allgosts.ru17. МЕТРОЛОГИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ17.160. Вибрации, измерения удара и вибрации

ГОСТ Р 57209-2016 Вибрация. Руководство по выбору вибростендов. Оборудование для определения динамических свойств конструкций

Обозначение:
ГОСТ Р 57209-2016
Наименование:
Вибрация. Руководство по выбору вибростендов. Оборудование для определения динамических свойств конструкций
Статус:
Действует
Дата введения:
10/01/2017
Дата отмены:
-
Заменен на:
-
Код ОКС:
17.160

Текст ГОСТ Р 57209-2016 Вибрация. Руководство по выбору вибростендов. Оборудование для определения динамических свойств конструкций



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ    ГОСТР

стандарт    57209—

российской    2016

ФЕДЕРАЦИИ

Вибрация

РУКОВОДСТВО ПО ВЫБОРУ ВИБРОСТЕНДОВ

Оборудование для определения динамических

свойств конструкций

Издание официальное

Москва

Стенда ртмнформ 2016

ГОСТ Р 57209—2016

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием «Крыловский государственный научный центр» (ФГУП «КГНЦ»), Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АО «НИЦ КД»)

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК183 «Вибрация, удар и контроль технического состояния»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства ло техническому регулированию и метрологии от 2 ноября 2016 г. № 1572-ст

4    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации е Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года} информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и попра-еок— в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя *Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет ()

© Сгандартинформ.2016

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ Р 57209—2016

Содержание

1    Область применения.................................................1

2    Нормативные ссылки..................................................1

3    Термины и определения................................................2

4    Испытания.........................................................2

5    Вибровозбудители....................................................2

6    Рекомендации по выбору................................................5

Приложение А (справочное) Приближенная оценка механических импедансое для объектов некоторых

видов....................................................7

Приложение Б (справочное) Примеры выбора испытательного оборудования...............15

Библиография........................................................17

in

ГОСТ Р 57209—2016

Введение

Задача выбора вибростенда встает каждый раз. когда необходимо провести испытания на еоздей-ствие вибрации для новой продукции или провести эти испытания в режиме, ранее для данной продукции не применявшемся. При этом приходится решать, какому из вариантов отдать предпочтение: приобрести новое испытательное оборудование, модернизировать имеющееся, арендовать оборудование у другой испытательной лаборатории или передать проведение испытаний в полном объеме специализированной лаборатории. В процессе принятия решения следует учитывать ряд факторов:

•    цвльиспытаний [например, определение вибропрочности и{или) виброустойчивости еэаданных условиях окружающей среды (в режиме обычных или ускоренных испытаний); определение динамических характеристик конструкции: диагностирование; калибровка];

-    требования к испытаниям:

*    условия проведения испытаний [например, с возбуждением одного или нескольких типов вибрации; тол ькона вибрацию или всочвтании с другими воздействиями (напри мер, одновременное проведение вибрационных и климатических испытаний)];

-    особенности испытуемого объекта.

Настоящий стандарт распространяется только на оборудование, применяемое в испытаниях с целью определения динамических свойств конструкций разного вида. Установленная стандартом процедура выбора исходит, в первую очередь, из требований к таким испытаниям. Однако пользователь стандарта должен иметь в виду, что на выбор испытательного оборудования может существенно повлиять специфика как условий испытаний, так и испытуемого объекта.

Если испытательное оборудование предполагается использовать в испытаниях разных видов, то это также должно быть учтено при его выборе. Так, еслиоборудованиебудет использовано и в испытаниях на вибропрочность или виброустойчиеость. и в испытаниях для определения динамических свойств конструкций, то при выборе следует вместе с настоящим стандартом руководствоваться рекомендациями ГОСТР ИС010813-1. В настоящемстандартелредлолагается.что выбор оборудования определяется. прежде всего, его способностью возбудить в испытуемой конструкции вибрацию определенного уровня. Чтобы в возбуждаемой вибрации отсутствовали нежелательные составляющие, необходимо использовать соответствующую систему управления испытаниями, однако вопрос выбора системы управления в настоящем стандарте не рассматривается.

Необходимо иметь в виду, что вибростенд (вибровозбудитель) относится ксложным видам оборудования, правильный выбор которого возможен лишь при соответствующей квалификации. В такой ситуации покупатель зачастую вынужден обращаться к помощи третьей стороны. Использование настоящего стандарта может помочь покупателю оценить, насколько обоснованным будет решение по выбору вибростенда, предложенное ему третьей стороной. Кроме того, настоящий стандарт могут использовать проектировщики и изготовители испытательного оборудования, чтобы оценить современные требования рынка данной продукции.

IV

ГОСТ Р 57209—2016

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Вибрация

РУКОВОДСТВО ПО ВЫБОРУ ВИБРОСТЕНДОВ

Оборудование для определения динамических свойств конструкций

Vibration. Guidance for selection of vibration generating machines. Equipment for measurements of dynamic properties of structures

Дата введения — 2017—10—01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает руководство по выбору вибростенда (вибровозбудителя) для проведения испытаний с целью определения частотных характеристик конструкции и степени усиления или ослабления вибрации при ее распространении по конструкции (далее — испытания). Такие испыта* ния могут быть выполнены в натурных или в лабораторных условиях (см. ГОСТ ИСО 7626*1. ГОСТ ИСО 7626-2. ГОСТ ИСО 7626-5 и ГОСТ Р ИС0 10846-1. а также [1|—141).

Процедура выбора основана на возможности развивать требуемую вынуждающую силу одним вибровозбудителем. 8 то же время для возбуждения массивных конструкций, таких как дамбы и мосты, обычно применяют одновременно несколько вибровоэбудителей с соответствующим согласованием фаз возбуждения. В этом случае развиваемая суммарная сила должна быть такой же. как и рассчитанная по 6.4 для единственного вибровозбудителя.

