Вибрация и удар. Метод измерения передаточной функции упругих материалов при их нагружении системой "кисть - рука"

Страница 1

ГОСТ Р ИСО 13753-99 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Вибрация и удар
МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ УПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИХ НАГРУЖЕНИИ СИСТЕМОЙ «КИСТЬ - РУКА»
1! 11;:тн- официальное
-
ГОССТАНДАРТ РОССИИ Москва

Страница 2

ГОСТ Р ИСО 13753-99
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 «Вибрация и удар»
2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 17 декабри 1999 г. № 534-ст
3 Настоящий стандарт представляет собой аутентичный текст ИСО 13753—98 "Вибрация. Вибрация, передаваемая на руки. Метод измерения передаточной функции упругих материалов при их нагружении системой «кисть — рука»
А ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
© ИПК Издательство стандартов, 2000
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Госстандарта России
и

Страница 3

ГОСТ Р ИСО 13753-99
Содержание
1 Область применения....................................................... I
2 Нормативные ссылки...................................................... I
3 Определения............................................................. I
4 Обозначения............................................................. I
5 Обший принцип измерений................................................. 2
6 Средства измерений........................... ................
7 Испытуемый образец и масса нагрузки....................................... 3
8 Методика измерений:.................................................... 3
У Опенка полученных результатов..............................., . , . . 3
10 Протокол испытаний...................................... 4
Приложение А Значения импеданса 2ц системы -кисть — рука».....,.............. 4
Приложение В Математические основы измерений вибрационной передаточной функции упругих материалов.....................................■......... 5
Приложение С Представление формул (I) и (2) в раскрытом виде................... 6
Приложение Г> Примеры расчетов передаточной функции Г.......... ........... 7
Приложение Е Факторы, влияющие на результат измерений...................... 8
Приложение Р Библиография ....
Ш

Страница 4

ГОСТ Р ИСО 13753-99
Висле икс
Настоящий стандарт разработан в ответ на растущие требования по мшите людей от риска повреждений, связанных с воздействием локальной вибрации.
С точки фения уменьшения воздействия локальной вибрации упругие материалы используют для покрытия рукояток инструмента и для изготовления перчаток. И в том, и в другом случае предполагают, что результатом будет снижение уровня передаваемой вибрации В настоящем стандарте дли метод измерения ослабления вибрации при се прохождении через образец упругою материала плоской формы. В некоторых случаях лот. образец может состоять из двух или более слоев материала. Метод, предназначенный для использования в лабораторных условиях, обеспечивает получение надежных и воспроизводимых результатов.
В настоящем стандарте предполагается, чю поведение материалов линейно, а их масса пренебрежимо мала н сраннснии с приложенной нагрузкой (при необходимости на массу материала может быть сделана поправка). Задачей метода является определение импеданса материала при сю н.и сужении массой, обеспечивающей сжатие материала, эквивалентное тому, которое он испытывает при сжатии ладонью руки. Для этого измеряют переходную часгошую характеристику материала, нагруженного массой, во всем требуемом диапазоне частот Вибрацию, которая будет передаваться через материал при его нагружении рукой, рассчитывают на основе известных значений импеданса системы •кисть — рука» и измеренного значения импеданса материала. Ичпедансы, о которых идет речь в настоящем стандарте, относятся к тому случаю, когда ладонь руки сжимает рукоятку круглой формы. Получаемое при этом значение коэффициента передачи неприменимо для опенки вибрации, передаваемой на пальцы руки.
Если > результате измерений окажется, что значение передаточной функции прснышает 0,6 на всех частотах вплоть до 500 Гц, на практике такой материал, по-видимому, не сможет обеспечить большого ослабления вибрации в данном диапазоне часто!. В условиях практического применения желательно иметь материал с такой передаточной функцией, которая в наибольшей степени отвечала бы частотному спектру конкретного источника вибрации.
IV

