Měřené objekty, přístroje a snímače
A) Tématem je ukázkové měření a analýzy vlastní frekvencí a frekvencí buzeného kmitání na vetknutého nosíku (viz obr. 1 až 5) včetně vysvětlujících
ukázek jejich měřicích principů a systémů.
Obr. 1 - Zkušební sestava pro analýzu vlastních kmitů
Obr. 2 - Zkušební sestava pro analýzu buzeného kmitání
Kmitavý pohyb
Jde o takový pohyb, kdy se těleso pohybuje po úsečce nebo kruhovém oblouku kolem rovnovážné polohy. Jestliže rovnovážnou polohou prochází v pravidelných časových intervalech, koná periodický kmitavý pohyb. Takový pohyb vykonává např. těleso zavěšené na pružině, písty v motoru apod.
Nejjednodušší kmitavý pohyb je harmonický pohyb. Je to takový pohyb, kdy je okamžitá výchylka z rovnovážné polohy závislá na funkci sinus. Grafem výchylky harmonického pohybu v závislosti na čase je sinusoida.
Zařízení, které kmitá bez vnějšího působení je mechanický oscilátor. Mechanický oscilátor může být závaží zavěšené na pružině, ustalující se hladina.
PŘEMĚNY MECHANICKÉ ENERGIE V OSCILÁTORU
K uvedení mechanického oscilátoru do pohybu jej musíme vychýlit z rovnovážné polohy silou. O stejnou hodnotu se zvýší potenciální energie pružnosti oscilátoru, při uvolnění se přeměňuje na kinetickou.
Kmitání, u kterého se zmenšuje amplituda, se nazývá tlumené kmitání. Na míru tlumení má vliv prostředí. Při kmitání ve vzduchu (viz obr. 2) se amplituda výchylky zmenšuje velmi pomalu, ve vodě (viz obr. 3) rychleji. Vlastní kmitání je vždy tlumené - dochází ke ztrátám (přeměny mechanické energie oscilátoru na jiné formy)
Obr.3 Tlumené kmitání ve vzduchu Obr.4 Tlumené kmitání ve vodě
BUZENÉ (NUCENÉ) KMITÁNÍ
Netlumené harmonické kmitání vznikne tehdy, pokud jsou ztráty energie
nahrazovány v průběhu celé periody působením vnější síly (přes vazbu), která se
mění harmonicky. Při nuceném kmitání kmitá oscilátor s frekvencí vnější
síly, která nezávisí na vlastnostech kmitajícího
objektu. Nucené kmitání je netlumené.
Když se frekvence nutící síly přiblíží vlastní frekvenci oscilátoru, velmi se zvětší amplituda kmitů. Je-li frekvence síly vyvolávající nucené kmitání rovna vlastní frekvenci oscilátoru, je amplituda výchylky největší. Maximum je tím ostřejší, čím méně se tlumí vlastní kmity. Jev se nazývá rezonance a graf závislosti amplitudy nucených kmitů (viz obr.4) na frekvenci nutících kmitů je rezonanční křivka.Význam rezonance spočívá v tom, že umožňuje rezonanční zesílení kmitů. Malou, periodicky působící sílou v rezonanční oblasti, lze vybudit kmitání o značné amplitudě výchylky.
Obr.5 Rezonanční křivka
Rezonance je využita např. u hudebních nástrojů, houpačky, kyvadla hodin apod.
B) Tématem je ukázkové měření vibračního diagnostikování stavu ložisek na automobilové převodovce (viz obr. 1) včetně vysvětlujících ukázek
jejich měřicích principů a systémů.
Obr. 1 - Měřicí přístroj a testovaná ložiska v převodové ústrojí
Selhání ložisek je stav, jemuž se nelze v praxi vyhnout. Může ho způsobit technická chyba nebo vyčerpání životnosti materiálu. Každý havarijní případ sebou nese riziko poškození souvisejících dílů. Poškozené díly pak znamenají zbytečné náklady. Aby bylo možno zabránit poškození strojů způsobené neočekávanou havárií ložisek, je nutné sledovat stav uložení. Protože zjištění stavu ložisek mechanickou cestou, tedy rozebrání a vizuální kontrola, je téměř nereálné, byly vyvinuty elektronické přístroje, které dokáží naměřit takové hodnoty podle nichž je možné stav stroje zjistit bez potřeby demontáže. Lze jimi měřit teplotu, vibrace, znečištění olejových náplní i provádět poslechovou kontrolu. Taková měření nesou souborný název "Condition monitoring". U nás se vžil spíše pojem "Diagnostika provozu strojů a zařízení".
Technická diagnostika - vibrační diagnostika - má za úkol zjišťovat na základě technického měření a analýzou frekvenčních spekter FFT stav rotujících strojních zařízení. Analýzou frekvenčních spekter FFT je možné zjišťovat nízkofrekvenční dynamické stavy jako nevyváženost, nesouosost, mechanické uvolnění apod., dále stav ozubení převodovek a v neposlední řadě stav valivých ložisek.
Tato technická měření mohou sloužit i jako podklad o stavu provozovaného strojního zařízení podle normy ISO 10816 a slouží jako podklad při provádění údržby a rektifikacích na strojních zařízeních. Vhodné diagnostické Interval diagnostického kontrolního měření je závislý na druhu a použití strojního zařízení. Pro určení reziduální doby technického života strojního zařízení jsou výrobcem udány doporučená periodiká měření v hodinách Př. Doporučená preventivní kontrola po 20 - 30 tis. hodinách provozu.
Na základě vyhodnocení výsledků měření je vypracována zpráva, ve které je doporučen další postup pro provoz diagnostikovaného strojního zařízení..
Poděkování: Investice do rozvoje vzdělávání. Tento výukový text je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/28.0206 „Inovace výuky podpořená praxí“.
Zpět na hlavní stránku ׀ Zpět na seznam praktických cvičení ׀ Vlastní frekvence a buzené kmitání nosníku ׀ Nakreslení blokového schématu měření
Katedra konstruování strojů - JF - Předmět Měřící Technika (KKS/MT)
Copyright © 2014 ZČU v Plzni - Fakulta strojní, Katedra konstruování
strojů. Všechna
práva vyhrazena.
Poslední aktualizace:
08. 06. 2014