МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ. МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION

(ISC)

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТАНДАРТ

Вибрация

ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ В ЛАБОРАТОРНЫХ

УСЛОВИЯХ

Часть 1

Общие принципы измерений и руководство по их проведению

ISO 10846-1:1997

Acoustics and vibration — Laboratory measurement of vibro-acoustic transfer properties of resilient elements — Part 1: Principles and guidelines

(IDT)

Издание официальное

n

L0

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-97 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1    ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Госстандартом России

3    ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 22 от 6 ноября 2002 г.)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004—97 Код страны по МК (ИСО 3166) 004—97 Сокращенное наименование национального органа по стандартизации Азербайджан AZ Аэгосстандарт Армения AM Армгосстандарт Беларусь BY Госстандарт Республики Беларусь Казахстан KZ Госстандарт Республики Казахстан Кыргызстан KG Кыргызстандарт Молдова MD Молдова-Стандарт Российская Федерация RU Госстандарт России Таджикистан TJ Таджикстандарт Туркменистан TM Главгосслужба «Туркменстандартлары» Украина UA Госстандарт Украины

4    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 10846-1:1997 «Вибрация. Лабораторные измерения виброакустических передаточных свойств упругих элементов. Часть 1. Принципы и руководство» (ISO 10846-1:1997 «Acoustics and vibration — Laboratory measurement of vibro-acoustic transfer properties of resilient elements — Part 1: Principles and guidelines»).

Степень соответствия — идентичная (IDT).

Настоящий стандарт идентичен ГОСТ Р ИСО 10846-1-99

5    Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 апреля 2007 г. № 77-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ИСО 10846-1-2002 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 ноября 2007 г.

6    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе «Национальные стандарты».

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе «Национальные стандарты», а текст этих изменений — в информационных указателях «Национальные стандарты». В случав пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе «Национальные стандарты»

© Стандартинформ, 2007

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен. тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ ИСО 10846-1-2002

Содержание

1    Область применения...........................................1

2    Нормативные ссылки...........................................1

3    Определения и обозначения.......................................1

4    Выбор метода измерений.........................................2

5    Основы методов измерений.......................................3

6    Принципы проведения измерений....................................7

Приложение А Соотношения между переходной динамической жесткостью и другими частотными

характеристиками.....................................12

Приложение В Влияние симметричности конструкции виброизолятора на вид матрицы переходной жесткости .......................................13

Приложение С Матрица переходной жесткости упрощенного вида...................15

Приложение D Линейность виброизоляторов...............................16

Приложение Е Библиография.......................................17

III

Введение

Виброизоляторы различных типов применяют для снижения уровня передаваемой вибрации. Примерами могут служить подвески автомобильных двигателей, упругие опоры зданий, устройства крепления и упругие муфты в соединениях валов судовых машин, виброизоляторы, устанавливаемые в предметах бытовой техники.

Настоящий стандарт служит введением к серии стандартов на методы лабораторных измерений. проводимых для нахождения наиболее важной характеристики, определяющей передаточные свойства линейных виброизоляторов, —динамической жесткости.

В настоящем стандарте приведены теоретические основы методов, ограничения на условия их применения и руководство по выбору наиболее подходящего метода для каждого конкретного случая измерений.

Для всех методов подразумевается, что лабораторные условия испытаний предусматривают возможность предварительного нагружения объекта испытаний постоянной (статической) нагрузкой.

Результаты измерений могут быть использованы при решении проблем подавления низкочастотной вибрации и ослабления шума, порождаемого колебаниями элементов конструкции, посредством виброизоляторов. В то же время указанные методы не предназначены для оценки качества работы виброизоляторов в условиях ударных воздействий.

IV

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Вибрация

ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Часть 1

Общие принципы измерений и руководство по их проведению

Vibration. Laboratory measurement of vibro-acoustic transfer properties of resilient elements.

Part 1. General principles of measurements and guidelines

Дата введения —2007—11—01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие принципы проведения измерений передаточных характеристик виброизоляторов, а также руководство по выбору метода измерений этих характеристик в условиях лабораторных испытаний в конкретном случае применения.

Настоящий стандарт распространяется на виброизоляторы, применяемые:

а)    для снижения уровня передаваемой на конструкцию вибрации в звуковом диапазоне частот (от 20 Гц до 20 кГц), которая может впоследствии излучаться, например в водную или воздушную среду;

б)    для снижения низкочастотной вибрации (обычно в диапазоне от 1 до 80 Гц). которая может, например, оказывать неблагоприятное воздействие на людей или вызывать повреждение конструкции.