Страница 5

ГОСТ Р ИСО 13753-99
Вибрация и удар
МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ УПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИХ ИАГРУЖЕНИИ СИСТЕМОЙ «КИСТЬ - РУКА.
Мсспашса! уШгаНоп апд зпоск- МсЦюй Гог теашгшк, 11к \-.1-::,г .и,- (гапггш&яЫиЧу о!" гсзШегН та1епа1я чуНсп 1оаоСй Ьу щс лапа-агп) ьуяст
Дата ввелсния 2000-07—01
1 Область применения
НастояшиЙ стандарт устанавливает метод определения вибрационной передаточной функции упругого материала при его нагружении системой «кисть — рука-, заданном в виде импеданса 7,ц этой системы в вертикальном направлении (приложение А).
Метод распространяется на все материалы с линейной передаточной характеристикой Линейное поведение можно ожидать для большинства упругих вспененных и рези неподобных материалов, а также для некоторых тканых материалов. Метод может быть использован и для комбинированных систем, когда, например, тканый материал соединен с вспененной или резиновой основой.
Результаты лабораторных испытаний по данному методу могут быть использованы при выборе материалов, пригодных для покрытия рукояток инструмента, а также изготовления вибронзолиру-юших перчаток, однако они не могут быть использованы для предсказания передаточных свойств перчаток, изготовленных из этих материалов (для этих цепей см. ГОСТ Р ИСО 10819).
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты: ГОСТ ИСО 7626-2—94 Вибрация и удар. Экспериментальное определение механической подвижности. Измерения, использующие одноточечное поступательное возбуждение присоединенным вибровозбудигелем
ГОСТ 24346— 80 Вибрация. Термины и определения
ГОСТ Р ИСО 10819—99 Вибрация и удар. Метол измерения и оценки передаточной функции перчаток в области ладони
3 Определения
В настоящем стандарте применены термины но ГОСТ 24346.
4 Обозначения
Применены следующие обозначения:
а, — ускорение, измеренное на вибровозбудителе;
а2 — ускорение, измеренное на массе т нагрузки;
геа! — подстрочный индекс, обозначающий действительную часть комплексной величины; )тае - подстрочный индекс, обозначающий мнимую часть комплексной величины;
М : 1.1Ии.' официальное
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Страница 6

ГОСТ Р ИСО 13753-99
|| — знак, обозначающий модуль комплексной величины;
т — масса нагрузки, приложенной к упругому материалу;
Т— передаточная функция;
2^ — импеданс упругого материала;
2ц — импеданс системы -кисть — рука»;
и — угловая частота;
/— квадратный корень из минус единицы;
А, (/ш) или сокращенно А, — преобразование Фурье от й,.
Пример:
обозначает действительную часть комплексного отношения са) к А$ ю).

5 Общий принцип измерений
Метод основан на возбуждении широкополосной случайной или синусоидальной вибрации вибростендом (вибровозбулителем), на который помешен упругий материал вместе с массой нагрузки т вверчу, и измерении виброускорений вибростенда — а, и массы нагрузки лт — а^. Теоретические основы метода измерений даны в приложении В.
6 Средства измерений 6.1 Общие требования
Для проведения измерений требуются частотный анализатор (предпочтительно двухканаль-ный), два датчика и двух канальное измерительное оборудование. Схема измерительной установки изображена на рисунке I.

1 1,
2
3 !
/— масса нагрузки т. 2— упругий материал, 3 — пийровшбудктелъ Рисунок 1 — Измерительная установка
6.2 Датчики ускорения н предусилители
Датчики вибрации (акселерометры) и предусилители должны обеспечивать работу в диапазоне частот от 5 до 1000 Гц. В измерительной системе для данных устройств должна быть предусмотрена индикация перегрузки.
6.3 Крепление датчиков
Датчики вибрации должны быть жестко установлены на ПЛОСКОЙ поверхности вибровозбудителя и на поверхности массы нагрузки т. Такое соединение может быть обеспечено креплением па шпильку или с использованием клен или воска. Крепление должно быть таким, чтобы передаточная функция между сигналами этих двух датчиков в отсутствие испытуемого образца упругого материала была равна единице в диапазоне частот по крайней мере до 1000 Ги,
7

