ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(обязательное)
Расчет относительного демпфирования конструкций при испытании методом свободных колебаний
Б.1 Относительное демпфирование Df , %, конструкций на собственной частоте fk рассчитывают по
■>к формуле
1 Yn
D
(Б.1)
/=^TlnV^100,где Yn и I^+1 — амплитуды двух соседних периодов затухающих колебаний на к-й частоте.
Б.2 В случае, если на колебания одного узла при их записи налагаются колебания другого узла, для возможности провести расчет по настоящему приложению зарегистрированный сигнал предварительно фильтруют полосовыми фильтрами с полосой пропускания от0,5 /^ до2 /^.ПРИЛОЖЕНИЕ В
(рекомендуемое)
Методы индикации резонансов конструкции изделий
Общие положения
Для индикации резонанса конструкции применяют устройства, контролирующие изменение амплитуды колебаний резонирующей части испытуемого изделия (деталей) относительно амплитуд колебаний точек его крепления. По показаниям устройств индикации резонанса определяют резонанс изделия, характеризующийся максимумом амплитуды колебаний резонирующей части изделия и сдвигом фазы колебаний изделия на 90° относительно фазы колебаний точек его крепления. Правильность определения резонанса малогабаритных изделий контролируют также путем «срыва» резонанса прикосновением иглой или аналогичным предметом к детали, резонанс которой определяют.
В качестве устройства индикации резонанса могут быть использованы различные приборы и аппаратура в зависимости от массы и размеров изделия, способа и места его крепления, физических свойств материала изделия.
Индикация резонанса может быть проведена визуально путем непосредственного физиологического восприятия испытателя через его органы чувств (органолептический анализ) или с использованием увеличительных средств (луп, зрительных труб, микроскопов), а также вибропреобразователей или оптических систем, основанных, например, на интерференции света.
Возможна индикация резонанса по увеличению виброшумов изделий.
Метод индикации резонанса конструкции с использованием пьезоэлектрических вибропреобразователей
Метод индикации резонанса с использованием пьезоэлектрических измерительных вибропреобразователей (ИП) обеспечивает достаточную точность, если масса детали изделия, резонанс которой проверяют, не менее чем в10 раз превышает массу ИП, а ее размеры позволяют разместить ИП.
Устройство с использованием ИП, структурная схема которого представлена на рисунке В.1, состоит из двух ИП, катодных повторителей, ламповых вольтметров и осциллографа. В качестве ИП могут быть использованы как любые промышленные измерительные вибропреобразователи, так и элементы, изготовленные из любой пьезокерамики в форме диска, кольца или прямоугольника с посеребренными поверхностями и поляризованные по толщине. Толщина пьезоэлементов от 0,3 до 1,0 мм, диаметр или длина — до 10 мм. Масса таких пьезоэлементов составляет от 2 до 500 мг. К посеребренным поверхностям пьезоэлементов легкоплавким припоем припаивают выводы из многожильного изолированного провода сечением не более 0,07 мм2 и длиной не более 20 мм. Выводы изгибают в виде петли, а их свободные концы припаивают к экранированному проводу, закрепленному на столе вибрационного стенда (далее — вибростенд) или на приспособлении для испытаний. Значения резонансных частот таких ИП составляют более 100 кГц.
Д
1 — осциллограф; 2, 5 — вольтметры; 3, 4— катодные повторители; 6, 9 — пьезоэлектрические вибропреобразователи; 7 — приспособление для испытания; 8 — испытуемое изделие; 10— стол вибростенда
ля согласования высокоомного выхода ИП с низкоомным выходом лампового вольтметра применяют предварительные усилители или катодные повторители, значения входного сопротивления которых более 300 МОм.Рекомендуется применять катодные или истоко- вые повторители, предназначенные для промышленных измерительных вибропреобразователей.
В качестве вольтметров используют вольтметры, имеющие выход усиленного измеряемого сигнала для контроля формы и сравнения его фазы.
