуса вибратора. Чем тяжелее полезная нагрузка, тем больше перемещение корпуса. Максимальное перемещение стола относительно пола можно определить по следующей формуле:

К сожалению, виброизоляторы имеют резонансы на частотах 2.5 Гц, 5 Гц, 10 Гц или 15 Гц в зависимости от типа изолятора. Если вибратор работает большим с перемещением на частоте резонанса изолятора, то приведенная формула не имеет смысла, так как объект испытаний будет оставаться неподвижным, в то время как корпус вибратора будет двигаться.

ОПРОКИДЫВАЮЩИЙ МОМЕНТ

Существует правило, согласно которому центр тяжести объекта испытаний и оснастки следует размещать на продольной оси арматуры. Если это правило не соблюдать, то можно:

перегрузить объект испытаний

повредить вибратор

Конструкция вибратора обеспечивает передачу толкающего усилия вдоль оси арматуры, поэтому смещение полезной нагрузки и оснастки от продольной оси вызывает "опрокидывание" арматуры. Это опрокидывающее движение воспринимается направляющими арматуры и нагружает их, что, в крайнем случае, может привести к повреждению подшипников направляющих и подвижной катушки. Объект испытаний также подвергается воздействию поперечных нагрузок, которые не предусмотрены режимами испытаний. Если оснастка недостаточно жесткая, у нее возможен резонанс в поперечном направлении, при котором на объект испытаний действует значительная неконтролируемая вибрация. Например, при поперечном ускорении 5g, вызванном смещением нагрузки и оснастки, имеющей добротность на частоте резонанса Q=50, объект испытаний на этой частоте будет иметь ускорение 250g!

Контроль

Для предупреждения такой ситуации хорошим правилом является контроль поперечного ускорения. В тех случаях, когда поперечным ускорением нельзя пренебречь, можно в рамках стратегии управления уменьшить перемещение в вертикальном направлении, чтобы не перегрузить объект испытаний. Такой метод используется при многоканальном управлении, когда управляющий сигнал формируется по реакции испытываемого объекта в нескольких точках.

Если ваша оснастка жесткая, тщательно спроектирована и изготовлена, центры тяжести оснастки и объекта испытаний лежат на продольной оси стола вибратора, то опрокидывающий момент будет минимальным и его можно не учитывать.

Примечание . При вибрации сложной конструкции положение ее центра тяжести может зависеть от частоты возбуждения, поэтому на разных частотах положение центра тяжести будет другим.

Документ

В вокальных партиях Ричард нередко использовал, скорее, ... , барабанщик Джинджер Бейкер , пианист Джонни... еще во введении , рок подразделяется... незамысловатые сценки полугероического содержания . Адам Энт, ... нотами, особой крупной вибрацией в конце фразы, ...

Исследования реальных вибраций различных ЛЛ показали, что вибраций являются случайными функциями времени. Их статистические характеристики определяются в результате обработки записей реальной вибрации. Целью испытаний является воспроизведение на вибростенде вибрации с заданными статистическими характеристиками в контрольных точках испытуемого объекта. Поскольку в качестве заданных статистических характеристик используются результаты обработки натурной вибрации, испытания случайной вибрацией наиболее точно воспроизводят реальное вибрационное состояние испытуемого изделия.

При организации испытания случайной вибрацией принимают две гипотезы:

1) о нормальности закона распределения случайных вибраций;

2) о локальной стационарности случайных вибраций.

Обоснование первой гипотезы заключается в том, что вибрационное состояние изделия можно рассматривать как суперпозицию различных случайных процессов, порождаемых статистически независимыми источниками. Следует учесть также, что если вибродатчик расположен в таком месте конструкции, где проявляются ее фильтруй щие свойства, то закон распределения выходного сигнала этого датчика приближается к нормальному.

Вторая гипотеза предполагает, что статистические характеристику вибрации изменяются достаточно медленно во времени. Это позволяет считать, что некоторые усредненные характеристики, вычисленные в определенном временном интервале, дают адекватное описание вибрационного состояния на этом отрезке времени.

Свойства вибрации как стационарного централизованного нормального процесса полностью определяются в общем случае ковариационной матрицей или ее преобразованием Фурье - матрицей спектральных плотностей. В частотном (скалярном) случае процесс характеризуется корреляционной функцией или спектральной плотностью. Поскольку испытуемые конструкции являются многорезонансными динамическими системами с ярко выраженными частотно-избирательными свойствами, спектральные характеристики (собственные и взаимные спектры) наиболее наглядны и имеют определяющее значение для инженера-испытателя. Режим испытаний случайной вибрацией определяется спектральной плотностью виброускорения, контролируемого в одной точке и в одном направлении, или матрицей спектральных плотностей при анализе векторной вибрации.

Вибрационные испытания в широкой полосе охватывают обычно частотный диапазон в одну-две декады. Случайная узкополосная вибрация возбуждается и исследуется в полосе единиц или десятков герц.

Испытание широкополосной случайной вибрацией. Широкополосные случайные процессы с заданным энергетическим спектром получили широкое распространение в качестве физических моделей реальных вибропроцессов. Описание моделей реальных вибропроцессов в рамках корреляционной теории позволяет характеризовать эквивалентность воспроизводимых и реальных вибраций степенью близости их энергетических спектров. При этом тракт воспроизведения вибрации вибро испытательно го комплекса должен обеспечивать воспроизведение в контролируемой точке или в совокупности контролируемых точек исследуемого объекта механических колебаний с требуемым энергетическим спектром.

