Способ виброиспытаний изделий Советский патент 1992 года по МПК G01M7/04 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам виброиспытаний изделий, и может найти применение в системах управления преимущественно электродинамическими вибростендами, которые используются при испытаниях аппаратуры и приборов.

Известен способ управления воспрои,- эведением вибрации, согласно которому из- меряют усокрение в нескольких контрольных точках испытуемого изделия и с помощью усреднителя (селектора минимума, максимума) эффективных или пиковых

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 изде01

ы ы ю

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 сигналов виброизмерительных преобразователей (ВИП) путем выделения из сигналов каждой пары противолежащих ВИП синфазных составляющих.

Основным недостатком известного способа является то, что он не позволяет исключить систематическую погрешность из-за угловых колебаний механической подсистемы вибростенда.

Цель изогбретения - повышение точности за счет уменьшения погрешности воспроизведения заданного уровня виброускорения.

Указанная цель достигается тем, что в способе виброиспытаний, заключающемся в том, что с помощью вибростенда возбуждают колебания испытуемого изделия, измеряют мгновенные текущие значения виброускорения вдоль рабочей оси вибростенда в четырех контрольных точках изде- лий, равномерно расположенных по окружности с центром, лежащим на рабочей оси вибростенда, и поддерживают заданный уровень виброускорения с помощью сигнала обратной связи, который формируют из сигналов ВИП, дополнительно введе- ны следующие операции: в каждой контрольной точке (КТ):

рабочие оси ВИП, служащих для измерения виброусокрения вдоль рабочей оси. ориентируют в одинаковом направлении;

рабочие оси ВИП, служащих для измерения вйброусокрений, действующих в плоскости, перпендикулярной рабочей оси вибростенда, ориентируют по касательной к окружности расположения контрольных точек в одинаковом относительно движения часовой стрелки направлении;

сигнал обратной связи формуют по соотношению

ао

ар1 +ар2 ,

.С.г,Т

+

( 1р2-ар2 )(ак1 -ак2 ) - ( арз - ар4) ( акЗ - ак4 )

2(а к1 +ак2)

0)

где api и ар2, арз и ар4 - мгновенные ткущие значения сигналов противолежащих ВИП, Служащих для измерения виброускорения вдоль рабочей оси;

Эк1,.... э«4 - мгновенные текущие значения сигналов ВИП, служащих для измерения вйброусокрений, действующих в

плоскости, перпендикулярной рабочей оси вибростенда, по касательной к окружности расположения контрольных 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, закрепленной на упругом подвесе 5. На подвижной части вибростенда закреплен сюл б, на котором крепится испытуемое изделие 13. В четырех равномерно расположенных по ок: ружности противолежащих контрольных точках устанавливают четыре двухкомпо- нентных (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 совершать сложные пространственные колебания относительно некоторой точки - 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 ех , еу , Ј2 относительно осей жесткости X1, Y и Z в контрольных точках 1 - 4 будут действовать касательные ускорения ,

(I 1,.,.,4 - номер контрольной точки) и нормальные (центростремительные) ускорения , аыу и аы2. На фиг.2 ускорения а ix и anix не показаны.

Влиянием нормальныхусокрений ввиду

их малости по сравнению с касательными

ускорениями можно пренебречь. При угло; вых колебаниях р р0 sin v механической

подсистемы относительно, например, оси

Z , где фо и V- соответственно амплитуда и

частота угловых колебаний, в контрольной точке 1 касательноеускфение af fAi, a

нормальное ускорение аы $. Тогда ( Э п1 )макс (ffoV)2h ffoH So

(a 1z)™x 0bV2h и ТГ

0)

где So - наибольшая дуга поперечного перемещения контрольной точки 1 при угловых колебаниях подвижной части вибростенда относительно оси Z1;

И - расстояние от оси жесткости Z1 до контрольной точки 1,

Возможные поперечные перемещения подвижных частей еибросгендоа малы, так как обычно принимаются специальные меры по их ограничению. 8 этом случае So « И, поэтому величиной можно пренебречь. Аналогично можно показать, что можно .пренебречь и всеми другими нормальными ускорениями tr/; SnF и alii2.

