страница - 55
Акустический преобразователь представляет собой стержень из магаитострикционного материала (например, никеля), на конце которого укреплен индентор в виде алмазной призмы. На стержень надета катушка индуктивности, возбуждающая в преобразователе продольные упругие колебания частотой 30 - 40 кГц. Стержень с индентором прижимают к контролируемому изделию с постоянной силой. При этом индентор внедряется в поверхность изделия тем глубже, чем меньше твердость его материала. Площадь зоны соприкосновения индентора с изделием с уменьшением твердости растет, а модуль упругого сопротивления увеличивается.
Изменение импеданса определяют по изменению собственной частоты нагруженного преобразователя, используемого в качестве колебательной системы автогенератора. Частоту последнего измеряют частотомером. Шкалу индикатора градуируют в единицах твердости по Роквеллу.
В отличие от обычных методов измерения твердости индентор прижимается к изделию с небольшой (4 - 6 Н) силой и внедряется в материал на глубину в несколько микрон, в связи с чем акустический импедансный способ максимально приближается к способу определения микротвердости.
2.3.8. ИСПЫТАНИЯ НА ВИБРАЦИЮ
2.3.8.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
В зависимости от целей испытания различают испытания на вибропрочность и виброустойчивость. Испытания изделия на вибропрочность - это проверка способности изделия противостоять разрушающему влиянию вибрационных воздействий и нормально функционировать после прекращения воздействий. Целью испытании изделия на виброустойчивость является установление способности изделия выполнять свои функции и сохранять свои основные параметры при вибрационных воздействиях в пределах, указанных в нормативных документах на изделие. Испытания, как правило, проводят в лабораторных условиях на специальных установках.
Основные требования к испытаниям различных изделий и средствам испытаний сформулированы в рекомендациях МЭК и государственных стандартах.
В общем виде эти требования можно свести к следующим:
1)возможность проведения испьгганий на гармоническую (синусоидальную и полигармоническую), случайную (узкополосную и широкополосную) и смешанную (гармоническую и случайную) вибрацию;
2)обеспечение воспроизводимости результатов испьгганий, исключающей неоднозначность заключения;
3)возможность учета особенностей характеристик испытуемого изделия и способов его крепления;
4)простота и удобство в управлении заданным испытательным режимом; возможность ручного и автоматического управления;
5)обеспечение воспроизведения и измерения параметров вибрации в диапазоне частот 0-10 кГц, ускорений до 1000 м/с2, перемещений от 0,1 мкм до 1 м, спектральной плотности ускорения до 1,0 g 2/Тц;
6)обеспечение точности измерения частоты < 50 Гц ± (1 - 2) Гц и > 50 Гц ± (2 - 3)%; перемещения ± (10 - 20) %; ускорения ± (10 -20) %; спектральной плотности ускорения -± (1,5 - 3,0) дБ;
7)обеспечение точности (0,5 - 2 дБ) поддержания ускорения (перемещения) постоянным при динамическом диапазоне регулирования 10 - 60 дБ.
Используют три вида испытаний изделий на воздействие вибрации: стендовые, полунатурные и натурные.
Стендовые или лабораторные вибрационные испытания осуществляют на вибростендах, которые приближенно воспроизводят реальные динамические нагрузки, действующие на изделия. При таких испытаниях проверяют качество изготовления и долговечность изделия.
Стендовые испытания должны проводиться при динамических нагрузках, соответствующих реальным условиям эксплуатации изделия. Если таких нет, то при стендовых испытаниях принимают ориентировочные, несколько повышенные нормы нагрузок, которые определят по прототипам, исходя из условий эксплуатации изделия.
Например, радиоэлектронное изделие, которое должно эксплуатироваться при вибрационных нагрузках, должно выдерживать воздействие вибрации с амплитудой ускорений до 200 м/с2 в диапазоне частот 5 - 5000 Гц.