Рекомендации настоящего стандарта могут быть использованы при выборе оборудования для модальных испытаний (определение собственных частот, форм колебаний и коэффициентов демпфирования конструкции), однако такие испытания, как правило, требуют учета большего числа факторов, чем рассмотрено в настоящем стандарте.

Настоящий стандарт распространяется на возбуждение поступательной вибрации. Рекомендации по выбору испытательного оборудования для возбуждения угловой вибрации приведены в [5].

2    Нормативные ссылки

8 настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ ИСО 7626*1 Вибрация и удар. Экспериментальное определение механической подвижности. Основные положения

ГОСТ ИСО 7626*2 Вибрация и удар. Экспериментальное определение механической подеиж* кости. Измерения, использующие одноточечное поступательное возбуждение присоединенным вибро-возбудителем

ГОСТ ИСО 7626-5 Вибрация и удар. Экспериментальное определение механической подвижности. Часть 5. Измерения, использующие ударное возбуждение возбудителем, не прикрепляемым к конструкции

ГОСТ Р ИСО 2041 Вибрация.удариконтрольтехническогосостояния.Терминыиопределения

ГОСТ Р ИСО 10813*1 Вибрация. Руководство по выбору вибростендов. Часть 1. Оборудование для испытаний на воздействие вибрации

ГОСТ Р ИСО 10846*1 Вибрация. Измерения виброакустических передаточных характеристик упругих элементов конструкций в лабораторных условиях. Часть 1. Общие принципы измерений

Иэдвнив официальное

1

ГОСТ Р 57209—2016

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты*, который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных еденную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарте в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дане ссылка, то это положение рекомендуется применятьбеэ учета данного изменения. Еслиссылочный стандарт отменен без замены, то положение. в котором дана ссыпка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3    Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р ИСО 2041. ГОСТ ИСО 7626-1 и ГОСТ Р ИС010846-1.

4    Испытания

4.1    Общие положения

Целью испытаний может быть определение:

•    частотных характеристик объектов (в общем случае — комплексных) в широком диапазоне частот:

- степени ослабления или усиления вибрации лри ее распространении по конструкции;

•    модальных характеристик объектов (собственных частот, форм мод. коэффициентов демпфирования).

Знание динамических характеристик конструкции может быть использовано, например, в целях:

•    проектирования механических систем (зданий, машин, транспортных средств и их частей) с низкими уровнями вибрации:

•    расчетасиствм виброизоляции и оценки эффективности средств, используемых дляослаблвния вибрации.

В данном виде испытаний уровень возбуждения не столь важен, как в испытаниях на воздействие внешних факторов (см. ГОСТР ИС010813-1). при условии сохранения линейности отклика конструкции. Однако этот уровень должен быть достаточным, чтобы отклик конструкции значительно превышал уровень шумового пьедестала на частотах, на которых механический импеданс конструкции достигает своих максимальных значений. В случае конструкций с нелинейным поведением возбуждают вибрацию того же уровня, что наблюдают в реальных условиях ее применения.

При испытаниях в лабораторных условиях испытуемую конструкцию свободно вывешивают или устанавливают на жесткой опоре в зависимости от того, какопределено в соответствующих технических условиях (см., например. ГОСТИСО 7626-2). Возбуждение может быть одноточечным или распределенным по нескольким точкам.

В полевых условиях вибровоэбудитель либо присоединяют, либо не присоединяют к испытуемой конструкции. Как правило, при установке вибровозбудителя необходимо обеспечить высокую жесткость егосоединения с объектом в направлении возбуждения. При этом в поперечном направлении соединение должно быть податливым, допускающим угловые колебания вибровозбудителя.

4.2    Виды возбуждения

ГОСТ ИСО 7626-2 и ГОСТ ИСО 7626-5 устанавливают различные возможные виды возбуждения, которые могутбытьпримененывиспытаниях для определения динамических характеристик конструкций.

В случае линейного поведения испытуемой конструкции можно использовать любой вид возбуждения из установленных ГОСТ ИСО 7626-2 и ГОСТ ИСО 7626-5. В противном случае допускается возбуждение только гармонической вибрации.

5    Вибровозбудители

5.1 Основные типы вибровозбудителей

Вибровоэбудитель представляет собой исполнительное устройство системы воспроизведения вибрации, предназначенное для силового или кинематического возбуждения испытуемого объекта. Параметры такого возбуждения определяются задачами и условиями проведения испытаний.

2

ГОСТ Р 57209—2016

Для испытаний с целью определения динамических характеристик конструкций обычно используют электродинамические, электромагнитные, пьезоэлектрические или магкитострикционные вибровоз* будители. Для эффективного решения проблем воспроизведения вибрации в низкочастотной области может оказаться более предпочтительным использование пневматических, гидравлических или механических вибровозбудителей.

5.2    Основные характеристики вибровозбудителей

Наиболее важными с точки зрения правильного выбора виброаоэбудигеля в целяхего применения для определения динамических свойств конструкций являются следующие характеристики:

- номинальная вынуждающая сила;

•    допустимая статическая нагрузка:

•    номинальный диапазон частот;

•    пределы воспроизведения перемещения, скорости и ускорения;

•    коэффициент гармонических искажений:

•    паразитные колебания е точке передачи возбуждения;

•    резонансные частоты.

Другой важной характеристикой вибровозбудителя является способ его соединения с испытуемой конструкций, требуется ли для установки вибровозбудителя использовать механический упор. Кроме того, для передачи силового возбуждения на конструкцию входной импеданс вибровозбудителя должен быть много меньше входного импеданса испытуемой конструкции вточке возбуждения.