Этот метод испытаний предусматривает одновременное возбуждение всех резонансных частот объекта. Схема установки для испытания широкополосной случайной вибрацией приведена на рис. 2.24.

Правильному воспроизведению вибрации препятствует искажающее влияние средства возбуждения вибрации. Поэтому перед испытаниями необходимо скорректировать или выровнять амплитудно-; частотную характеристику вибростенда. При испытаниях в контрольных точках изделия возбуждаются стационарные случайные вибрации. Их числовые характеристики должны быть близки к заданным, которые определяют по результатам натурных испытаний.

Метод испытания широкополосной случайной вибрацией позволяет воспроизвести те числовые вибрационные характеристики условий эксплуатации, которые влияют на надежность испытуемого изделия. За критерий подобия принята спектральная плотность вибрационных ускорений, так как вероятность выхода изделия из строя или нарушения режима его работы возрастает с повышением уровня спектральной плотности вибрации.

Программу испытаний задают в виде графика зависимости спектральной плотности от полос частоты, в которых проводили эти измерения. Эта программа воспроизводится вибростендом в контрольной точке изделия с помощью формирователей энергетического спектра, которые в общем случае представляют собой источник широкополосного случайного сигнала или белого шума и набор регулируемых полосовых фильтров.

Испытание узкополосной случайной вибрацией. Режим меняющейся узкополосной случайной вибрации является промежуточным между режимом широкополосной случайной вибрации и режимом с изменяющимся синусоидальным сигналом. Метод основан на замене возбуждения широкополосной плотности малого ускорения возбуждением узкополосной плотности большого ускорения, медленно изменяющейся на некотором участке частотного диапазона.

При правильной регулировке метод обеспечивает то же число наиболее важных ускорений на заданном уровне, что и метод широкополосной вибрации. Для воспроизведения условий резонанса и нагружения испытуемого образца узкополосная вибрация должна обладать теми же характеристиками, что и широкополосная. Необходимо также, чтобы число изменений знака ускорения для любого увеличения уровня напряжения было тем же.

Этот метод имеет следующие преимущества:

1) возможность получения значительных уровней нагрузки с помощью менее мощного оборудования;

2) возможность применения более простой аппаратуры управления а, следовательно, использования менее квалифицированного персонала.

Основными задачами являются определение закона изменения средней частоты во времени и закона изменения вибрации в зависимости от частоты. При определении этих законов основываются на эквивалентности испытаний узко- и широкополосной случайной вибрацией. Такая эквивалентность, например, установлена при испытаниях на усталостную прочность, при которых требуется идентичность распределения максимумов и минимумов нагрузки при узко- и широкополосной вибрации. Идентичность имеет место в том случае, когда средняя частота f изменяется по логарифмическому закону, а среднеквадратичное значение виброускорения пропорционально квадратному корню частоты . Для удобства назначения режима испытаний вводят параметр γ, который называется градиентом ускорения:

где σ y - среднеквадратичное значение виброперегрузки (по ускорению в единицах g = 9,81 м×с 2) при узкополосном возбуждении. Если σ y должно быть пропорционально , то градиент ускорения при испытаниях на узкополосную вибрацию - постоянная величина.

Время испытаний при логарифмическом изменении частоты определяется как

где f y и f m - время проведения испытаний при узко- и широполос-ной вибрации; р - масштабный коэффициент; f в и f и - соответственно высшая и низшая частоты диапазона, в котором производится сканирование. Для воспроизведения условий широкополосной вибрации с равномерной спектральной плотностью S 0 в полосе частот f в и F н (рис. 2.25) градиент ускорения вычисляется по формуле

где к ср - средний коэффициент передачи вибросистемы;

H 0 (p) - ee передаточная функция.

Из выражений (2.52) и (2.53) видно, что режим испытания узкополосной вибрацией определяется коэффициентами р и q. Коэффициент q может изменяться от 1.14 (при простых испытаниях) до 3,3 (при ускоренных испытаниях).

Коэффициент р изменяется соответственно в пределах 0,65 - 0,025.

На рис. 2.25,а показаны спектральные плотности узкополосных и широкополосных вибраций. Наклон штриховой линии (tgα), определяющий скорость нарастания спектральной плотности при изменении средней частоты f, равен квадрату градиента ускорения.

Важной особенностью таких испытаний является возможность автоматического регулирования уровня вибрационных нагрузок (рис. 2.25,6).

Узкополосный случайный процесс с переменной по времени центральной частотой / получается с помощью генератора белого шума и сопровождающего фильтра, центральная частота которого изменяется приводом сканирования частоты (ПСЧ). Скорость вращения ПСЧ регулируется в широких пределах. Среднеквадратичное значение узкополосных вибраций на выходе вибросистемы стабилизируется с помощь*» системы автоматической регулировки усиления (АРУ). Сигнал обратно! связи АРУ поступает с выхода виброметрической аппаратуры (ВА).

Приращению среднеквадратичного значения сигнала, пропорции нальному соответствует в логарифмическом масштабе наклон 3 дБ на октаву. Поэтому на выходе ВА (перед входом АРУ) включается фильтр, имеющий затухание 3 дБ на октаву. Это и обеспечивает постоянство градиента ускорения при сканировании средней частоты.