Данные, полученные с помощью описанных в настоящем стандарте методов измерений, могут быть использованы:

-    для указания изготовителями и поставщиками в сопроводительной документации к продукции;

-    в процессе разработки продукции:

-    в системах управления качеством продукции;

-    в процессе вибрационных расчетов конструкций.

Указанные методы измерений применимы только при выполнении следующих условий:

а)    линейности отклика виброизолятора (допускается, чтобы виброизолятор обладал нелинейными характеристиками отклика на статическую нагрузку при условии, что после приложения этой нагрузки поведение виброизолятора становится линейным);

б)    поверхности контакта виброизолятора с источником вибрации и с изолируемой конструкцией можно рассматривать как точечные.

Настоящий стандарт не распространяется на упругие вставки (сильфоны, рукава), по которым протекает жидкость.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ 24346-80 Вибрация. Термины и определения

3    Определения и обозначения

В настоящем стандарте применяют термины по ГОСТ 24346.

Кроме того, в целях настоящего стандарта применяют следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 упругий элемент: То же. что и виброизолятор.

Издание официальное

3.2    виброизолятор: Изолятор, предназначенный для ослабления передаваемой вибрации в некотором диапазоне частот.

3.3    упругая опора: Виброизолятор, предназначенный для того, чтобы поддерживать часть машины, здания или какой-либо другой конструкции.

3.4    затормаживающая сила F_b: Сила, приложенная к изолятору в точке его соединения с изолируемой конструкцией и обеспечивающая неподвижность этой точки.

3.5    входная динамическая жесткость к^у. Частотно-зависимое комплексное отношение силы в точке соединения виброизолятора с источником вибрации к перемещению в этой же точке при возбуждении гармонической вибрации в заторможенном режиме испытаний.

Примечания

1    Значение Л,, может зависеть от предварительного статического нагружения, температуры и других условий.

2    На низких частотах к_}, определяется исключительно упругими и диссипативными силами, действующими в виброиэоляторе. В области более высоких частот начинают играть роль также и силы инерции.

3.6    переходная динамическая жесткость к₂у Частотно-зависимое комплексное отношение силы в точке соединения виброизолятора с изолируемой конструкцией, когда эта точка заторможена, к перемещению в точке соединения виброизолятора с источником вибрации при гармоническом возбуждении.

Примечания

1    Значение к₂ , может зависеть от предварительного статического нагружения, температуры и других условий.

2    На низких частотах к₇ , определяется исключительно упругими и диссипативными силами, действующими

в виброизоляторе, и к₂ , =    ,.    В    области    более    высоких    частот    начинают играть роль также и силы инерции, и

*2.1 * *1.1*

3.7    коэффициент потерь упругого элемента ц: Частотно-зависимое отношение мнимой части к₂ ^ к действительной части , (т.е. тангенс фазового угла к_2У) в области низких частот, где силами инерции можно пренебречь.

3.8    точечное соединение: Область контакта, которая совершает колебания как поверхность абсолютно жесткого тела.

3.9    линейность: Условие работы виброизолятора, при котором выполняется принцип суперпозиции.

Примечания

1    Принцип суперпозиции может быть сформулирован следующим образом: если входному воздействию х, (() соответствует отклик на выходе у,(1). а входному воздействию x₂(t) — отклик у₂(1). то считают, что принцип суперпозиции выполнен, если входному воздействию ах,(0 + рх,(/) будет соответствовать отклик «/,(/) ♦ ру₂(()■ Данное условие должно выполняться для любых а, р, х,(/) и х₂(/), где аир — произвольные константы.

2    Вышеуказанная процедура проверки свойства линейности малопригодна с практической точки зрения, поэтому контроль линейности обычно осуществляют, проводя измерения переходной жесткости в некотором диапазоне входных воздействий. Если при заданном предварительном статическом нагружении измеренное значение динамической жесткости не будет зависеть от уровня входного возбуждения, систему можно рассматривать как линейную. По сути эта процедура является контролем пропорциональности между входным возбуждением и откликом.

3.10    прямой метод: Метод, в котором измерению подлежат перемещение, скорость или ускорение в точке соединения виброизолятора с источником возбуждения и сила в точке соединения виброизолятора с изолируемой конструкцией, когда эта точка заторможена.

3.11    косвенный метод: Метод, в котором измерению подлежит передаточная функция виброизолятора по перемещению, скорости или ускорению при нагружении виброизолятора массой (эффективной массой).

3.12    метод измерения входной частотной характеристики: Метод, при котором измерению подлежат одна из характеристик движения — перемещение, скорость или ускорение, — а также сила в точке соединения виброизолятора с источником вибрации, когда точка соединения виброизолятора с изолируемой системой заторможена.