5.3    Особенности вибровоэбудителей разных типов

5.3.1    Электродинамический вибровозбудитель

Электродинамический вибровозбудитель представляет собой устройство для возбуждения колебаний. в котором использован электродинамический принцип преобразования электрической энергии в механическую, основанный на эффекте силового воздействия постоянного магнитного поля на проводник с переменными током. 8 большинстве конструкций электродинамического возбудителя проводнике током выполняется в виде катушки, расположенной в кольцевом зазоре магнитолровода. подмагничива-ние которого осуществляется с помощью обмотки с постоянным током или постоянного магнита.

Условия работы электродинамического возбудителя таковы, что создаваемая им вынуждающая сила пропорциональна току возбуждения. Это свойство электродинамического вибровозбудителя позволяет эффективно использовать его в самом широком диапазоне испытаний.

Другим важным достоинством вибровозбудителя данного типа является его широкополосность (до 15000 Гц) и возможность относительно простого согласования электрического сопротивления с выходным сопротивлением усилителя мощности в рабочем диапазоне частот.

8 большинстве моделей электродинамических вибро возбудителей магнитопровод жестко закреплен в корпусе, а катушка с жестко соединенным с ней вибростолом установлена в корпусе с помощью кераекожестких упругих элементов (мембран).

Основные параметры типового ряда электродинамических вибровозбудителей приведены в ГОСТРИС010813-1.

Установка и крепление электродинамических вибровоэбудителей определяются целью и условиями испытаний. Обычно такие вибровозбудители не могут выдерживать значительные статические нагрузки, поэтому при необходимости создать в ходе испытаний большие статические деформации конструкции применяют специальные разгружающие устройства и установочную арматуру.

5.3.2    Электромагнитный вибровозбудитель

Электромагнитный вибровозбудитель представляет собой устройство для возбуждения колебаний испытуемого объекта, в котором использован электромагнитный принцип преобразования электрической энергии в механическую, основанный на эффекте силового воздействия переменного поля на ферромагнитные тела. Вынуждающая сила изменяется пропорционально квадрату силы тока вобмоткв возбуждения. Для линеаризации процесса магнитный поток в магнитопроеоде вибровозбудителя поляризуют. например, посредством постоянного магнитного поля. Конструктивно электромагнитные вибро-возбудители имеют однотактное или двухтактное (дифференциальное) исполнение. Двухтактное исполнение позволяет добиться более низкого значения коэффициента гармонических искажений.

При подготовке к испытаниям, как правило, приходится принимать во внимание постоянные составляющие силы электромагнитного взаимодействия, а также массу якоря вибровозбудителя, особенно когда объектами испытаний являются легкие и/или упругие конструкции. В этих случаях применяют разгрузочные устройства и элементы компенсации отрицательной жесткости, обусловленной постоянными составляющими электромагнитных сил.

з

ГОСТ Р 57209—2016

К основным достоинствам электромагнитных вибровозбудителей относятся их повышенная эффективностьи надежность, а к недостаткам — значительные нелинейные искажения и ограниченный рабочий диапазон.

5.3.3    Пьезоэлектрический вибровозбудитель

Пьезоэлектрический вибровоэбудитель представляет собой устройство для возбуждения колебаний испытуемого объекта с использованием принципа деформации (изменения размеров) пьезоэлектрических элементов при воздействии на них электрического поля. В направлении силовых линий переменного электрического поля такие деформации могут достигать тысячных долей размеров пьеэоэлемента.

Особенностью пьезоэлектрических вибровоэбудителей является возможность обеспечения кинематического возбуждения тяжелых и сложных механических конструкций в широкой полосе частот (до 15 кГц). К другим преимуществам относится способность работать при высоких статических нагрузках (до 2000 кг/см2), обеспечивая при этом высоконаправленное возбуждение. Недостатки пьезоэлектрического возбудителя связаны с техническими сложностями создания усилителя, способного эффективно передавать широкополосный сигнал на пьезоэлектрическое исполнительное устройство.

5.3.4    Пьезомагнитный вибровозбудитель

Работа пьезомагнитного вибровозбудителя основана на эффекте магнитострикции. заключающемся в деформации (изменении размеров)ферромагнитных материалов при воздействии на них магнитного поля.

Подобно пьезоэлектрическому вибровозбудителю, магнитострикционный вибровозбудитель способен осуществлять кинематическое широкополосное возбуждение (в диапазоне до 1 кГц) сложных и тяжелых конструкций. Кроме того, он допускает использование относительно дешевых усилителей мощности. Недостатком магнитострикцконного виброеоэбудителя является высокое энергопотребление.

5.3.5    Гидравлический вибровозбудитель

Гидравлический вибровоэбудитель представляет собой устройство, в котором возбуждение колебаний испытуемого объекта обеспечивается за счет пульсаций давления жидкости в гидравлическом исполнительном механизме, управляемым сервоклапаном.

Основными достоинствами гидравлических вибровозбудителей являются:

•    высокий уровень создаваемых перемещений (до 200 мм) и вынуждающих сил (до 10 мН):

•    малый уровень поперечных колебаний рабочего органа (вибростола):

•    большая допустимая статическая нагрузка (до нескольких тонн):

•    простота и надежность конструкции.

К недостаткам гидравлических вибровоэбудителей можноотнести:

> повышенный уровень нелинейных искажений в низкочастотной области (до 15 %);

-    относительно узкий частотный диапазон, не превышающий, как правило. 200 Гц.

Технические параметры типичных гидравлических вибровозбудителей приведены в

ГОСТРИС010813-1.

5.3.6    Механический вибровоэбудитель

Механический вибровозбудитель представляет собой устройство, преобразующее механическую энергию привода. По принципу действия механические вибровозбудители делятся на еибровозбудите-ли с принудительным кинематическим и центробежным возбуждением вибрации. Основными достоинствами механических вибровозбудителей являются:

•    высокая эффективность:

•    простота и надежность конструкции.