Д
Рисунок В.1
ля индикации резонанса наиболее пригодны двухлучевые осциллографы. При этом один луч используется для контроля амплитуды и формы сигнала ИП, установленного на испытуемом изделии, а другой — для наблюдения фигур Лиссажу, образованных сигналами с ИП, установленного на изделии и на столе вибростенда или приспособлении для испытаний (далее — приспособление).Индикацию резонанса при использовании описанного устройства проводят по сигналу с ИП, установленного на испытуемом изделии, и при сравнении его с сигналом с ИП, установленного на столе вибростенда или приспособлении. При плавном изменении частоты колебаний вибростенда и при поддержании постоянства ускорения стола вибростенда или приспособления при резонансе изделия будут наблюдаться увеличение напряжения по показаниям вольтметра и осциллографа на ИП, установленном на изделии, и
поворот эллипса на экране осциллографа. Частота, на которой напряжение на ИП максимально, а эллипс повернут на 90°, равна резонансной частоте изделия.
В качестве ИП, с помощью которого контролируют ускорение на столе вибростенда или приспособлении, возможно использование измерительного вибропреобразователя, с помощью которого устанавливается и автоматически поддерживается ускорение на приспособлении.
При применении систем управления вибрационными установками в качестве напряжения, пропорционального ускорению в точке крепления изделия, рекомендуется использовать напряжение, снимаемое с выхода катодного повторителя, примененного в системе управления вибрационной установки.
При этом резонансные частоты промежуточных звеньев крепления испытуемого изделия должны быть выше резонансной частоты изделия.
Метод индикации резонанса конструкции с использованием пьезоэлектрического детектора
Устройство индикации резонанса с использованием пьезоэлектрического детектора применяют для определения резонансных частот малогабаритных и миниатюрных изделий и их элементов массой до 100 г, при этом в диапазоне частот до 10 кГц используют электродинамический стенд, до 50 кГц и выше — пьезоэлектрический вибратор.
Структурная схема устройства для определения резонансных частот представлена на рисунке В.2. Основным элементом является пьезоэлектрический детектор резонансных частот — элемент, изготовленный из любой пьезокерамики, который, будучи непосредственно связанным с резонирующей деталью, преобразует ее колебания в электрический сигнал. Для определения резонансных частот испытуемое изделие закрепляют на платформе детектора резонансных частот. Крепление испытуемого изделия осуществляют с помощью приспособлений или без них, используя специальную мастику (70 % воска по ГОСТ 21179, 30 % канифоли по ГОСТ 19113).
В
Рисунок В.2
1 — индикатор (осциллограф); 2 — частотомер; 3 — испытуемое изделие; 4 — согласующий держатель; 5 — пьезоэлектрический детектор резонансных частот; 6, 8 — усилитель; 7 — вибратор; 9 — генератор звуковых частот
.3.3 Электрические сигналы от детектора резонансных частот и от задающего генератора, предназначенного для возбуждения вибратора, соответственно поступают на вертикальный и горизонтальный входы осциллографа. При плавном изменении частоты колебаний вибратора и постоянном ускорении вибрации на резонансной частоте изделия на экране осциллографа наблюдается поворот эллипса из-за сдвига фазы сигнала от детектора резонансных частот.В.4 Метод индикации резонанса конструкции с использованием емкостных вибропреобразователей
Устройство индикации резонанса с использованием емкостных вибропреобразователей (ЕВП) применяют при испытании токопроводящих изделий и деталей площадью не менее 30 мм2, если размещение на них пьезоэлектрических вибропреобразователей невозможно.
Структурная схема устройства индикации резонанса с использованием ЕВП представлена на рисунке В.3.
