Способ виброиспытаний изделий

 

Изобретение относится к вибрационным испытаниям изделий и обеспечивает повышение точности испытаний за счет уменьшения погрешности воспроизведения заданного уровня виброускорения. Йспытания по описываемому способу проводят при постоянном уровне виброускорения , поддерживаемом с помощью обратной связи. Сигнал обратной связи формируют из сигналов виброизмерительных преобразователей (ВИП), устанавливаемых в 4 контрольных точках изделия, равномерно расположенных по окружности. Измеряют мгновенные текущие значения виброускорения вдоль рабочей оси вибростенда и виброусокрения, действующего в плоскости, перпендикулярной этой оси. Рабочие оси ВИП, служащих для измерения виброускорения вдоль рабочей оси, ориентируют в одинаковом направлении. Рабочие оси остальных ВИП ориентируют в одинаковом направлении относительно движения часовой стрелки. Сигнал обратной связи формируют по приведенному соотношению , при использовании которого исключается погрешность, возникающая из-за угловых поперечных и крутильных колебаний подвижной системы вибростенда в случае изменения положения центра жесткости системы. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Я 175332 1 А1 (я)с G 01 М 7/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ---

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4768922/28 (22) 14.12.89 (46) 07;08.92. Бюл. М 29 (71) Научно-исследовательский институт электронных приборов и Новосибирский электротехнический институт . (72) А,В.Волошин и П,И.Остроменский (56) Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справочник. Кн. 2 Под ред. В,В,Клюева. — М.: Машиностроение, 1978, с. 157.

Авторское свидетельство СССР

М 1227962, кл. G 01 М 7/04, (54) СПОСОБ ВИБРОИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к вибрационным испытаниям изделий и обеспечивает повышение точности испытаний эа счет уменьшения погрешности воспроизведения заданного уровня виброускорения. Испытания по описываемому способу проводят при постоянном уровне виброИзобретение относится к испытательной технике, а именно к способам виброиспытаний издел ий, и может найти применение в системах управления преимущественно электродинамическими вибростендами, которые используются при испытаниях аппаратуры и приборов.

Известен способ управления воспрои„зведением вибрации, согласно которому измеряют .усокрение в нескольких контрольных точках испытуемого изделия и с помощью усреднителя (селектора минимума, максимума) эффективных или пиковых ускорения; поддерживаемом с помощью обратной связи. Сигнал обраткой связи формируют из сигналов виброизмерительных преобразователей (ВИП), устанавливаемых в 4 контрольных точках изделия, равномерно расположенных по окружности, Измеряют мгковенные текущие значения виброускорения вдоль рабочей оси вибростенда и виброусокрения, действующего в плоскости, перпендикулярной этой оси. Рабочие оси ВИП, служащих для измерения виброускорекия вдоль рабочей оси, ориентируют в одинаковом направлении. Рабочие оси остальных ВИП ориентируют в одинаковом направлении относительно движения часовой стрелки. Сигнал обратной связи формируют по приведенному соотношению, при использовании которого исключается погрешность, возникающая из-эа угловых поперечных и крутильных колебаний подвижной системы вибростекда в случае изменения положения центра .жесткости системы. 3 ил. мгновенных значений сигналов датчиков формируют один общий сигнал, с помощью которого через канал обратной связи осуществляют регулирование величины вибровозбуждающей силы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ виброиспытаний изделий, по-которому с помощью вибростенда возбуждают колебания испытуемого изделия, измеряют мгновенные текущие значения виброускорения вдоль рабочей оси вибростенда одновременно в четырех контрольных точках иэде1753321 лия, равномерно расположенных по окружности с центром, лежащим на рабочей оси вибростенда, и поддерживают заданный уровень виброускорения с помощью сигнала обратной связи, который формируют из 5 сигналов виброизмерительных преобразователей (ВИП) путем выделения из сигналов каждой пары противолежащих ВИП синфазных составляющих.

Основным недостатком известного спо- .. 10 соба является то, что он не позволяет исключить систематическую погрешность из-за угловых колебаний механической подсистемы вибростенда, Цель изогбретения — повышение точно- 15 сти за счет уменьшения погрешности воспроизведения заданного уровня виброускорения.