К основным недостаткам механических вибровоэбудителей относятся:

-    ограниченный рабочий диапазон частот (обычно от 5 до 100 Гц):

-    повышенный уровень нелинейных искажений;

-    отсутствие возможности возбуждения лопигармонической вибрации.

Технические характеристики механических вибровоэбудителей приведены в ГОСТ Р ИС010813-1.

5.3.7    Ударник

Типичный ударник молоткового типа состоит из жесткой массы, к которой с одной стороны может быть прикреплен датчик силы, а с другой — упругая насадка. Возможны варианты, когда датчик силы отсутствует, а на тыльный торец массы прикреплен датчик ускорения. Если основная масса ударника колеблется как жесткое тело, то выходной сигнал акселерометра будет пропорционален силе, приложенной к испытуемому объекту.

ГОСТ Р 57209—2016

Ударник обеспечивает передачу на испытуемый объект усилия до 10s Н в диапазоне частот от 2 до 10000 Гц. Диапазон частот ударного возбуждения можно регулировать с помощью насадок (см. ГОСТ ИСО 7626-5).

Для испытания крупных объектов может использоваться ударник в виде большой массы либо подвешенной на тросах, либо свободно падающей вертикально вниз.

6 Рекомендации по выбору

6.1    Общие положения

Выбор испытательного оборудования определяется, в первую очередь, его функциональными возможностями и практичностью применения в конкретных условиях испытаний, включая требования к размерам, условиям установки, доступу к точкам возбуждения и лр. Кроме того, оборудование должно обеспечить требуемую точностьоценки частотной характеристики испытуемого объекта. Это означает, что оно должно обладать способностью воспроизводить вибрацию достаточного уровня в пределах установленных допусков (по направлению возбуждения, по частотному составу) в диапазоне частот испытаний.

Минимально необходимый уровень возбуждения определяется, в свою очередь, фоновой вибрацией испытуемой конструкции и шумами в измерительной цепи. Возбуждаемая вибрация должна значительно превышать фоновую вибрацию в каждой точке измерений на каждой частоте испытаний, а электрический сигнал с датчика вибрации должен значительно превышать уровень собственных помех измерительного канала.

Если вибровозбудитель способен развивать постоянную силу во всем диапазоне частот испытаний. то требуемая сила будет зависеть от механического импеданса Z{f) возбуждаемой конструкции и минимально необходимой скорости и(0 в диапазоне частот испытаний (см. формулу (1)].

6.2    Процедура выбора

6.2.1    Определяют измерительную задачу (испытуемый объект, какие частотные характеристики и в каком диапазоне частот должны быть получены).

6.2.2    Собирают данные об объекте испытаний и условиях проведения испытаний, включая:

•    тип испытуемого объекта (рамная конструкция, машина, виброиэолятор. фундамент и т. д.);

•    размеры и массу испытуемого объекта;

•    условия испытаний (полевые или в лаборатории, доступ к точкам возбуждения и измерения вибрации. возможные способы установки вибровозбудителя и его согласования с испытуемым объектом и т. д.);

•    уровень фоновой вибрации,

6.2.3    Оценивают и устанавливают ограничения на такие факторы, как направленность возбуждения. поперечные колебания, коэффициент искажений и т.л., которые могут повлиять на результат испытаний.

Примечание — Влияние некоторых факторов можно уменьшить за счет повторных измерений с последующим усреднением. Например, если в технических условиях установлено, что удары молотком по конструкции наносят несколько раз. то этим можно добиться направленности возбуждения а пределах i5‘ от заданного направления. При соблюдении такого ограничения вносимая данным фактором погрешность в результат измерения модуля механического импеданса не превысит 1 %.

6.2.4    Зная уровень фоновой вибрации, рассчитывают минимально необходимые среднеквадратичные значения ускорения ami min(0, скорости Htmt tT,in(0 или перемещения srms min(0. которые должен будет обеспечить выбранный вибровозбудитель.

Примечание 1 — Обычно вибрация, создаваемая вибровоэбудителем. должна в пять-десять раз превышать фоновую вибрацию во всем диапазоне частот испытаний.

Примечание 2 — Если ускорение фоновой вибрации равномерно распределено во всем диапазоне частот испытаний, то минимально необходимые среднеквадратичные значения скорости trfmt mln(/) и перемещения Достигнут своего максимума на нижней границе этого диапазона.

Примечание 3 — Высокий уровень ускорения фоновой вибрации, равномерно распределенной по всему диапазону частот испытаний, не позволяет использовать еибровозбудители. не способные создать значительных перемещений на низких частотах (например, пьезоэлектрического типа).

6.2.5    С помощью физического моделирования, испытаний на прототипах, справочных данных и т. л. получают предварительную грубую оценку механического импеданса Z(0 конструкции в диапазоне

S

ГОСТ Р 57209—2016

частот испытаний. Рекомендации по получению оценки Z(0 для конструкций некоторых видов приводе* ны а приложении А.

6.2.6 Оценивают вибрационную силу Frm% тя(/) го формуле

— vrms,min(0Z(0'    (1)

где vfms min(/) — минимальное среднеквадратичное значение скорости, которую должен обеспечить вибровозбудитель на частоте возбуждения f.

Z{f) — механический импеданс испытуемой конструкции, входной или переходный в зависимости от целей испытаний;

7— частота возбуждения.

Находят частоту возбуждения fmax, на которой Firns min(f) достигает своего максимума Fwax. т. е.

^max “ ^nns.mtn(^nax)’

Если для возбуждения конструкции одновременно используют несколько вибровозбудителей, тогда в совокупности они должны развить ту же силу Fimt min(0, что рассчитана по формуле (1). т. е.