В
Рисунок В.3
1 — конденсатор; 2, 7—вольтметры; 3 — осциллограф; 4 — резистор номинальным сопротивлением 2 — 5 МОм; 5 — батарея элементов; 6 — катодный повторитель; 8 — искусственный электрод; 9 — приспособление для испытания; 10— испытуемое изделие; 11 — пьезоэлектрический вибропреобразователь; 12 — стол вибростенда
указанном устройстве испытуемое изделие является подвижной обкладкой воздушного конденсатора, неподвижной обкладкой которого является искусственный электрод. В качестве искусственного электрода используют пластину из металла, укрепленную на неподвижном держателе и расположенную на расстоянии 1—3 мм от поверхности испытуемого изделия таким образом, чтобы поверхность пластины была перпендикулярна к направлению вибрации. Площадь пластины должна быть не больше площади испытуемого изделия. Пластину укрепляют на неподвижном держателе, защищенном от вибрации корпуса вибростенда с помощью прокладок, воздушных камер и других демпферов.К промежутку испытуемое изделие — искусственный электрод прилагают постоянное напряжение 400— 500 В через постоянный резистор номинальным сопротивлением 2—5 МОм. При вибрации изделия расстояние от него до искусственного электрода меняется, следовательно, меняется емкость промежутка и по цепи источник питания — резистор — воздушный промежуток протекает переменный ток, пропорциональный вибростойкости ис
пытуемого изделия, в результате чего на резисторе образуется падение переменного напряжения, по значению которого можно контролировать изменение амплитуды колебаний испытуемого изделия. Для этого сигнал с резистора подают на ламповый вольтметр и затем на один из входов осциллографа, а на другой подают сигнал с выхода лампового вольтметра, к входу которого подсоединен ИП, установленный на столе вибростенда или приспособлении для испытаний; по сигналу этого ИП поддерживается постоянное ускорение на приспособлении или столе вибростенда. Вольтметр и осциллограф, применяемые в данном устройстве, такие же, как и в устройстве с использованием пьезоэлектрических вибропреобразователей. При увеличении частоты вибрации и поддержании постоянного ускорения на столе вибростенда или приспособлении для испытания изделия вибростойкость стола или приспособления уменьшается пропорционально увеличению частоты и напряжение, развиваемое ЕВП, также уменьшается. С приближением частоты вибрации к резонансной частоте изделия увеличивается напряжение (о чем свидетельствуют показания лампового вольтметра), которое достигает максимума на частоте вибрации, равной резонансной частоте изделия. На этой частоте так же, как и при использовании пьезоэлектрического вибропреобразователя, на экране осциллографа наблюдают поворот эллипса на 90°.
Метод индикации резонанса конструкции с использованием электретных вибропреобразователей
Устройство индикации резонанса с использованием электретных вибропреобразователей (ВП) рекомендуется применять, если испытуемое изделие имеет площадь менее 30 мм2 или выполнено из изоляционного материала и размещение на нем пьезоэлектрического преобразователя невозможно. Применение электретных ВП не требует припайки проводников к изделию (как в устройствах с использованием емкостных вибропреобразователей), размещения на самом изделии, нанесения покрытий или рисок. Электретные ВП практически не ограничены по частоте и могут быть применены при определении резонансных частот как деталей микросхем, так и электродов генераторных ламп.
Для применения электретных ВП требуется обеспечение свободного доступа к испытуемым изделиям или к их деталям.
Электретный ВП так же, как и ЕВП образован неподвижным электродом и испытуемым изделием. Взаимное расположение их одинаково в обоих вибропреобразователях. В электретном ВП в качестве активного элемента используют электрет, плотно прижатый к неподвижному электроду.
Электродом может служит поляризованная конденсаторная пленка из политетрафторэтилена толщиной 30—50 мкм. В результате поляризации на поверхности пленки образуется электрический заряд поверхностной плотностью до 10-8 Кл/см2, который может сохраняться в течение продолжительного времени. При вибрации изделия напряженность поля и индуцированный заряд на неподвижном электроде, а следовательно, и потенциал его изменяются по величине пропорционально виброскорости испытуемого изделия.
С
7 — осциллограф; 2 — частотомер; 3— самописец; 4, 7 — вольтметры; 5,6 — катодные повторители; 8 — электретный вибропреобразователь; 9 — приспособление для испытания; 10 — стол вибростенда; 11 — испытуемое изделие;
12 — пьезоэлектрический вибропреобразователь
труктурная схема устройства с использованием электретного ВП представлена на рисунке В.4. Неподвижный электрод подключен к входу усилителя или лампового вольтметра, выход которого подключен к осциллографу. Частота вибрации, на которой напряжение с электретного ВП, расположенного над испытуемой деталью изделия, имеет максимум, равна резонансной частоте этого изделия (детали).Технология приготовления (поляризации) электретов представляет собой термообработку пленки в постоянном электрическом поле. Для приготовления электретов два слоя пленки размещают в середине воздушного промежутка, образованного хромированными латунными пластинами (электродами), расположенными параллельно друг другу на расстоянии (3,0 ± 0,5) мм.
