Материал: Методы и средства испытаний и контроля приборов и систем. Никитин Л.Н., Пирогов А.А
Рис. 1.17. Представлена карта средних из абсолютных годовых минимумов температур воздуха на земном шаре
Рассмотрение климатических условий приводит к выводу, что для различных типов климатов характерны различные сочетания и длительности воздействующих факторов.
При эксплуатации приборов в некоторых специфических условиях иногда, кроме учета воздействия климатических факторов, следует также рассматривать воздействие биологических факторов (плесени, различных микроорганизмов, насекомых и грызунов).
Освоение космического пространства приводит к необходимости изучения воздействия космических условий на приборы и системы.
Помимо климатических воздействий, большинство видов приборов в процессе своей эксплуатации и при транспортировке подвергаются различным механическим воздействиям. Результатом такого воздействия является
возникновение |
вредного |
колебательного |
процесса, |
|
|
76 |
|
получившего название вибрация. Вибрацией принято также называть колебательное движение, воспроизводимое с испытательной целью специальными установками - вибрационными стендами и вибраторами.
Различают периодическую, гармоническую, импульсную и случайную вибрации. Частным случаем импульсной вибрации является одиночный механический импульс, называемый ударом. При этом полагают, что длительность импульса (tи) много меньше времени до его повторения (Т), а результирующий эффект (возникающие силы, ускорения, скорости, смещения) - значителен.
Механические колебательные процессы характеризуются рядом параметров. Если условно колебательное движение изделия заменить колебательным движением точки, то мгновенное значение каждой из ее координат называют перемещением или вибрационным смещением и обозначают S(t).
Первая производная перемещения или вибрационного смещения называется соответственно колебательной или вибрационной скоростью:
V |
dS(t) |
, |
(1.32) |
|
dt |
||||
|
|
|
а вторая производная - колебательным или вибрационным ускорением:
a |
d 2 S(t) |
, |
(1.33) |
|
dt 2 |
||||
|
|
|
В зависимости от направления перемещения рассматриваемой точки тела вибрация может быть прямолинейной, плоскостной и объемной. При прямолинейной вибрации точка тела остается на одной прямой. Поскольку эта прямая может быть расположена под любым углом у0 к горизонту, то возможны два крайних случая прямолинейной вибрации: горизонтальная и вертикальная.
77
При плоскостной вибрации рассматриваемая точка - тела перемещается в одной плоскости. Плоскостная вибрация также может быть горизонтальной и вертикальной. Кроме того, в зависимости от вида фигуры, описываемой точкой тела, она может быть круговой, эллиптической и т. д. Если рассматриваемая точка тела перемещается в некотором объеме пространства, то имеет место объемная вибрация.
Периодической вибрацией называется колебательный процесс, при котором все характеризующие его параметры повторяются через одинаковые промежутки времени Т в неизменной последовательности.
Во многих практических случаях несколько колебательных процессов могут протекать одновременно. При этом суммарный эффект определяется алгебраической суммой мгновенных значений колебательных величин, что приводит к маскировке основного процесса. Если мгновенные значения колебательной величины пропорциональны синусу или косинусу линейной функции времени:
q = qa sin (ωt+φ), |
(1.34) |
q = qa cos (ωt+φ). |
(1.35) |
Такой периодический колебательный процесс называется гармоническим или синусоидальным.
Наибольшее абсолютное значение, достигаемое гармонической колебательной величиной, называется амплитудой и обозначается qa, а аргумент (ωt+φ) в выражениях для q называется фазовым углом.
Два колебания с одинаковой частотой называются синхронными. Наличие у таких колебаний различных начальных фазовых углов φ1 и φ2 приводит к тому, что они оказываются сдвинутыми по фазе на угол ε = φ1-φ2.
Воспользовавшись выражениями (1.28) и (1.29), можно написать выражение для механического смещения S:
S = Sa sin (ωt+φ), (1.36) S = Sa cos (ωt+φ),
78
где Sa - амплитуда смещения; для скорости. |
|
V = ω Sa cos (ωt+φ) = Va cos (ωt+φ), |
(1.37) |
V = -ω Sa sin (ωt+φ) = -Va sin (ωt+φ), |
|
для ускорения |
|
а = -ω2 Sa sin (ωt+φ) = -aa sin (ωt+φ) = -ω2 S, |
(1.38) |
а = -ω2 Sa cos (ωt+φ) = -aa cos (ωt+φ) = -ω2 S. |
|
Колебательное ускорение и смещение находятся в противофазе. Амплитуды смещения Sa, скорости Va и ускорения aa связаны соотношением:
aa = ω Va = ω2 Sa , |
(1.39) |
или для числа колебаний в секунду |
|
aa = (2πv)2Sa, |
(1.40) |
где Sa - амплитуда смещения, мм; |
|
v - частота колебаний, Гц. |
|
При большом числе измерений и вычислений удобно пользоваться номограммой, приведенной на рисунке 18, построенной на основании следующей формулы:
a |
|
|
4 2 2 Sa |
, |
|
(1.41) |
|||
a |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
9807 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где aa - амплитуда ускорения выражена в ga. |
|
||||||||
На практике удобно пользоваться упрощенной |
|||||||||
формулой: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
aa ≈ |
2Sa |
|
2 0,004S 2 |
, |
(1.42) |
||||
|
|||||||||
|
500 |
|
|
|
a |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
где 2Sa - размах колебания.
Значения подсчитанные по формуле (1.36), получаются
79
на 0,6% меньше, чем по формуле (1.35). Для сравнительной оценки интенсивности вибрации, выражаемой в величинах мощности Р, пользуются логарифмическими единицами - децибелами:
M=10 lg |
P |
, |
(1.43) |
|
|||
|
P0 |
|
|
где Р - интенсивность мощности вибрации относительно некоторой начальной мощности Р0.
Рис. 1.18. Номограмма для пересчета амплитуд смещения в амплитуду ускорения и обратно
Колебательный процесс, при котором в течение конечных промежутков времени (пауз) колебательная величина q = 0, а в течение промежутков времени tи отлична от нуля, называется импульсным. Импульсные процессы бывают периодическими и непериодическими. Одиночные механические импульсы являются ударами.
80