(2)

гдвЯ* тя (/) — сила, развиваемая п-м вибровоэбудителем:

N — число применяемых виброеозбудителей.

6.2.7    Выбирают еибровоэбудитель. удовлетворяющий требованиям:

1)    к условиям испытаний и характеристикам вибровозбудителя по 6.2.1—6.2.3;

2)    к параметрам возбуждения:

- вибрационной силе Ртал на частоте fmax и силе Fm% min(f) во всем диапазоне частот испытаний:

• минимально необходимым среднеквадратичным значениям ускорения aimsfIljn(0. скорости ‘'ггм.спкЛОи перемещения

Примеры выбора вибровоэбудителя в различных измерительных задачах приведены в приложении Б.

6.2.8    Выбирают преобразователь вибрации.

Преобразователь вибрации и устройства согласования выбирают из предположения, что электрическое напряжение на выходе преобразователя Ug min, соответствующее минимально необходимой скорости y|ms т1П(0 в 5—Ю раз превысит внутренние шумы измерительной цели U„. При заданном значении Ug min коэффициент преобразования S(Q преобразователя может быть рассчитан по формуле

(3>

6

ГОСТ Р 57209—2016

Приложение А (справочное)

Приближенная оценка механических импедансов для объектов некоторых видов

А.1 Общие замечаний

В настоящем приложении приведены графики огибающих для механических импедансов типичных объектов некоторых видов. Эти графики построены на основе анализа результатов многочисленных испытаний (см. |5)) так. чтобы кривая огибающей лежала выше реальных частотных характеристик объектов данного вида с некоторым запасом. Таким образом, вид огибающей отличается от вида типичной частотной характеристики. Тем не менее, такая огибающая позволяет получить некоторую оценку Z(/> сверху.

В разделе А.2 рассматриваются огибающие для входных и переходных механических импедансов виброизоляторов. В разделах А.З.А.4 и A.S рассматриваются только входные механические импедвнсы для машин и машинных агрегатов, амортизированных рам и фундаментов соответственно.

Примечание 1 — По самой конструкции изолятор обладает ясно определенными точками входа и выхода (входным и выходным фланцами), которым соответствует некоторая переходная частотная характеристика. В то время как для других конструкций входная и выходная точки заранее неизвестны и должны быть определены в соответствующих технических условиях.

Поведение испытуемых объектов будет разным в разных диапазонах частот испытаний. В области нижних чвстот вид зависимости входного и переходного механических импедансов от частоты /определяется тем. какие силы преобладают в механической системе: упругие или инерционные. В первом случае импеданс будет спадать обратно пропорционально частоте, т. е. по закону 1//. и иметь максимум на нижней границе диапазона чвстот испытаний. Примерами таких механических систем являются виброиэоляторы (см. раздел А.2). амортизированные рамы (см. раздел А.4) и фундаменты (см. раздел A.S). В случае же жестко установленных машин, возбуждаемых через их лапы или общую рамную конструкцию (см. раздел А.З). импеданс 2(0 будет возрастать пропорционапьно частоте /.

На сред нихчвстотах конструкция ведет себя как многомассоаая механическая система с упругими и демпфирующими свойствами. При этом на грвфикевходногомеханическогоимпедвнсвбудутнаблюдвтьсявпвдиныипики. связанные, как правило, с собственными колебаниями механической системы а целом и отдельных ее элементов. Впадинам будут соответствовать резонансы системы, а пикам — антирезонансы. Последние будут определять максимальное значение механического импеданса Z(0 в данной облвсти частот.

Дальнейший рост частоты приводит к тому, что входной импеданс становится зависимым от волновых свойств конструкции в точке возбуждения. Амплитуда колебаний будет зависеть от геометрических характеристик и упругих свойств (модулей упругости) элемента конструкции, непосредственно соединенного с вибро возбудителем. Обычно в случае машин и машинных агрегатов на упругих опорах или жестких папах таким элементом конструкции будет опорная металлическая пластина.

Примечание — На графиках в разделах А.2—А.5 области частот с разным динамическим поведением объекта разделены между собой частотами перехода.

На практике при испытаниях машин и машинных агрегатов достаточно сложно обеспечить граничные условия для измерений импеданса холостого хода, позволяющих сформировать полную матрицу импедансов объекта (см. ГОСТ ИСО 7626-1). Поэтому в разделе А.З рассматриваются импедансы свободно колеблющегося объекта, т. е. импедансы короткого замыкания.

А.2 Виброизоляторы

Максимальные значения входных Z,, (2зг) и переходных *12 (Z2|) механических импедансов виброизоляторов. нагруженных массой т (см. рисунок А.1) могут быть оценены с использованием графика, изображенного на рисунке А.2.

При заданной статической жесткости С изолятора в направлении возбуждения собственная частота его колебаний /0 может быть рассчитана по формуле (А.1):

(А.1)

Тогда частоту перехода /с (см. рисунок А.2) можно определить из таблицы А.1.

7

ГОСТ Р 57209—2016

Примечание — т — масса нагрузки, приходящейся на один виброизолятор.

I — машина (нафухающая касса); 2 — еиброиэолятор Рисунок А.1 — Виброиэолятор. нагруженный массой машины

—-oneiaeoaiwBsav^HhaifcineoaHCoeZ,, (£ц); ■■ ■■-on<Saioaiaaw>paMi3fffcCc иипвдигсягц

Примечание — Огибающая спадает по закону 1.5С/2х7вплоть до частоты перехода/с (см. таблицу А.1). Рисунок А.2 — Огибающие входных и переходных импеденсов еиброиэолятора

Таблица А.1 — Соотношение между собственной частотой колебаний и частотой перехода (см. рисунок А.1) нагруженного изолятора

Г«.Гц

От 2 до S

От 5 до 6

От 7 до 11

От 12до 17

От 18 до 30

Более 30

U. Гц

163

2 S0

315

630

800

1000

А.З Машины и механизмы А.3.1 Общие положения

График типичной огибающей входного импеданса короткого замыкания одиночной машины (см. рисунок А.З} или машинного агрегата в логарифмическом масштабе по обеим осям приведен на рисунке А.4.