Указанная цель достигается тем, что в способе виброиспытаний, заключающемся 20 в том, что с помощью вибростенда возбуждают колебания испытуемого изделия, измеряют мгновенные текущие значения виброускорения вдоль рабочей оси вибростенда в четырех контрольных точках изде- 25 лий, равномерно расположенных по окружности с центром, лежащим на рабочей оси вибростенда, и поддерживают заданный уровень виброускорения с помощью сигнала обратной связи, который формиру- 30 ют из сигналов ВИП, дополнительно введены следующие операции: в каждой контрольной точке (КТ): рабочие оси ВИП, служащих для измерения виброусокрения вдоль рабочей оси, 35 ориентируют в одинаковом направлении; рабочие оси ВИП, служащих для измерения виброусокрений, действующих в плоскости, перпендикулярной рабочей оси вибростенда, ориентируют по касательной 40 к окружности расположения контрольных точек в одинаковом относительно движения часовой стрелки направлении; сигнал обратной связи формуют по соотношению 45 вгв + враг + о.с. вгвгввкз — вкв г где ар1 и арф, арз и ар4 — мгновенные ткущие эначенияесигналов противолежащих ВИП, служащих для измерения виброускорения вдоль рабочей оси; ак1...„ак4 — мгновЕнные текУЩие значения сигналов ВИП, служащих для измерения виброусокрений, действующих в плоскости, перпендикулярной рабочей оси вибростенда, по касательной к окружности расположения контрольиых точек, На фиг.1 показана схема устройства. реализующего заявляемый способ; на фиг.2, 3 — схемы распределения векторов ускорений в контрольных точках.

Генератор 1 электрических колебаний 1 (фиг.1) подключен через автоматический регулятор 2 уровня и усилитель 3 мощности к обмотке катушки 4 подвижной части электродинамического вибростенда, закреплен-ной на упругом подвесе 5. На подвижной части вибростенда закреплен стол 6, на котором крепится испытуемое изделие 13. В четырех равномерно расположенных по ок ружности противолежащих контрольных точках устанавливают четыре двухкомпонентных (или восемь однокомпонентых)

ВИП 7 — 10, электричесие выходы которых подключают через согласующий усилитель

11 к арифметическому устройству 12, с выхода которого сигнал обратной связи поступает на автоматический регулятор 2 уровня.

Арифметическое устройство 12 может быть выполнено на полупроводниковой или микроэлектронной технике, Сущность способа заключается в следующем, При возбуждении колебаний в направлении оси ОУ механическая подсистема "подвижная часть вибростенда 4 + технологический стол 6 + испытуемое изделие 13" будет соверщать сложные пространственные колебания относительно некоторойточки — центра жесткости Оц,ж, Положение точки Оц.ж, (фиг,1, 2) будет непрерывно меняться и зависеть, в основном, от частоты воздействующей вибрации.

Рассмотрим ускорения, действующие в контрольных точках 1 — 4, где установлены

ВИП 7 — 10 (фиг,1), Так как механическая подсистема вибростенда обладает ярко выраженной пространственной неустойчивостью, то под . действием возникающих угловых ускорений

ex, ey, ez относительно осей жесткости Х, Y u 2 в контрольных точках 1 — 4 будут

1 1 действовать касательные ускорения а ", а-, у и а (! = 1,...,4 — номер контрольной точки) и нормальные (центростремительные) ускорения а м", ani" и ап, На фиг.2 х - х ускорения а . и a„ не показаны.

Влиянием нормальных усокрений ввиду их малости по сравнению с касательными ускорениями можно пренебречь, При угловых колебаниях р = p< sin vт механической подсистемы относительно, например, оси

2 . где р> и v- соответственно амплитуда и

1753321 (6) айаг =ехп+еух+ yR; аю = - ех1г — еу х + еу R; (Л (8) Экз = М h + Еу Z + Еу R; а с4 = -Lz h -Еу z + Еу R, = ар —

= ар - 8x R + Gx z — е, х;

= ех " + Еу х 81) 50 (12) частота угловых колебаний, в контрольной точке 1 касательноеускорение а7. = фг, а нормальное ускорение а = уР!г, Тогда (Э йг Макс (,Яз ) 1г )Ъ И $о (а 1 ),.„72 1г 11 тг М где S< — наибольшая дуга поперечного перемещения контрольной точки 1 при угловых колебаниях подвижной части вибростенда относительно оси Z;

I> — расстояние от оси жесткости Z до г контрольной точки 1, Возможные поперечные перемещения подвижных часгей вибросгендов малы, так как обычно принимаются специальные меры по их ограничению, В этом случае S< «

1г, поэтому величиной а г можно пренеб«Ж речь. Аналогично можно показать что можно .пренебречь и всеми другими нормальными ускорениями 4"; ап у и 4 .

При задании программного движения с рабочим ускорением ар, создаваемым электродинамической силой Fa, на выходах

ВИП, рабочие оси которых ориентированы в направлении действия вибрации по оси

ОУ (рабочем направлении вибрации), появятся сигналы, пропорциональные ускорениям.Bp) =Bp — Ег(R +Х)+ЕхZ ар2 .= ар + 8z (R — x ) + Ех z =

Bp3 = 8p + Ex (R + z } — Bz x = эр4 = ар — ех (R — z ) — Ez х = где арг ...., ap4- ускорения в рабочем найравлении в контрольных точках 1 — 4, соответствующих местам установки ВИП 7 — 10 (фиг.1); х и г — переменные значения координат центра жесткости Оц.ж. в проекции на плоскость стола вибростенда XOZ; ех и 6z- угловые ускорения поперечных колебаний относительно осей Х и Z; г

R — радиус окружности. на которой расположены контрольные точки 1 — 4, причем цеитр этой окружности может и не совпэдать с геометрическим центром стола вибростенда.

