2. ПРИНЦИПЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Предварительные замечания. Как указывалось в гл. 11, п. 12, частотные характеристики чаще определяют при последовательном создании заданных гармонических возмущающих сил или кинематических воздействий. Измеряют амплитуды и фазы сил и скоростей, после чего определяют отношения амплитуд и разности фаз. Другие принципы измерения, например по изменению вносимого сопротивления катушки возбудителя [16], применяют редко.

В многомерном случае необходимо определить все отдельные элементы матриц согласно правилам, изложенным в гл. 11, п. 12.

Из общего числа элементов матрицы различными (в силу симметрии) являются Рекомендуется определять некоторое число симметричных членов с целью контроля. Большое расхождение результатов свидетельствует обычно о невыполнении требуемых граничных условий. При разнице по модулю и 20° по фазе оба элемента необходимо заменять их векторной полусуммой.

Рис. 2. Схемы крепления испытуемых объектов к стационарному электродинамическому вибровозбудителю а — установка на вибростоле; упругое крепление к внешним опорам, жесткое крепление к вибростолу; в — крепление посредством шарнира; крепление посредством натянутой струны или тонкого стержня, измерительный узел на вибростоле; то же, измерительный узел на объекте: 1 — корпус упругая мембрана; 3 — подвижная система; 4 — испытуемый объект, 5 — измерительный узел (силоизмерительный датчик или импедансная головка); 6 — упругие связи, 7 — жесткие тягн, 8 — шарнир; 9 — натя нута я струна или тонкий стержень

Приложение вынуждающей силы. Вынуждающая сила вибровозбудителя должна быть эквивалентна по своему действию на объект реальной вибрационной силе той же амплитуды и частоты. Обычно реальные силы приложены к более или менее протяженным участкам размером Вибровозбудитель, как правило, присоединяется через площадку диаметром т. е. практически он является источником сосредоточенной силы. Если при этом деформация рабочей площадки существенна, то схему возбуждения можно изменить следующим образом:

1) обеспечить возбуждение рабочей площадки через жесткий переходник;

2) возбуждать площадку поочередно в нескольких точках и результаты склады вать по правилам векторного сложения.

Крепление вибровозбудителей и объекта. Для исследования частотных характеристик применяют стандартные вибровозбудители, главным образом электродинамические (ЭДВ), реже — пьезоэлектрические, электромагнитные электрогидравлические и механические. Крепление их к объекту должно обеспечивать точное поочередное определение всех частотных характеристик как в точке возбуждения, так и в других выбранных точках. Способы крепления разнообразны и зависят от задачи (главным образом от принятой модели), способа установки объекта, размеров и массы объекта и вибровозбудителя.

При возбуждении в одной точке легких или упруго подвешиваемых объектов используют стационарный вибровозбудигель (вибростенд), установленный на жестких внешних опорах (рис. 2). Непосредственная установка изделия на вибростол (рис. 2, а) возможна при малой его массе и строго вертикальном направлении силы. Внешняя подвеска объекта (рис. 2, б-д) устраняет эта ограничения, однако может

вызвать перекос, поломку или замыкание катушки. Шарнирная тяга (рис 2 в) натянутая струна или тонкий стержень (рис. 2, е, д) устраняют поперечные статические и динамические реакции при возникновении поперечных и угловых колебаний объекта или вибровозбудителя. Возбуждение объекта производится через измерительный узел (силовую или импедансную головку).

Рис. 3. Схемы крепления переносных ЭДВ к испытуемому объекту: а — крепление вибростола непосредственно к объекту; крепление через натянутую струну или тонкий стержень, измерительный узел на вибростоле, в — то же, измерительный узел на объекте; крепление к приливу на опорной поверхности объекта для возбуждения горизонтальной силой; крепление к объекту двух ЭДВ для возбуждения вертикальной и горизонтальной сил

При исследовании (особенно многоточечном) машин и опорных конструкций непосредственно на их штатных или стендовых фундаментах применяют переносные вибровозбудители (рис. 3). Для вертикального возбуждения крепят подвижную систему ЭДВ с измерительным узлом непосредственно к объекту, корпус возбудителя подвешен на собственной мембране (рис. 3, а). При этом не требуется внешней опоры, что чрезвычайно удобно. Однако жесткая мембрана, необходимая для удержания возбудителя, ограничивает снизу частотный диапазон измерений. Кроме того, большинство ЭДВ (особенно мощные) не рассчитаны на нагрузку собственным весом.