8

ГОСТ Р 57209—2016

F — вынуждающая сила: /д — длина корпуса машины. hp — толщина корпуса машины: — радиус корпуса ыашнны. Ipl — длина папы машины, — толщина лапы машины: bpf — ширина лапы ыашнны

РисунокА.З — Схематическое изображение машины

Рисунок А.4 — Типичная огибающая входных импвдансов машины

Оценка сверху механических импвдансов (см. рисунок А.4) для различных диапазонов частот может быть получена по формулам (А.2>—(А.4>:

Z,(0 ■ 2* (т,    (А.2)

7 - *t/i)    (А-3)

2 п

Z4(/>« г.ЗЛ2!'Е*/Ёр .    (А.4)

где f — частота:

т — масса машины или машинного агрегате:

9

ГОСТ Р 57209—2016

ft — толщина опорной пластины в точка возбуждения:

£ — модуль Юнге опорной пластины:

Р — плотность материала опорной пластины:

Л — коэффициент потерь материала плвстины.

График Z3(f) изображен на рисунке А.4 в виде отрезка прямой линии, соединяющего точки Z^f,) и Z4(/2). a Z2 представляет собой значение огибающей не частоте антирезонанса Значения частот перехода и /2 зависят от вида машины и места возбуждения (см. А.Э.2 и А.34).

Примечание — С некоторой степенью идеализации можно считать, что анти резонансу входной частотной характеристики соответствуют резонансные колебания соответствующего элемента механической системы, причем лих антирезонвнсв будет тем выше, чем меньше потерь энергии при возбуждении этих колебаний. Пик 2г внтирезонвнсв соответствует так называемой кольцевой частоте /, оболочки машины.

А.3.2 Одиночные машины

А.3.2.1 возбуждение корпуса механизма

в этом случае частоты перехода ft и f2 могут быть рассчитаны по формулам:

где Ле. гй — толщине и радиус корпуса (оболочки) машины соответственно (см. рисунок А.З).

А З.2.2 возбуждение лапы машины

8 этом случае чвстота антирезонвнсв /, может быть рассчитана по формуле (А.5). в другую частоту перехода f2 определяют по формуле (А.7):

гделр)— толщина пластины лапы (см. рисунок А.З):

bpj— ширина пластины лвлы. т. е. расстояние от внутреннего, закрепленного края ллвсгины до внешнего, свободного края (см. рисунок А.З).

А.3.3 Машинные агрегаты

А.3.3.1 возбуждение через корпус машины

в этом случае ■ min{fm, f4). где tm определяют по формуле (А.З). а /4» 40 Гц. Частоту перехода определяют по формуле (А.6).

А.3.3.2 возбуждение через раму агрегата

в этом случае Г, ■ 40 Гц. а частоту/2 определяют по формуле (А.7). в которую подставляют параметры пластины рамы агрегата.

А.4 Амортизированные рамы

Максимумы входных импедансов нагруженной демпфированной рамы (см. рисунок А.5) могут быть оценены с помощью графика в логарифмическом масштабе по обеим осям, показанного не рисунке А.6.

Огибающая импедансов состоит из четырех отрезков прямых линий, которые соответствуют четырем диапазонам частот, пронумерованным латинскими цифрами от I до IV (см. рисунок А.6). Оценки сверху 2^1 (0. Zjj^tf) и входного импедансе для диапазонов частот I, Пи IV соответственно могут быть рассчитаны по формулам;

(А.5)

(А.в)

(А.7)

10

ГОСТ Р 57209—2016

1 — машина, 2 — рама. 3 — иэолятор. L/, — длина рамы: в/г — ширина рамы: I— расстояние между ребрами жесткости,

Ь(г-~ толщина пластины рамы

Рисунок А.5 — Схематическое изображение нагруженной рамы

11

ГОСТ Р 57209—2016

4'V)

• 2х I'M.

(А.8)

(A.9J

(A.10J

где /— частота;

С — общая статическая жесткость изоляторов;

U — суммарная масса рамы и машины;

ЛЛ — толщина опорной пластины рамы;

Ек— модуль Юга материалы рамы.

Ptt— плотность материала рамы.

Прямые линии Zj.n(0 и    пересекаются с точке, соответствующей собственной частоте f0. а прямая

линия Z*11 1 (O' представляющая собой оценку сверху импеданса в диапазоне частот III. соединяет на рисунке А.6 точки 1 и 2. где точка 1 соответствует Z^Wi). а точка 2соответсгвует Z^1'    Частоты перехода fa. С, и/2 могут быть

рвссчитаны по формулам.

(А.11)

0 2я1| М

/ - 0.6 •» fedlL.

(А.12)

>1

(А.13)

гдеи — безразмерный коэффициент, зависящий от отношения между длиной рамы (.^и ее шириной Btr как показано на рисунке А.7.

J„— момент инерции сечения рамы вдоль оси У (см. рисунок А.5 а}]:

1„ — среднее расстояние между ребрами жесткости рамы (см. рисунок A.S Ь)].

