ГОСТ Р 51502-99
(МЭК 60068-2-64-93)
Группа Т34
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Методы испытаний на стойкость к механическим внешним
воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий
ИСПЫТАНИЯ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ СЛУЧАЙНОЙ ШИРОКОПОЛОСНОЙ ВИБРАЦИИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАНИЯМИ
Environmental dynamic testing for machines, instruments and other articles.
Exposure to broad-band random vibration (digital control)
ОКС 17.160*
ОКСТУ 0011
Дата введения 2000-07-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 "Вибрация и удар"
2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 23 декабря 1999 г. N 676-ст
3 Настоящий стандарт соответствует МЭК 60068-2-64-93 "Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание Fh. Широкополосная случайная вибрация (цифровое управление испытаниями)"
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Введение
Настоящий стандарт устанавливает метод испытаний на вибропрочность и виброустойчивость машин и оборудования всех видов, которые в процессе эксплуатации могут подвергаться воздействию случайной вибрации. Метод и процедуры настоящего стандарта основаны на цифровом управлении случайной вибрацией.
Следует отметить, что испытания на случайную вибрацию представляют собой сложную область деятельности, требующую как хорошего понимания физических основ испытаний, так и опыта принятия технических решений. По сравнению с большинством испытаний других видов в данном испытании используют не детерминированные, а случайные процессы. Поэтому испытания на широкополосную случайную вибрацию описывают в терминах теории вероятности и математической статистики.
В целях согласования настоящего стандарта с комплексом межгосударственных стандартов "Методы испытаний машин, приборов и других технических изделий на стойкость к внешним воздействующим факторам" в нем опущен ряд разделов и приложений, имеющихся в МЭК 60068-2-64-93, а вместо них приведены ссылки на соответствующие стандарты комплекса. Кроме этого, изменено построение стандарта. В то же время в настоящем стандарте сохранена вся совокупность требований, установленных в МЭК 60068-2-64-93.
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на машины, приборы и другие технические изделия всех видов (далее - образцы) и устанавливает метод испытаний для определения способности образца противостоять воздействию случайной широкополосной вибрации заданной степени жесткости.
Целью испытаний на вибропрочность является определение слабых мест механической конструкции или ухудшения рабочих характеристик образца вследствие кумулятивных эффектов изменений механических напряжений в изделии, обусловленных воздействием случайной вибрации, и использование полученных результатов в соответствии с правилами, устанавливаемыми в стандартах и технических условиях на продукцию или методиках испытаний (далее - НД), для принятия решения о его приемке. Должен ли образец в процессе испытаний функционировать или он подвергается воздействию вибрации в неработающем состоянии, должно быть определено в соответствующем НД.
Настоящий стандарт распространяется на образцы, которые в процессе эксплуатации или транспортирования, например на самолетах, космических кораблях или наземном транспорте, могут подвергаться воздействию случайной вибрации. Стандарт распространяется на образцы, свободные от упаковки, за исключением случаев, когда транспортная упаковка является составной частью образца.
Стандарт применяют совместно с ГОСТ 30630.0.0, в котором установлены общие требования к проведению испытаний на воздействие внешних факторов.
Руководство по проведению испытаний приведено в приложении А.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 24346-80 Вибрация. Термины и определения
ГОСТ 30630.0.0-99 Методы испытаний машин, приборов и других технических изделий на стойкость к внешним воздействующим факторам. Общие требования
ГОСТ 30630.1.1-99 Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Определение динамических характеристик конструкций
ГОСТ 30631-99 Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам при эксплуатации.
3 Определения
В настоящем стандарте применяют термины по ГОСТ 24346.
Кроме того, в настоящем стандарте применяют следующие термины и определения*:
______________
* Для удобства пользования настоящим стандартом приведены термины, определенные в ГОСТ 30630.0.0. В этом случае даны соответствующие сноски.
3.1 ширина пика на уровне минус 3 дБ: Ширина полосы частот одиночного резонанса, определяемая как расстояние между двумя точками частотной характеристики, которые расположены на уровне 0,707 максимального значения характеристики на резонансе.
3.2 спектральная плотность мощности ускорения: Предельное отношение среднего квадратического значения сигнала ускорения после его прохождения через узкополосный фильтр к ширине полосы фильтра при стремлении ширины полосы к нулю, а времени усреднения - к бесконечности.
3.3 погрешность смещения: Систематическая ошибка оценки спектральной плотности мощности ускорения, связанная с конечным разрешением сигнала по частоте, которое присуще данному методу обработки.
3.4 проверочная точка*: Точка на крепежном приспособлении, на вибростоле или на образце, расположенная как можно ближе к одной из точек крепления и жестко с ней связанная.
______________
* Соответствует определению, данному в ГОСТ 30630.0.0.
Примечания
1 Если число точек крепления равно или менее четырех, каждую из этих точек следует использовать в качестве проверочной. Если число точек крепления более четырех, в соответствующем НД должны быть определены четыре наиболее представительные точки, которые будут использованы в качестве проверочных.
