Способ определения силы сухого трения в колебательной системе Советский патент 1992 года по МПК G01N19/02 

Изобретение относится к трибологии и технической вибродиэгностике механических колебательных систем с сухим и вязким трением и может быть использовано для количественного Определения составляющих сил трения, подчиняющихся соответственно законам Амонтона-Кулона и Ньютона, и проверке соответствия их этим законам.

Известны способы определения сил трения 1, Эти способы обладают низкой точностью и информативностью,

Известен также принятый в качестве прототипа способ определения силы сухого трения в колебательной системе 2, заключающийся в том. что возбуждают вынужденные колебания системы с определенными массой и жесткостью элементов и регистрируют спектр колебаний, составляющие которого используют при определении силы сухого трения.

Этот способ обладает низкой информативностью, вследствие чего не обеспечивает требуемой точности и не позволяет оценить степень соответствия законам трения Амонтона-Кулона и Ньютона.

Целью изобретения является повышение информативности за счет одновременного определения также и силы вязкого трения.

Эта цель достигается тем. что изменяют значение массы в указанной системе, повторно возбуждают вынужденные колебания системы и регистрируют те же составляющие спектра, что и при первом возбуждении вынужденных колебаний, а значения сил вязкого и сухого трения определяют из выражений:

Кл

1

П (О 7ГП

Vg ff -jg . (Ап - А)Х

Х( , -V/r+02C02Kn2

- , ).

-г-П2Ш2Кп2

сл

с

XI VJ

о

00 Јь О

где Кп, Тп - соответственно коэффициент вязкого и сила сухого трения. АА, Ар - амплитуды n-ой гармоники колебаний в первом

и втором испытаниях, а - -&г, л - частота

глп

возбуждаемых колебаний. / fCs + Са - т

, ., о о п . Л

)Т(с|+СвЛ-тЗД.т ,,с|. Свг, С$ - значения массы и коэффициентов жесткости упругих связей соответственно в первом и втором испытаниях.

На чертеже представлена колебательная система с элементами возбуждения и регистрации колебаний, реализующая спо- соб.

Устройство для реализации способа содержит генератор 1 синусоидальных колебаний, усилитель 2, электродинамический вибростенд 3 с вибростолом 4 (например ВЭДС-200), мягкую линейную пружину 5, колебательную систему 6, представленную в виде массы 7 и элементов 8-10 жесткости, вязкого и сухого трения,вибропреобразователь 11 сдатчиком 12, анализатор 13спект- ра виброперемещений, виброскорости или виброускорения, частотомер 14, встроенный в генератор 1. На массе 7 предусмотрено место для установки дополнительной массы 15 с помощью винтовых или магнит- ных креплений.

Из независимых статических испытаний определяют жесткости Cs и Се упругих элементов , а массу - простым взвешиванием. После чего возбуждают гармонические колебания вибростола с фиксированной частотой ми регистрируют амплитуды колебаний An на высших гармониках: третьей, пятой и т.п. Затем изменяют величину массы m и снова возбуждают колебания вибро- стола с той же частотой о) и регистрируют амплитуды колебаний Ап тех же высших гармоник.

Точное выражение для виброперемещений x(t) массы данной колебательной си- стемы в виде ряда Фурье имеет вид

2 Т ехр ( п(О )

хю-2(рп+)2 2(1) С +J К паУ-т п О)

n 2s- 1 (s 0, ±1, ±2± оо),

Pn |c5XoexpOny)(n ±1).

где т - время, Хо. у - амплитуда и фаза виброперемещений стола, С Сб + Сз, амплитуды высших гармоник ( п ±1) равны

АП 2Т1

л:п

(С-тп2ю2)2+п2а 2К2

(п 3,5,7...}.

(2)

V t

Поэтому имея значения Ап, С, т для первого испытания и An . С ( второго испытания, удовлетворяющих выражению (2), после их деления находим

Кп- а -р-О)

1-а2

где

а ,0-(С5 + С8 -mW)2,

А й

Р (С# + Св - mV ftf)2, а после вычитания

Тп(Ап -Ап)Х

1

У( , --

V +n2w2Kn2

.).

Таким образом значения К и Т определяются независимо по каждой гармонике, их сравнение показывает соответствие сил законам сухого и вязкого трения. При этом уточняется расчетная схема, исключается необходимость контроля уровня колебаний стола.

Описанное существенно повышает информативность способа и обеспечивает свя- занные с этим повышение точности и расширение функциональных возможностей вплоть до применения к системам с предварительным натягом упругих элементов.

Формула изобретения

Способ определения силы сухого трения в колебательной системе, заключающийся в том, что возбуждают вынужденные колебания системы с определенной массой и жесткостью элементов и регистрируют спектр колебаний, составляющие которого используют при определении силы сухого трения, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности за счет одновременного определения также и силы вязкого трения, изменяют значение массы в указанной системе, повторно возбуждают вынужденные колебания системы и регистрируют те же составляющие спектра, что и при первом возбуждении вынужденных колебаний, а значения сил сухого и вязкого трения определяют из выражений

55

V/ +n2w2Kn2

где Кп, Tn соответственно коэффициент вязкого и сила сухого трения;

An , An - амплитуды л-й гармоники колебаний в первом и втором испытаниях;

я-

--/ЗГ

а) - частота возбуждаемых колебаний; /Г(С5 +Ca -m n2ft/f:

0(C|+CЈ,-rnV)2;

m , m Св, Cs , C , значения массы и коэффициентов жесткости упругих связей, соответственно в первом и во rTof ом испы- таниях.

Изобретение относится к вибродиагностике и может быть использовано для определения сил сухого и вязкого трения. Цель изобретения - повышение информативности контроля за счет поочередного возбуждения вынужденных колебаний в системе с изменяющейся массой. При этом регистрируют гармоники колебаний системы и по их амплитудам и частотам по заранее выявленным математическим зависимостям определяют силы трения. 1 ил.

Ю

У///////////,

JU

3 12