а

V

2,6

2fl

V 2.0 1.6 1Д

1,0 1.1 1,2 U 1А 1,6 1* 1,7 1,6 1,6 2,0 2,1 2Л V*»

Рисунок А.7 — Зависимость коэффициента а от соотношения размеров рамы

-

—1“

—I-

-1-

В окрестности частоты внтирезонансв С, (приблизительно между 0.77, и 1.37, {огибающая лежит выше кривой, определенной формулами (А.9) и (А. 10) и достигает пикового значения Zftma)l(CM. рисунок А.6). которое может быть оценено по формуле

2х/,М 0.15

(А-14)

входной импеданс ненагруженной свободно подвешенной рамы также может быть оценен с помощью огибающей. показанной на рисунке А.6. однако в этом случае собственная частота 70 будет ниже 1 Гц. поэтому на графике будет отсутствовать первый участок кривой, соответствующий диапазону частот I.

12

ГОСТ Р 57209—2016

A.S Фундаментная плита машины

Максимально возможные значения входных импедансое стальной фундаментной плиты, расположенной между жестко установленной машиной и тяжелым неподвижным фундаментом здания или транспортного средства (см. рисунок А.8). можнооценитьс помощью графика а логарифмическом масштабе по обеим осям, изображенного на рисунке А.9.

Огибающую входных импедансое Z(f) на частотах выше 50 Гц можно определить по формуле

1

а} Вид сверху

f — машина; 2 — фундаментная плита: 3 — тяжелый фундамент: 4 — ребро жесткости: / — расстояние между ребрами

жесткости.h — толщина фундаментной плиты

РисунокА.8 — Схематическое изображение нагруженной фундаментной плиты

13

ГОСТ Р 57209—2016

ео

t

Г.ГЦ

Рисунок А.9 — Типичная огибающая входных импедансов фундаментной плиты

где t— частота;

Л — толщина фундаментной плиты;

£ — модуль Юнга материала плиты; р — плотность материала плиты;

/г — частота переходе, которую можно рассчитать по приближенной формуле

где / — среднее расстояние между ребрами жесткости фундаментной плиты (см. рисунок А.в Ь)].

(А.15)

{А.16}

14

ГОСТ Р 57209—2016

Приложение Б (справочное)

Примеры выбора испытательного оборудования

Б.1 Испытания рамной конструкции

Б.1.1 Общие сведения

Испытаний для определения резонансных характеристик опорной конструкции (рамы) судового движителя проводят в натурных условиях с целью отстройки резонансной частоты конструкции от частот, возбуждаемых судовым оборудованием в диапазоне от20до200 Гц. вынуждающую силу прикладывают взаданныхточкахконструкции а разных направлениях возбуждения. Как это часто имеет место в условиях натурных испытаниях, доступ к точкам возбуждения затруднен.

Б.1.2 Особенности объекта испытаний

Испытуемая конструкция имеет следующие характеристики:

•    массарамы.Мд.* 17000кг.

•    общая статическая жесткость изоляторов рамы. Cfr ■ 1,76 - 10*Н/м;

•    толщина фундаментной плиты./>в 0.04 м:

•    среднее расстояние между ребрами жесткости. ■ 0.6 м;

•    момент инерции сечения рамы вдоль оси ее максимального размера. J.A. Jhx 1.31 10~2м4:

•    модуль Юнга материала рамы. Еи * 2.11 -1011 Н/м2;

•    ширина рамы. efr« 1,95 м;

•    длина рамы. L„* 10 м:

- плотность материала рамы рв 7.85 - 103кг/м3.

Известно также, что фоновая вибрация стационарна и равномерно распределена в диапазоне частот от 20 до 200 Гц со среднеквадратичным значением ускорения at • 0.03 м/с2.

6.1.3 выбор вибровозбудителя

Б.1.3.1 Диапазон частот

Диапазон частот испытаний не очень широк и может быть обеспечен всеми типами вибровозбудителей, рассмотренными в разделе 5.

Б.1.3.2 Сопряженнее испытуемой конструкцией

Условия испытаний исключают применение вибровоэбудителей механического и гидравлического типов вследствие их больших размеров, а также сложностей быстрого соединения исполнительного устройства с испытуемой конструкцией, особенно в условиях ограниченного пространства.

Б.1.3.3 Требования к создаваемому перемещению

При среднеквадратичном значении ускорения ее ■ 0.03 м/с2 фоновой вибрации в диапазоне частот от 20 до 200 Гц и разрешении по частоте д/« 1 Гц уровень (среднеквадратичное значение) каждой спектральной составляющей фоновой вибрации составит 2,24 -10*4 м/с2. Чтобы превысить уровень фоновой вибрации на нижней границе диапазона частот в десять раз. необходимо развить ускорение a(mi ■ 0.02236 м/с3. Это соответствует перемещению около 1.4 мкм. что исключает применение вибровозбудителей пьезоэлектрического типа, для которых уровень создаваемого перемещения, как правило, ниже. Кроме того, для эффективной работы пьезоэлектрического вибро-возбудителя требуется жесткий упор, что также трудно реализовать а условиях натурных испытаний.

Б.1.3.4 Требования к вынуждающей силе

Как следует из 8.1.3.3, вибровозбудитель должен обеспечивать ускорение а » 0.02236 м/с2 во всем диапазоне частот испытаний. По формулам (А.11)—(А.13) раздела А.4 могут быть определены частоты перехода:

210 Гц. (где а ■ 2.76. см. рисунок А.7);

ГОСТ Р 57209—2016

Поскольку верхняя границе диапазона частот испытаний (200 Гц) превышает 0.7/,. этот диапазон включает а себя область антирезонанса, где входной импеданс может достигать пикового значения Z,rmat (см. рисунок А.6). Подставляя частоту антирезонанса /, в формулу (А. 14). получаем

_2я/,А4    2* 210-17000

0.15 ’    0.15

Н-с/м.

Таким образом, выбранный вибровозбудитель должен обладать способностью производить силу

Ятм-0.02236-

1

2x200

2п-210-17000

0.15

• 2660.84 а 2661 Н.