Страница 7

ГОСТ 1» ИСО 13753-99
7 Испытуемый образец и масса нагрузки
Образец должен иметь постоянную толщину и тоскую поверхность, на которую мог бы полностью поместиться круг радиусом не менее 45 мм. Образец не должен свешиваться по краям вибростола. Для нагружения образна используют круглый металлический цилиндр (например стальной) радиусом 45 мм и массой 2,5 кг
8 Методика измерений
8.1 На вибронозбудителс и на верхней поверхности массы т одновременно измеряют ускорения ах и а у.
8.2 Вибровозбудитель может воспроизводить широкополосную случайную вибрацию В этом случае спектральная плотность мощности должна иметь постоянное значение не менее 2,5 « 10 2 (м/сг)г/Ги с допуском ±10 % в диапазоне частот от 10 до 500 Гц.
8.3 Другим возможным вариантом является воспроизведение синусоидальной вибрации амплитудой не менее I м/с2.
8.4 Проверяют значение функции когерентности двух сигналов на каждой частоте возбуждения (см. |1|). Это значение должно быть выше 0,95.
Примечание — Обеспечение столь высокого значения функции когерентности в области резонанса может нрелставлять определенные трудности. Если в некоторой полосе частот значение функции когерентности надает ниже 0,95, полученные для нее результаты нельзя считать вполне достоверными (см. 9.3). В этих случаях необходимо либо принять меры для увеличения значении функции когерентности согласно ГОСТ ИСО 7626-2. либо осуществить обоснованную интерполяцию донных в указанной полосе частот.
8.5 На каждой частоте измеряют комплексное соотношение ^)/<4? (комплексные величины могут здесь быть определены либо через модуль и фазу, либо через действительную и мнимую части).
8 6 В протокол испытаний вносят полученные результаты измерений коэффициента передачи на центральных частотах третьоктавных полос со значениями центральных частот от 50 до 500 Гц. Измерения рекомендуется проводить, если возможно, и на более низких частотах — вплоть до 10 Гц.
9 Опенка полученных результатов
Вначале определяют импеданс материала после чего используют эту величину вместе с импедансом системы «кисть - рука* для расчета передаточной функции.
9.1 Определение импеданса материала /... Импеданс материала вычисляют по формуле
7 _ (1)
9.2 Определение передаточной функции Г
Под передаточной (рункцией понимают соотношение А^А%, полученное в условиях, когда материал нагружен системой •кисть — рука». Для се вычисления используют значения 2ц, полученные согласно Ч I. и /1Г (см. приложение А):
г- г" (2)
Примечание — Формулы (1) и (2) содержат комплексные величины В приложении С они даны и раскрытом виде. Примеры вычисления передаточной функции 7'приведены в приложении О.
9.3 Точность измерений передаточной функции Т
Точность (в смысле сходимости) результатов измерений, выполненных в соответствии с данным методом, ожидается в пределах 10 %. Она зависит от степени линейности образца, точности задания импеданса 2„ и других параметров (см. приложение Е).
3

Страница 8

ГОСТР ИСО 13753-99
Примечание
1 В случае нелинейны» материалов погрешность измерений передаточной функции может быть много больше 10%.
2 Неопределенное!), результатов измерений зависит также ог допусков на воспроизводимый сигнал и но|рсшносги средств измерений
10 Протокол испытаний
В протоколе испытаний приводят следующие данные:
а) ссылку на настоящий стандарт;
б) наименование и адрес изготовителя испытуемого материала;
в) описание материала, включая сю размеры, массу и тип;
г) число испытанных образной;
д) наименование и адрес лаборатории, проводившей испытания, и дату испытаний;
е) описание измерительной системы;
ж) вид возбуждаемой вибрации (синусоидальная или случайная) и ее характеристики;
з) внешние условии, включая температуру и влажность воздуха;
и) значения передаточной функции на частотах, Гц; 50, 63. 80, 100. 125, 160, 200, 250, 315, 400. 500
и, по возможности, 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5 и 40.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)
Значения импеданса /// системы «кисть — рука-
В таблице Л.1 приведены эначештя 2ТН. взятые ю \2] Комплексные величины определены через их амачитуду и фазу, а также через действительную и мнимую части, которые используются д'н нахождения передаточной функции Т.
Таблица Л.1 — Значения импеданса /«системы «кисть — рука»
Частота, Ги Модуль 12,1, Н с/м Фая. ...* Действителыия часть Н с/м Мнимая чисть 12,Д(1,„. Н С/м
10 156 30 135.1 78
12.5 170 28 150.1 79.8
16 185 24 169 75.2
20 198 19 1Я7.2 64,5
25 210 15 202,8 54,4
31.5 225 8 222.8 31,3
40 228 1 228 4
50 210 -4 209,5 -14,6
63 181 -6 180 -185
80 161 -3 160,8 -8,4
100 165 2 164,9 5,8
125 180 8 178,2 25.1
160 190 14 184,4 46
200 205 18 195 63,3
250 221 19 209 72
315 236 20 221,8 80,7
400 251 20 235.9 85,8
500 270 21 248.5 105.5
4

Страница 9

ГОСТ Р ИСО 13753-99
ПРИЛОЖЕНИЕ В (справочное)
Математические основы измерений вибрационной передаточной функции упругих материалов
11.1 Оценка
Материал испытывает сжатие иод действием тру ы массой 2,5 кг на площади радиусом 45 мм. Переда-точную функцию измеряют с помощью датчиков, установленных на вершине массы и не основании Оценивают I .- импеданса материала
Отношение ^■^**| представляет собой комплексную величину
На некоторой частоте --7"; - та&тшк ■ [соа уАлг) •) \т{рНже)\,
глс тарчгш/е — модуль отношения Л^А?, рка** — разность фаз между А- и А; Импеданс материала определяют исходя из импеданса массы и комплексной функции А^/А}:
г» -