2 В особых случаях, например для больших или сложных образцов, когда проверочные точки не могут находиться вблизи точек крепления, положение проверочных точек должно быть определено в соответствующем НД.
3 При испытании большого количества образцов небольших размеров, закрепленных на одном крепежном приспособлении, или при испытании образца небольшого размера, имеющего несколько точек крепления, для получения сигнала управления может быть выбрана одна поверочная (она же контрольная, см. 3.22) точка. При этом сигнал управления будет иметь отношение к крепежному приспособлению, а не к точкам крепления образца (образцов). Это допускается только в том случае, если частота низшего резонанса нагруженного крепежного приспособления намного выше верхней границы диапазона частот испытаний.
3.5 спектральная плотность мощности ускорения сигнала управления: Спектральная плотность мощности ускорения сигнала в контрольной точке.
3.6 цепь системы управления: Электронный тракт, позволяющий проводить операции:
- оцифровки случайного аналогового сигнала, снятого в контрольной точке;
- выполнения необходимых процедур обработки;
- воспроизведения и необходимой коррекции аналогового сигнала, поступающего на усилитель мощности (см. А.1).
3.7 пик-фактор: Отношение пикового значения к среднему квадратическому значению.
3.8 отсечка (клиппирование) сигнала управления: Ограничение мгновенного значения сигнала управления.
3.10 погрешность воспроизведения спектральной плотности мощности ускорения: Разность между заданной спектральной плотностью мощности ускорения и спектральной плотностью мощности ускорения сигнала управления.
3.11 коррекция: Процесс приведения к минимуму погрешности воспроизведения спектральной плотности мощности ускорения.
3.13 разрешение по частоте: Ширина интервала приращения частоты в спектральной плотности мощности ускорения.
Примечание - Эта величина является обратной к длине реализации процесса, используемой в цифровом анализе. Число интервалов приращения совпадает с числом спектральных линий в данном диапазоне частот.
3.14 наблюдаемая спектральная плотность мощности ускорения: Оценка истинного значения спектральной плотности ускорения, считываемая с устройства отображения анализатора, которая включает погрешность измерительной системы, случайную погрешность и погрешность смещения.
3.16 погрешность измерительной системы: Погрешности, вносимые каждым блоком аналоговой обработки сигнала входной части системы управления и каждым аналоговым блоком внутри системы управления (см. А.2.3.2).
3.17 управление по среднему значению сигналов в нескольких точках: Спектральная плотность мощности ускорения сигнала управления, получаемая вычислением арифметического среднего спектральных плотностей мощности ускорения сигналов, снятых в нескольких проверочных точках (см. А.2.1.2).
3.18 управление по максимальному значению сигналов в нескольких точках: Спектральная плотность мощности ускорения сигнала управления, определяемая как совокупность максимальных значений для каждой спектральной линии в спектральных плотностях мощности ускорения сигналов, снятых в нескольких проверочных точках (см. А.2.1.2).
3.19 предпочтительные направления воздействия вибрации*: Три взаимно ортогональных направления, выбираемых, насколько это возможно, таким образом, чтобы вероятность появления повреждений образца во время испытаний была максимальной.
________________
* Соответствует определению, данному в ГОСТ 30630.0.0.
3.20 случайная погрешность: Погрешность оценки спектральной плотности мощности ускорения, изменяющаяся от одного измерения к другому, которая обусловлена конечным временем усреднения сигнала и конечной шириной полосы используемого фильтра (см. А.2.3.3).
3.21 реализация процесса: Совокупность отсчетов процесса, сделанных через равные промежутки времени, которые используют при выполнении процедуры быстрого преобразования Фурье.
3.22 контрольная точка*: Одна из проверочных точек, сигнал с которой используют для управления режимом испытаний таким образом, чтобы удовлетворить требованиям настоящего стандарта.
________________
* Соответствует определению, данному в ГОСТ 30630.0.0.
Примечание - Управление может осуществляться и по сигналу в воображаемой контрольной точке*.
________________
* Следует обратить особое внимание на то, что и настоящем стандарте под сигналом управления понимают сигнал в контрольной точке (реальной или воображаемой), что может расходиться с терминологией, принятой в отечественной практике проведения испытаний.
3.23 воспроизводимость: Близкое соответствие между результатами измерений одной и той же величины, имеющей одно и то же значение, которые проводятся:
- разными методами;
- с использованием разных средств;
- разными исследователями;
- в разных испытательных лабораториях;
- в различные моменты времени, интервалы между которыми значительно больше времени, необходимого для проведения единичного измерения;
- различными способами применения имеющихся средств.
Примечание - Термин "воспроизводимость" применяют также в случаях, когда принимают во внимание только одно из вышеперечисленных условий.
3.24 точки измерения отклика: Точки на образце, в которых проводят сбор данных для исследования частотной характеристики образца. Эти точки не совпадают с проверочными и контрольной точками.
3.25 статистическая точность: Отношение истинной спектральной плотности мощности к наблюдаемой.
3.26 истинная спектральная плотность мощности ускорения: Спектральная плотность мощности виброускорения, воздействующего на образец.
3.27 оконная функция: Финитная весовая функция, используемая для уменьшения погрешностей при обработке данных.