B.1.3.S Заключение

Требуемые силы могут развивать вибровозбудители электродинамического и пьезомагнитного типов. Их применение позволяет без затруднений провести подготовку к испытаниям и их выполнение.

Если уровень помех в измерительном канале составляет 10 мкв. то сигнал на выходе акселерометра должен превышать 0.1 мВ. С учетом требования к вибровоэбудителю создавать ускорение am6 * 0.02236 м/с2, коэффициент преобразования акселерометра должен быть не меньше

S(/) > 0.1/0.02236 » 4.47 * 4.5 мВ - с2/м.

Б.2 Испытания резино-металлической опоры

Б.2.1 Общие сведения

Испытания проводят в условиях лаборатории для определения входного и переходного механических импе-дансов холостого хода рези неметаллического амортизаторе а диапазоне чвстот от 5 до 2000 Гц одним из методов, рассмотренных в (11. (2| или (4). Возбуждение подают на входной фланец амортизатора. Ускорение вибрации измеряют на входном и выходном фланцах.

Б.2.2 Особенности объекта испытаний

Испытуемая конструкция и измерительная цепь имеют следующие характеристики:

•    статическая жесткость (предварительная оценка), С ■ 5 -106 Н/м;

•    электрический шум в канале измерения достигает 10 мкВ;

-    коэффициент преобразования акселерометра, S ■ 1 • 10'3 мВ c*/m.

Также известно, что резинометвллический изолятор сохраняет линейное поведение в широком диапазоне амплитуд, и его динамические свойства слабо зависят от приложенной нагрузки. Фоновую вибрацию в условиях лабораторных испытаний можно считать пренебрежимо малой. Это позволяет проводить испытания без предварительного статического нагружения, возбуждая вибрацию относительно низкого уровня. Однако лабораторные испытания, как правило, налагают жесткие ограничения на колебания в направлении, поперечном оси возбуждения.

Б.2.3 выбор вибровозбудителя

Б.2.Э.1 Диапазон частот

возбуждение в заданном диапазоне частот может быть обеспечено электродинамическим или пьезоэлектрическим виброаозбудителем. а также с помощью измерительного молотка.

Б.1.3.2 Дополнительные ограничения

Измерительный молоток не удовлетворяет жестким требованиям к направленности и месту приложения возбуждения. что исключает его из дальнейшего рассмотрения.

Б.2.3.3 Требования к вынуждающей силе

Оценка требуемой силы может быть получена из ускорения наеходе измерительной цепи, котороедолжно превышать шум в цепи в десять раз. При заданном коэффициенте преобразования акселерометра 9 • - 1 Ю*э мВ - с2/м. выходной сигнал акселерометра должен составлять 0.1 м8. что соответствует входному ускорению 0.1 м/с2. Это. в свою очередь, соответствует перемещению около Ю*4 м на нижней границе диапазона частот испытаний (5 Гц). При заданной статической жесткости С - 5 • 10* Н/м для создания такого перемещения потребуется сила около 500 Н.

Б.2.3.4 Заключение

Испытания могут быть выполнены с применением следующего испытательного оборудования:

-    электродинамического вибровоэбудителя. способного развивать силу 500 Н. с мягкой мембраной, подвешиваемого на упругом подвесе над испытуемым изолятором. Такой подвес позволит контролировать поперечные и крутильные колебания подвижного элемента виброизоляторв в заданном широком диапазоне чвстот;

-    пьезоэлектрического вибровозбудителя, помещенного последовательно с испытуемым изолятором между двумя неподвижными ограничивающими поверхностями.

16

ГОСТ Р 57209—2016

Библиография

|1) ГОСТ Р ИСО 10846-2—20Ю вибрация. Измерения вибровкустических передаточных характеристик упругих элементов конструкций а лабораторных условиях. Часть 2. Прямой метод определения динамической жесткости упругих опор для поступательной вибрации

(2)    ГОСТ 31368.3—2008 (ИСО 10846-3:2002) Вибрация. Измерения виброакустических передаточных характеристик упругих элементов конструкций в лабораторных условиях. Часть 3. Косвенный метод определения динамической жесткости упругих опор для поступательной вибрации

(3]    ГОСТ 31368.4—2008 (ИСО 10846-4:2003) Вибрация. Измерения виброакустических передаточных характеристик упругих элементов конструкций в лабораторных условиях. Часть 4. Динамичесхвя жесткость нвопорных упругих элементов конструкций для поступательной вибрации

(4)    ГОСТ Р ИСО 10846-5—2010 вибрация. Измерения виброакустических передаточных характеристик упругих элементов конструкций в лабораторных условиях. Часть 5. Метод входной частотной характеристики для определения переходной динамической жесткости упругих опор в области низких частот для поступательной вибрации

(5]    Попков В.И.. Полков С.8. Колебания механизмов и конструкций. — СПб: Сударыня. 2009. — 490 с.

17

ГОСТ Р 57209—2016

УДК 534.322.3.08:006.354    ОКС 17.160    Т34

Ключевые слова: вибрационные испытания, вибрационная установка, динамические характеристики конструкций, выбор испытательного оборудования

Редактор Н.Г. Кооыяоса Технический редактор 8.Н. Прусакова Корректор М С Кабашова Компьютерная верстка А Н, Зопотарввоо

Сдано в набор 06.11.2016. Подписано в печать 16.12.2016. Формат 60 х 64Гарнитура Ариел.

Уел. леч. п. 2.76 Уч.-изд. п. 2.52. Тираж 61 *м. Эак 3146 Подготовлено на основе электронной версии, предоставленной разработчиком стандарта

Издано и отпечатано во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ», 123995 Москве. Гранатный пер.. 4. «vvw.poslinfo.ru    inf01@90slinfa.1u