Виброиспытательная система

Для того, чтобы правильно подобрать состав виброиспытательной системы, соответствующей поставленным задачам, необходимо иметь общее представление о виброиспытаниях, предельных эксплуатационных параметрах системы и знать соотношение между основными вибропараметрами.

Итак, по каким параметрам следует подбирать нужный вибростенд?

Для начала давайте разберемся как взаимосвязана толкающая сила при синусоидальной или случайной вибрации с виброускорением.

Максимальное ускорение зависит от толкающей силы и массы испытуемого изделия. Тут всё рассчитывается просто по второму закону Ньютона.

F = m * a

Заявленное в паспорте вибростенда значение максимального ускорения достигается только на пустом столе, когда вибростенд толкает только массу стола. При нагружении вибростенда максимальное ускорение следует рассчитать по следующей формуле:

a = F / (m0 + M + m)

где m0 – масса подвижной части вибростенда, m – масса оснастки, M – масса испытуемого изделия. Суммарная масса оснастки и изделия не должна превышать заявленной в характеристиках вибростенда, иначе можно очень быстро сломать подвеску вибростенда и не получить гарантийного обслуживания.

При нагружении в горизонтальном направлении сила противодействия будет раскачивать вибростенд. Поэтому необходимо позаботиться о надёжном креплении вибростенда или приобрести у изготовителя стол скольжения, если такой предусмотрен для выбранной модели.

Для понимания предельных характеристик вибростенда в комплекте к эксплуатационной документации имеется график производительности вибростенда. В качестве примера приведем производительность системы TV 52120:

Нередко неопытные пользователи обращаются к нам со следующими вопросами:

В характеристиках вибростенда для синусоидальной вибрации даются: частота, амплитуда и ускорение, но ведь ускорение однозначно определяется первыми двумя величинами… Подскажите, какие параметры являются первичными в системе управления вибростендом при синусоидальной вибрации? Так скажем, если выставляем ускорение и частоту, то амплитуда уже подпирается под них автоматически? Правильно я понимаю, что при нагрузках вибростенда TV 51120 до 3 кг ускорение до 89 g будет обеспечено во всем диапазоне частот заявленных частот 2…7000 Гц?

Как уже было отмечено первичной характеристикой является толкающая сила. Она определяет максимальное ускорение вибростенда. Для безусловного проведения всех испытаний необходимо определить максимальное ускорение по профилю и максимальный вес испытуемых изделий. Если такой вибростенд оказывается неприемлемым, то толкающую силу придётся считать для каждого профиля испытаний и искать компромисс. Амплитуда перемещения определяется конструкцией вибростенда (за отдельную плату изготовитель может увеличить ход вибростенда). Частотный диапазон тоже определяется конструкцией вибростенда и чем вибростенд больше, тем меньше его верхний передел по частоте. Нижний предел по частоте определяется усилителем.

89 g вы не сможете получить на частоте 2 Гц, уж очень большое должно быть в этом случае перемещение (более 5 метров), а вот на частоте 42 Гц перемещение будет всего 12,5 мм.

См. также статью на сайте Взаимосвязь ускорения, скорости и перемещения при синусоидальной вибрации.

А что делать в случае, если требуется подобрать ситему для провевение испытаний на воздействие ударных нагрузок, а в характеристиках выбранного вибростенда не заявлено максимальное ударное ускорение?

Каково соотношение ударного ускорения и синусоидального, как применять 2 закон Ньютона, если нет корреляции между заявленными столкающей силой 200 Н и максимальным ускорением 89 м/с², например для вибростенда TV 51120? Или она есть 200=89×[масса подвеса]? Но что тогда значит эффективная движущая масса 0,23 кг?

Соотношение максимального ускорения для синусоидального сигнала и для ударного импульса определяется конструкцией вибростенда и может лежать в диапазоне от 20% до 300%. Если производитель вибростенда не указал явно ускорение или толкающую силу для ударных испытаний, то можно брать соответствующие величины для синусоидальных испытаний.

Эффективная движущая масса — это масса подвижной арматуры вибростенда, которую необходимо учитывать при нагружении вибростенда испытуемым образцом. Соответственно закон Ньютона выполняется, необходимо только правильно определить движущуюся массу.

Помимо испытаний на синусоидальную вибрацию, наиболее востребованным видом являются испытания на воздействие широкополосной случайной вибрации (ШСВ). Давайте разберемся какие имеются особенности при формировании профиля испытаний для данного вида и ответим на следующий вопрос:

Как выбрать подходящий вибростенд по необходимой спектральной плотности ШСВ?

По спектральной плотности можно определить требуемое ускорение и диапазон частот. Обычно диапазон частот не выходит за интервал 10 Гц – 2000 Гц и с ним справится любой вибростенд. Общее ускорение для испытаний на ШСВ указывается как СКЗ. Если производитель вибростенда не указал отдельно предельное ускорение для ШСВ, то нужно взять половину от указанного предельного значения ускорения.

Чтобы вычислить общее ускорение по графику спектральной плотности мощности необходимо подсчитать площадь фигуры под графиком и извлечь квадратный корень.