При задании программного движения с рабочим ускорением ар, создаваемым электродинамической силой Рэ, на выходах ВИП, рабочие оси которых ориентированы в направлении действия вибрации по оси ОУ (рабочем направлении вибрации), появятся сигналы, пропорциональные ускорениям

ар1 ар - Јz ( R + х ) + Јк г

- ар - Ег R - Јz x Јх z ; ар2 ар + Јz ( R - х ) + Јх г ар + Јz R - Јi х 4- Јх z ;

арз ар + Јх ( R + z ) - Јz x ap + EX R + EX z - Јz x ;

ap4 ap - EX ( R - z) - ЈZ x ap - EX R + EX z - Јz x;

где apiард - ускорения в рабочем направлении 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;

Јх и Јz- угловые ускорения поперечных колебаний относительно осей X и Z ;

R - радиус окружности, на которой расположены контрольные точки 1-4, причем центр этой окружности может и не совпа

дать 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

ak 1 Јxh + Eyx + eyR;(6)

aic2 - Јxh -ey x + Јy R;(7)

8k3 Јz h + Јy z + Ey R;(8)

аи -cz h -Јy 2 + Јy R,(9)

где aki....,ak4 - ускорения, действующие в касательном направлении в контрольных точках 1-4;

Ју - угловое (крутильное) ускорение,

действующее при поворотных колебаниях

стола вибрсоенда относительно оси Y ,

проходящей через центр жесткости Оц ж. и

параллельной рабочей оси вибростенда (оси

OY);

h - расстояние от поверхности Ьтола вибростенда до центра жесткости Оц.ж.

Из (2)- (5) Јмдио, что все четыре сигнала, ориентированных в рабочем направлении ВИП, несут з себе одинаковую синфазную составляющую, пропорциональную ускорению ар Јz х +Јх z, которую можно пыделить

путем сложения и деления на два любой пары сигналов ЗИП, установленных в противолежащих контрольных точках 1, 2 (или 3,4)

. ар1 Ч-ар2.,„пч

А-.Р -E- ap-ЈzX +Јxz, (10)

При сравнении (6) и (7), а также (8) и (9) видно, что информацию о положении цент- ра жесткости Оц.ж. здесь несут уже противо- фазные составляющие, которые можно выделить, используя операцию вычитания и деления на два

В

Эк1 Зк2 „ ц , - „ .

2 Јх п + Ју х;

акЭГ1Эк4 я--1Јг П т Ју X ,

Јн)

(12)

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

ap

СуЈу

(13)

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

Величины угловых ускорений ех , Ју , Јz определяют следующим образом. Из (4) и (5) путем вычитания и деления на два получают

-арз

ар4

2R

(14)

Аналогично из (2) и (3) находят

Јz

ap2-apt 2R

(15)

Крутильное угловое ускорение Ју получают путем сложения и деления на два сиг- налов ВИП, ориентированных в «аса- 20 тельном направлении. Из (6) и (7) находят

Јv

3x1 + Эк2

2R

(16)

Подставляя (10) - (12), (14) - (16) в (13), получают формулу (1) для формирования сигнала обратной связи а0 с, пропорционального ускорению в рабочем направлении вибрации с исключением помех от угловых колебаний механической подсистемы Еибростенда относительно переменного центра жесткости Оц.ж:

ао с.

ар1 +ар2 , 2

, (lp2-aрЗ ) (aid - а«2 )- (арЗ ар4) (акЗ -ак4 ) 2(аК1 + аК2)

(17)

Таким образом, точность воспроизведения ви&рации на электродинамических вибростендах может быть существенно повышена, если формировать сигнал управления 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

0

5

0

5

0

5

обратной связи из-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 изделия, измеряют мгновенные текущие значения виброускорения вдоль рабочей оси вибростенда 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), от л ичающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения погрешности воспроизведения заданного уровня виброускорения, втех 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

So С

ар1 +ар2 +

40

+

( 1р2 - ар2 ) ( аК1 - ак2 ) - ( арЗ - ар4) ( акЗ - аК4 ) 2(аК1 + ак2)

где api и ар2, арз и ар4 - мгновенные текущие значения сигналов противолежащих ВИП, служащих для измерения виброусокрения вдоль рабочей оси;

аК1а«4 - мгновенные текущие значения сигналов ВИП, служащих для измерения виброусокрения, действующего в плоскости, перпендикулярной рабочей оси вибростенда, по касательной к окружности расположения контрольных точек.

Шг1

Изобретение относится к вибрационным испытаниям изделий и обеспечивает повышение точности испытаний за счет уменьшения погрешности воспроизведения заданного уровня виброускорения. Йс- пытания 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.

«,(Н ji-4.

a

%Ј,{&

Hi

a Mt ,2

аг

i«t-.j