На выходах ВИП, рабочие оси которых ориентированы в касательном направлении, например против часовой стрелки, появятся сигналы, пропорциональные ускорениям, действующим в плоскости XOZ стола вибростенда где а.г....,а4 — ускорения, действующие в касательном направлений в контрольных

20 точках 1 — 4;

Еу — угловое (крутильное) ускорение, действующее при поворотных колебаниях стола вибростенда о носительно оси У,, npoxopëùeé через центр жесткости Оц,+. и

25 параллельной рабочей оси вибростенда (оси

OY);

h — расстояние от поверхности стола вибростенда до центра жесткости Оц.х .

30 Из (2) — (5) видно, что все четыре сигнала, ориентированных в рабочем направлении

ВИП. Несут в себе одинаковую синфазную ,. составляющую, пропорциональную ускореНИЮ ÇP —

35 путем:сложения и деления на два любой пары сигналов ВИП, установленных в противолежащих контрольных точках 1, 2 (илй

3, 4) А = =ap — еа + х*, (10)

««а 1+а 2

При сравнении (6) и (7), а также (8) и (S) видно, что информацию о положении цент45 ра жесткости Оц.ж. здесь несут уже противофазные составляющие, которые можно выделить, используя операцию вычитания и деления на два с- 2 =Ezh+eyx:

Экз Эк4

Выделяя иэ (11) (12) координаты центра жесткости х и z и подставляя их в (10), получаем формулу для определения чистого сигнала, пропорционального ускорению ар

i 753321 (15) Ва2 — ep1

2R ад +ар2 ао.с.—

2 а \ + ар2

I акЗ вЂ” ак4 (Др2 а аз ар - А — — В+ — С (13)

Ey EV где А, В и С определяются по формулам (10) и (12). 5

Величины угловых ускорений 8х, Ey, Ez определяют следующим образом, Из (4) и (5) путем вычитания и деления на два получают ех 2R арэ - а 4 4„, 10

Аналогично из (2) и (3) находят

Крутильное угловое ускорение еу получают путем сложения и деления на два сигналов ВИП, ориентированных в каса- 20 тельном направлении. Из (6) и (7) находят а«1+ а«2

Подставляя (10) — (12), (14) — (16) в (13), получают формулу (1) для формирования сигнала обратной связи ао.с., пропорционального ускорению ар в рабочем направлении вибрации с исключением помех от 30 угловых колебаний механической подсистемы вибростенда относительно переменного центра жесткости Оц.ж,. (17)

Таким образом, точность воспроизведения вибрации на электродинамических вибростендах может быть существенно повышейа, если формировать сигнал управ- 45 ления по формуле (1) из мгновенных текущих значений сигналов четырех двухком понетных или восьми однокомпонентных

ВИП, установленных в контрольных точках в соответствии с заявляемым способом.

Использование предлагаемого способа виброиспытаний изделий позволит исключить систематическую погрешность в цепи

1 обратной связи иэ-за угловых поперечных и крутильных колебаний механической подсистемы вибростенда при изменяющемся положении центра жесткости, повысив тем самым достоверность виброиспытаний изделий.

Формула изобретения

Способ виброиспытаний изделий, по которому возбуждают с помощью вибростенда колебания испытуемого иэделия, измеряют мгновенные текущие значения виброускорения вдоль рабочей оси вибро- . стенда в четырех контрольных точках изделия, равномерно расположенных по окружности с центром, лежащим на рабочей оси вибростенда, и поддерживают заданный уровень виброусокрения с помощью сигнала обратной связи, который формируют из сигналов виброизмерительных преобразователей(ВИП), отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения погрешности воспроизведения заданного уровня виброускорения, в тех же контрольных точках измеряют также и мгновенные текущие значения виброускорения, действующего в плоскости, перпендикулярной к рабочей оси вибростенда, по касательной к окружности расположения контрольных точек, при этом рабочие оси

ВИП, служащих для измерения виброусокрения вдоль рабочей оси, ориентируют в одинаковом направлении, рабочие оси остальных ВИП ориентируют в одинаковом относительно движения часовой стрелки направлении,.а сигнал ао.с. обратной связи формируют по соотношению где ар1и ар2 арэ и ар4- мгновенные текущие значения сигналов противолежащих ВИП, служащих для измерения виброусокрения вдоль рабочей оси; а«,...,a«4 — мгновенные текущие значения сигналов ВИП, служащих для измерения виброусокрения, действующего в плоскости, перпендикулярной рабочей оси вибростенда, по касательной к окружности расположения контрольных точек.

1753321

1753321 а,, Составитель A,ÂÎÉÎæèè

Техред M. Чоргеитал Корректop. M.Êåðåöìàè

Редактор В.Данко

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101

Заказ 2761 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретеййям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5