Порядок проведения лабораторных вибрационных испытаний следующий: сначала определяют резонансы в заданном диапазоне частот и испытывают на вибропрочность на фиксированных частотах ( контрольные испытания), затем изделие испытывают на вибропрочность в диапазоне частот и затем на виброустойчивость.
После конструктивной доработки изделие вновь подвергают вибрационным испытаниям. При определении резонансных частот изделие подвергают воздействию гармонической вибрации при пониженных ускорениях, как правило, не превышающих 20 м/с2 в диапазоне частот 10 - 150 Гц. Резонансные частоты регистрируют и строят спектральный график. Затем назначают одну или несколько нерезонансных частот, при которых проводят контрольные испытания изделия на воздействие ускорения при различной длительности испытания.
Испытания на одной частоте предусматривают выявление производственных дефектов изготовления изделия, поэтому при контрольных испытаниях его не следует испытывать на резонансной частоте. Если испытания проводились на резонансной частоте, то в случае обнаружения какого-либо дефекта трудно установить причину разрушения, так как при длительных испытаниях разрушение может быть вызвано Действием резонансных эффектов, а не дефектом изготовления изделия. Поэтому испытания рекомендуется начинать с определения резонансных частот при пониженных воздействующих ускорениях гармонической вибрации.
При испытаниях на вибропрочность в диапазоне частот изделие Подвергается воздействию гармонической вибрации с плавной разверткой частоты, а также широкополосной, узкополосной или смешанной вибрации.
Общее время испытаний разделяют на равные промежутки, в течение которых осуществляют испытания на каждой выбранной частоте. Во время испытаний на виброустойчивость в диапазоне частот изделие и его отдельные элементы периодически проверяют на отсутствие механических повреждений.
Испытания на виброустойчивость проводят при включенном изделии подключенными измерительными приборами, с помощью которых контролируют работоспособность и измеряют параметры изделия при воздействии на него вибрации.
Наиболее адекватными являются натурные испытания изделия, однако их организация наиболее сложна и дорогостояща.
Из-за сложности возмущающих колебаний возникают также трудности анализа вибрации и выявления причин, вызывающих поломки и нарушения в работе изделия.
Применяют также полунатурные испытания, используя магнитофонные записи натурных испытаний на объекте, а также данные, переданные по каналам телеметрии, для дальнейшего воспроизведения этих условий при стендовых испытаниях.
2.3.8.2. МЕТОДЫ ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ
Основными методами виброиспытаний являются методы фиксированной и качающейся частоты, полигармонического возбуждения, узкополосного и широкополосного случайного возбуждения, смешанной вибрации (синусоидальной и случайной), многокомпонентной вибрации и многоканального возбуждения вибрации.
Методы испытаний на воздействие гармонической вибрации
Метод фиксированных частот позволяет выявить резонансы изделия, механические дефекты и ухудшение заданных характеристик на стадии разработки и выпуска изделия.
Сущность метода заключается в последо-вательнбм воздействии механических колебаний определенной частоты и амплитуды на испытуемое изделие в требуемом диапазоне частот. Частоту и амплитуду регулируют вручную. Испытание выполняют в три этапа:
1)первоначально выявляют резонансы изделия;
2)испьггывают его на вибропрочность;
3)окончательно выявляют резонансы. Перед началом и в конце испытаний
проверяют основные параметры изделия. При определении резонансных частот плавно изменяют частоту вибрации от низшего значения до высшего и обратно с заданной амплитудой. При этом регистрируют механические резонансы и нестабильность технических характеристик изделия, т.е. проверяют виброустойчивость.
Испытания на вибропрочность проводят на выявленных резонансных частотах или на конкретных частотах (если не удалось определить резонансные частоты) с заданными амплитудой колебаний и продолжительностью. После испытаний на вибропрочность проверяют рабочие характеристики изделия и проводят испытания, аналогичные испытаниям, проводимым по первому этапу. Результаты проверки по первому и третьему этапам сравнивают.