4 Крепление образца
Образец должен быть закреплен на вибростоле в соответствии с требованиями ГОСТ 30630.0.0, а порядок его установки должен быть указан в соответствующем НД. Отступление от этого порядка допускается только в обоснованных случаях, когда установлено, что эти отступления не повлияют на результат испытаний.
5 Определение частотной характеристики образца
Исследование частотной характеристики образца в заданном диапазоне частот проводят для определения его критических частот в том случае, если эти частоты не указаны в соответствующем НД.
Измерение частотной характеристики образца проводят во всем диапазоне частот испытаний по ГОСТ 30630.1.1.
6 Начальные измерения
В соответствии с ГОСТ 30630.0.0 перед началом испытаний на вибропрочность и виброустойчивость образец должен быть подвергнут визуальному осмотру, контролю размеров и проверке эксплуатационных свойств в соответствии с требованиями соответствующего НД.
Кроме того, перед проведением испытаний на вибропрочность и виброустойчивость с заданным уровнем возбуждения может потребоваться предварительное возбуждение образца случайной вибрацией с более низким уровнем для предварительного анализа и коррекции сигнала. Необходимо, чтобы на данном этапе уровень спектральной плотности мощности ускорения был минимальным.
Длительность предварительного возбуждения (в зависимости от отношения уровня данного возбуждения к уровню возбуждения, установленного для испытания на воздействие случайной вибрацией) может быть следующей:
- уровень менее минус 12 дБ от установленного - неограниченная длительность;
- уровень от минус 12 дБ до минус 6 дБ от установленного - не более чем в 1,5 раза больше установленного времени выдержки;
- уровень от минус 6 дБ до 0 дБ от установленного - не более 10% установленного времени выдержки.
При определении времени выдержки (см. 7.8.5) длительность предварительного возбуждения не следует вычитать из установленной длительности испытаний на вибропрочность.
7 Выдержка
7.1 Общие положения
Образец должен быть подвергнут воздействию вибрации поочередно в каждом из трех взаимно перпендикулярных направлений в любой последовательности, если иное не установлено в НД на конкретные виды изделий.
Спектральную плотность мощности сигнала управления определяют по сигналу в контрольной точке, если используют управление по одной точке, и по сигналам в нескольких проверочных точках, если используют управление по нескольким точкам. В последнем случае в соответствующем НД должно быть определено, по какому сигналу осуществляют управление - по сигналу, полученному усреднением по нескольким проверочным точкам, или по сигналу в какой-либо выбранной точке, например в той, где значение вибрации максимальное. При управлении по нескольким точкам контрольная точка становится воображаемой.
Если образец, предназначенный для эксплуатации с виброизоляторами, должен быть испытан без них, следует принять специальные меры (см. А.4).
7.2 Воспроизводимое движение
Вибрация, возбуждаемая в точках крепления образца, которые должны быть указаны в соответствующем НД, представляет собой идентичные поступательные колебания случайного характера. Мгновенное ускорение колебаний должно быть распределено по нормальному (гауссовскому) закону. Если достижение идентичности движения в различных точках затруднительно с практической точки зрения, следует использовать управление по сигналам в нескольких точках.
7.3 Ограничения на поперечное движение
Спектральная плотность мощности ускорения в проверочных точках в любом из направлений, перпендикулярных направлению основного движения, не должна превышать установленного значения для движения в основном направлении более чем на 5%, а соответствующее среднее квадратическое значение ускорения - более чем на 50%. В особых случаях, например для образцов небольших размеров, в НД может быть указано предельное допустимое отношение спектральной плотности мощности ускорения в поперечном направлении к этой же характеристике в направлении основного движения, равное 3 дБ.
В некоторых случаях, например для образцов больших размеров или с большой массой или на некоторых частотах возбуждения, может оказаться затруднительным обеспечение выполнения вышеуказанных требований. В этом случае в соответствующем НД должно быть оговорено одно из следующих условий:
а) любое превышение вышеуказанных значений должно быть зафиксировано и указано в протоколе испытаний;
б) поперечное движение (если известно, что оно не представляет опасности для образца) не контролируют.
7.4 Распределение случайной вибрации
Мгновенное значение ускорения в контрольной точке должно иметь нормальное (гауссовское) распределение с пределами допуска, указанными на рисунке 1 (см. А.2.2).
Рисунок 1 - Границы допуска для функции распределения вероятностей мгновенных
значений ускорения
Выполнение данного требования необходимо проверять на этапе начальных измерений (раздел 6).
Если для управления используют сигнал в воображаемой контрольной точке, требования к распределению распространяются на сигналы во всех проверочных точках, которые формируют сигнал управления.
Значение пик-фактора должно быть указано в соответствующем НД и не должно быть менее 2,5. Ему должен соответствовать уровень отсечки сигнала возбуждения. Следует контролировать форму сигнала ускорения в проверочных точках, чтобы убедиться, что в сигнале присутствуют пики, превышающие установленное среднее квадратическое значение не менее чем в 2,5 раза.
7.5 Допуск на спектральную плотность мощности
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.