Рис. 4. Схемы крепления переносных электромагнитных вибровозбудителей (ЭМВ) к испытуемому объекту: а — несимметричный ЭМВ с внешней опорой, несимметричный ЭВМ с упруго подвешенным якорем (реактивной массой), в — симметричный (дифференциального типа) ЭМВ с упруго подвешенным якорем: 1 — сердечники с обмотками, 2 — якорь, 3 — упругие элементы подвески якоря; 4 — корпус, 5 — испытуемый объект

Различные варианты крепления с внешней опорой (рис. аналогичны рассмотренным вариантам со стационарным ЭДВ. Закрепляя ЭДВ под соответствующим углом, можно возбуждать конструкцию горизонтально (рис. 3, г). Здесь возникает «паразитный» момент силы; слишком длинна силовая тяга при больших габаритах объекта. Предпочтительнее может оказаться устройство с двумя ЭДВ, линии действия которых сходятся в точке возбуждения под углом Питая возбудители одинаковыми токами синфазно, противофазно или со сдвигом фазы 90°, можно получить соответственно вертикальную, горизонтальную и вращающуюся (типа центробежной) силы.

Электромагнитные вибровозбудители (ЭМВ) менее универсальны, однако имеют пречмущества в частных случаях. Возбуждение через воздушный зазор (рис. 4, а) Давно применяют для легких конструкций. При определенных условиях (большом зазоре О, малой массе якоря) оно позволяет получить практически идеальный (не

зависящий от реакции) источник силы при полном отсутствии боковых реакций. Однако в некоторых случаях необходимо компенсировать силу постоянного притяжения дополнительной мягкой пружиной, а в динамических расчетах учитывать отрицательную жесткость электромагнитной пружины. ЭМВ с упруго подвешенным якорем можно устанавливать подобно ЭДВ (рис. 3, а) без внешней опоры непосредственно на объекте (обычно массивном). При зазорах якорь относительно небольшой массы может иметь значительное виброускорение что позволяет получать на низких частотах силы, в раза превосходящие общий вес ЭМВ с корпусом. ЭМВ дифференциального типа (рис. 3, в) имеет большую отдачу и меньшие искажения. Частотный диапазон ограничен снизу, так как жесткость пружин якоря должна быть значительно выше электромагнитной жесткости (во избежание неустойчивой работы и «залипания» якоря, особенно при больших амплитудах).

Существенным недостатком показанных на рис. 4, б, в, является большой выходной механический импеданс источника (за счет массы), присоединенный к объекту и искажающий его характеристики. Между корпусом и объектом рекомендуется устанавливать силоизмерительные датчики. Как и в схемах с позволяют исключить влияние импеданса на измерения. Одно-, двух- и трехкомпонентные датчики силы можно применять для измерения реакций в опорах объекта, пропорциональных импедансу и комплексной жесткости, а также для определения вибрационных сил в рабочем режиме с целью последующего вычисления вибрации по силам и частотным характеристикам [2].

Измерение вибрации. Вибрация определяется обычными датчиками ускорения, в отдельных случаях — электродинамическими датчиками скорости. Датчик (или датчики) следует устанавливать ближе к точке возбуждения во избежание погрешностей на повышенных частотах. Наиболее точное совмещение датчика с точкой возбуждения достигается в специальных измерительных узлах (импедансных головках, описанных ниже) со встроенными датчиками силы и ускорения.

Выбор схемы измерения прежде всего зависит от принятой модели исследуемого объекта,