Передаточную функцию в условии нагружения системой .кисть — рука» определяют по формуле
где 7.н — импеданс системы -кисть — рука-. В.2 Теоретические основы

6м|

1
2

Обозначения:
1 Масса т
2 Импеданс упругого материала
.<ч=ь >
гас х,, x] — псрсмсшсния
Рисунок В.1 — Теоретическая модель с массой т
В предположении, что масса материала пренебрежимо мала, в соответствии со вторым законом Ньютона получают.
из чего следует:

Страница 10

ГОСТ Р ИСО 13753-99

1
2
1 1
Обозначения:
1 Импеданс системы «кисть — рука- 7.ц
2 Импеданс упругого материала 2и
Рисунок В.2 — Теоретическая модель с импедансом нагрузки системой «кисть — рука- 2ц
Вновь предполагая массу материала пренебрежимо малой, получают откуда следует:
Т -


ПРИЛОЖЕНИЕ с (справочное)
Представление формул (I) и (2) а раскрытом виде
В настоящем приложении даны в раскрытом виде формулы (1) и (2) раздела 9, когда комплексные величины представлены через их действительные и мнимые части
Случаю охвата упругого материала рукой соответствует модель, которая имеет вид. показанный ка рисунке В. 2.

Страница 11

гост р исо 13753-99
ПРИЛОЖЕНИЕ О (справочное)
Таблица О 1 — Вычисления перелагочной функции 7
Параметр Значение
Частота^ Гц 100 250
Угловая частота *о, я с~( 200 500
Масса т. кг 2.5 2.5
Щ 2.5 0,6
Фаза. 60 140
(1, 0,3 -1.92
0.52 1.61
0.76 11.1
(ЗДиа Н с/и 1074 569,6
{2м\1тч, Н ■ с/н -1446 -1029.5
\2Ы\\ (Нс/и)а 3,24 х Ю6 1.38 я 106
<2„>1М,. Н С/ы 164,9 209
(2н>1пщ> Н • е/м \- 72
\2а\2. Ш-с/м)2 27225 48841
Т 0.95 0.95
7
Примеры расчете передаточной функции Т
В таблице 0.1 прияелсмы результаты некоторых вычислений, нокатыяающич. каким образом можно получить значения передаточной функции, зная амплитуду н фазу соотношения <4|Л4}. а также значения импеданса системы «кисть — рука», указанные в приложении А

Страница 12

ГОСТ Р ИСО 13753-99
ПРИЛОЖЕНИЕ е (справочное)
Факторы, влияющие на результаты измерений
Динамические характеристики и реакция образна в значительной степени зависит от условий испытаний (например влажности воздуха. темпсрат>ры. формы образца) и свойств испытуемого материала (возраст, нелинейность и т. а).
С особой осторожностью следуетогноситься к интерпретации результатов испытаний, если они получены для материала со следующими характеристиками:
- коэффициент поглощения влаги более 5 %\
- точка фазового перехода от 0 до 30 "С.
Возраст материала оказывает большое влияние на его свойства Для того чтобы оценить его долговременные защитные свойства, может потребоваться проведение испытаний на образцах из более сгарого материала.
приложение Р (справочное)
Библиография
[11 Бендат Дж.. Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. — М: Мир, 1974. — 464 с.
|2| ИСО 10066—98 Вибрация и удар. Входной импеданс короткого замыкания системы -кисть — рука»
УДК 628.5:620.17:006.354 ОКС 13.160, 17.160 Т58 ОКСТУ ООП
Ключевые слова: вибрация, виброизолирующие материалы, механические свойства, передаточная функция, измерения
Редактор Л В ЛфапасиШ Технический редактор Н.С. Цчншиюва Корректор В.И. Ввреншжа Компьютерная иерегка В И. Мартсыьяхоеой
Иза лив № 021007 от 10.08.95 Слано в набор 1502 2000 Подписано н печать 22.0X2000. Уса. печ. л. 1.40.
Уч-мд. л 0.9О Тираж 247иа С 4745. За к 260.
ИПК Издательство стинларгов, 107076. Москва. Колодезный «ер., 14. Набрапо в Издатсльсгк на ПЭВМ Филипп ИПК Ицытельспю сшндарп* - тип "Московский нечитчик", 10М62, Москва, Лялин пер., 6.
П..р№0МП02