2. ИСПЫТАНИЯ С ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТОЙ ГАРМОНИЧЕСКОЙ ВИБРАЦИИ

Испытания с переменной частотой вибрации широко применяют для испытания объектов на вибропрочность и виброустойчивость. Они пригодны для определения резонансных частот изделий и частотных характеристик. Для выполнения этих испытаний подходят вибростенды с электродинамическими (ЭДВ), электрогидравлическимн (ЭГВ) или иными вибровозбудителями, позволяющими плавно изменять частоту колебаний стола вибростенда в некоторых пределах.

При использовании ЭДВ частотный диапазон выбирают в пределах от 5—10 Гц до 2000—5000 Гц. При испытаниях в диапазоне от 5—10 до 70—80 Гц обычно поддерживают постоянной амплитуду виброперемещения, в диапазоне от 70—80 Гц до верхнего предела частоты — амплитуду виброускорения. Иногда в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен герц назначают постоянной амплитуду виброскорости [2, 7, 8]. Частотный диапазон вибростендов и машин для испытаний на усталость с ЭГВ лежит в пределах от до 100—200 Гц. На более высоких частотах ЭГВ вносят большие искажения, и колебания стола вибростенда нельзя считать гармоническими.

ЭГВ с комбинированными системами управления, ЭГВ, использующие жидкость, изменяющую вязкость при наложении электростатического поля, или магнитогидравлические возбудители колебаний (МГВ) обеспечивают испытания до частот 400— 1000 Гц [11].

Испытания с переменной частотой гармонической вибрации, как правило, ведут при постоянной амплитуде вибросмещения до частот в несколько десятков герц, а затем поддерживают постоянную виброскорость или постоянное виброускореиие.

Структурная схема вибростенда с ЭДВ для испытаний с переменной частотой гармонической вибрации представлена на рис. 1. Кроме аппаратуры, указанной на рис. 1, вибростенд с ЭГВ или МГВ должен содержать насосную установку для питания возбудителя.

Ускорение на столе вибровозбудителя 4, т. е. на входе испытуемого объекта 9, измеряется датчиком ускорения 6, выходной сигнал которого подается на

интегратор 7 и программатор 8, предназначенный для выбора частотных диапазонов поддержания постоянных виброперемещения, виброскорости, виброускорения или градиента виброускорения

Вибровозбудитель и испытуемое изделие могут обладать нелинейными свойствами. Тогда дажапри чисто синусоидальном питающем токе или напряжении контрольное виброускорение содержит высшие гармоники. В этом случае выделяют 1-ю гармонику с помощью синхронного детектора или сопровождающего фильтра аналогично технике измерения частотных характеристик.

Все большее распространение получают многоканальные системы, позволяющие вести управление по виброускорению или другому параметру вибрации в той точке испытуемого изделия, где он максимален

Рис. 1. Структурная схема вибростенда для испытаний гармонической вибрацией переменной частоты: 1 — задающий генератор с плавно изменяемой частотой: 2 — усилитель с управляемым коэффициентом передачи; 3 — усилитель мощности: 4 — электродинамический ровозбудитель; 5 — источник питания обмоток подмагничнвания вибровозбудителя; 6 — датчик виброускорения; 7 — интегратор; 8 — программатор; 9 — испытуемый объект; 10 — вибродатчик; 11 — регистрирующая аппаратура

При составлении программы испытаний с переменной частотой гармонической вибрации устанавливают зависимость плавно изменяющейся частоты от времени по заданным соотношениям продолжительности воздействия для различных резонирующих узлов и деталей испытуемого объекта. При этом можно исходить из требования постоянства времени или постоянства числа циклов нагружения каждого резонирующего элемента. В первом случае частота колебаний должна изменяться по закону

во втором случае

где начальная частота; конечная частота; длительность изменения частоты от до текущее время; постоянная времени нарастания частоты, обратно пропорциональная скорости ее нарастания,

Полагая постоянным время воздействия на каждый резонирующий элемент, получим, что виброскорость, октава/с,

Допустимую скорость изменения частоты оценивают неравенством

где добротность резонирующего элемента; обычно

Исходя из прочностных и усталостных характеристик материалов (при испытаниях на вибропрочность) и допустимых норм вибрационного воздействия [8] (при испытаниях на виброустойчивость) выбирают необходимое число полных циклов изменения частоты и общее время внброиспытаний

Преимущества этого вида испытаний состоят в относительно низкой стоимости оборудования. Они дают полезную информацию для корректировки испытуемого объекта, так как может быть легко зафиксирована частота, при которой происходит его разрушение или отказ в работе. Недостатком испытаний с переменной частотой гармонической вибрации является то, что возбуждение различных резонансов в испытуемом объекте происходит последовательно, а не одновременно.