Метод имеет ряд существенных недостатков, основными из которых являются следующие:
1)сложность контроля амплитуды и частоты колебаний и их регулировки вручную из-за значительной неравномерности амплитудно-частотной характеристики тракта виброиспытательной системы с изделием при испытаниях в широком диапазоне частот;
2)невозможность выявления неявных ре-зонансов изделия, в результате чего изделие может быть недоиспытано при испытании на вибропрочность;
3)возбуждение различных резонансов в изделии. происходит последовательно, а не одновременно, как в реальных условиях;
4)допущение ошибки от неэквивалентности реакции изделия на синусоидальную и случайную вибрацию.
Метод качающей частоты или метод плавной развертки частоты является более совершенным методом вибрационных испытаний. Он позволяет автоматизировать процедуру испытаний и проводить их на всех частотах в заданном диапазоне частот.
Сущность этого метода заключается в циклическом прохождении заданного диапазона частот от нижней частоты до верхней и обратно при постоянстве заданных параметров вибрации в течении определенного времени.
Испытания методом качающейся частоты обычно проводят при замкнутой системе управления и постоянном уровне ускорения, скорости или перемещения рабочего стола вибратора. При этом иногда такие испытания сначала проводят при постоянном уровне перемещения на низких частотах, а затем при постоянном уровне ускорения на более высоких частотах. Частота перехода от режима вибрации при постоянном перемещении к режиму вибрации при постоянном ускорении зависит от условий эксплуатации изделия и обычно находится в диапазоне 10 - 500 Гц.
Метод управления режимом испытаний с компенсацией влияния импеданса. При испытании изделий методом качающейся частоты не учитывают влияния механических импедансов испытуемого изделия и подвижной части вибратора. При этом предполагают, что импеданс изделия нулевой или импеданс основания бесконечно большой, поэтому испытуемое изделие не оказывает никакого влияния на источник возбуждения. В действительности при эксплуатации изделия и его испытании в лабораторных условиях импедансы имеют конечные значения.
А*А0Sincot
г
С целью приближения условий испьгганий к реальным и учета взаимного влияния импедансов заданным режимом испытания управляют не по ускорению (скорости, перемещению), а по ускорению и силе. В качестве примера рассмотрим модель испытания изделия, представляющего собой двухмассовую систему (рис. 2.3.23. Здесь М\ - масса подвижной части возбудителя; М2 - масса изделия; к - жесткость соединения масс; Р - коэффициент демпфирования).
Пусть Afj = М2\ критический коэффициент относительного демпфирования Р/Ркр =0,05; добротность системы Q =10;
вынуждающая сила
F = FQ sin (со t + ф)
приложена к массе М\.
Для этой системы на рис. 2.3.24 приведены кривые зависимостей импеданса Z и кажущегося веса W (W + W2 - действительный вес системы) от частоты.
На рис. 2.3.25, а изображены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) для масс М\ и М2 при постоянном входном ускорении
а = А$ sin о) /,
приложенном к массе М\; на рис. 2.3.25, б дана зависимость силы F$ от частоты, необходимой для возбуждения постоянной амплитуды ускорения массы М\. На рис. 2.3.26, а и б приведены АЧХ для масс М\ и М2 при постоянном входном усилии Fq. Здесь
1 к
/2 =
2к\
к{Мх +Л/2)
мгм2
Рис. 2.3.23. Схема нспытання двухмассовой системы
Импеданс Z и кажущийся вес W имеют пик на частоте f\ и провал на частоте f2. В соответствии с этим при управлении по входному ускорению (а = const) для поддержания
постоянного ускорения массы М\ (основания) необходимо приложить в 10 раз (Q =10) большие усилия на частоте f\> что приведет к пропорциональному увеличению ускорения массы М2 и, следовательно, к переиспытанию изделия. При управлении по усилию (Fq = const) на частоте f\ ускорение массы
М\ небольшое (антирезонанс) - недоиспыта-ние, а на частоте f2 ускорение масс М\ и М2 -большое (переиспытание).
содержание:
[стр.Введение] [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] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]