4 Выбор метода измерений

Информация общего вида, необходимая для выбора метода измерений, который в наибольшей степени соответствует конкретному виду виброизолятора, дана в таблице 1.

2

Дальнейшие рекомендации по выбору метода измерений — в разделах 5 и 6.

Таблица 1 — Рекомендации по выбору метода измерений

Характеристика Прямой метод Косвенный метод Метод измерения входной частотной характеристики Тип виброиэолятора Опора Опора Но опора Опора Примеры виброизоляторов Упругие опоры для приборов, оборудования, машин и зданий Сильфоны, рукава, упрутио муфты, силовые кабели Упругие опоры для приборов, оборудования, машин и зданий Диапазон частот От 1 Гц до f,. определяется свойствами испытательной установки. Обычно (но необязательно) 300 Гц < f, < 500 Гц От f2 до fy Обычно (но необязательно) 20 Гц < 12 < 50 Гц; для очень жестких опор /2 > 100 Гц. 1s обычно от 2 до 5 кГц и зависит от свойств установки От f2 до fy Обычно (но необязательно) 20 Гц < /2 < 50 Гц; для очень жестких опор /2> 100 Гц. /3 обычно от 2 до 5 кГц и зависит от свойств установки От 1 Гцдо fy Обычно (но необязательно) f4 < 100 Гц Число компонентов поступательной вибрации 1. 2 или 3 1, 2 или 3 1. 2 или 3 1, 2 или 3 Классификация метода по степени точности Технический Технический Технический или ориентировочный Технический или ориентировочный Примечание — В низкочастотной области прямой метод и метод измерения входной частотной характеристики дают одни и те же результаты.

5 Основы методов измерений

5.1 Переходная динамическая жесткость

В данном разделе обоснован выбор переходной жесткости в качестве характеристики, которая в наибольшей степени подходит для описания передаточных свойств виброизоляторов в различных условиях их применения. Кроме того, здесь указаны случаи, когда для описания передаточных свойств необходимо использовать иные характеристики, нежели динамическая жесткость, измерение которых, однако, выходит за рамки настоящего стандарта.

Переходная динамическая жесткость зависит от упругих, инерционных и демпфирующих свойств виброизолятора. Причиной, почему именно динамическая жесткость выбрана в качестве характеристики виброизолирующих свойств упругих элементов, является то практическое соображение. что данная величина хорошо согласуется с повсеместно используемыми значениями статической жесткости или динамической жесткости на низких частотах. На высоких частотах, когда необходимо учитывать силы инерции, действующие в виброизоляторе (т е. волновые эффекты), поведение динамической жесткости становится более сложным. На низких частотах важны только силы упругости и демпфирования, поэтому динамическая жесткость на низких частотах слабо зависит от частоты и характер этой зависимости определяется только свойствами материала упругого элемента.

В общем случае переходная динамическая жесткость виброизоляторов зависит от температуры и начальной статической нагрузки. В дальнейшем предположено, что для виброизолятора выполнено условие линейности, определенное в 3.9. Более подробная информация об этом дана в приложении D.

Соотношения между переходной динамической жесткостью и другими частотными характеристиками приведены в приложении А. В реальных условиях испытаний выбор измеряемой характеристики движения — перемещения, скорости или ускорения — определяется соображениями практической целесообразности. Однако представление результатов в соответствии с требованиями, предусмотренными конкретным методом измерений, может потребовать проведения соответствующих преобразований.

Примечание — Для некоторых виброизоляторов значения статической жесткости и переходной динамической жесткости на низких частотах могут не совпадать.

5.2 Матрица динамической жесткости виброизолятора

5.2.1 Общие положения

Обычный подход к анализу сложных колебательных систем состоит в представлении элементов системы в виде блоков с известными передаточными матрицами (жесткости, податливости и т.д). Элементами матрицы являются частотные характеристики заданного вида, которые определяют линейные свойства системы. На основе информации о свойствах отдельной подсистемы можно рассчитать соответствующие характеристики ансамбля таких подсистем. Вышеупомянутые матрицы различных характеристик могут быть легко преобразованы друг в друга [1]. Однако в методах, описанных в настоящем стандарте и посвященных экспериментальному определению характеристик виброизоляторов в условиях действия постоянной статической нагрузки, рассматриваются только матрицы жесткости.

Общая схема описания передаточных свойств изолятора дана на рисунке 1.

Система состоит из трех блоков, представляющих, соответственно, источник вибрации, последовательность из п виброизоляторов и изолируемую конструкцию. Предполагается, что места соединений источника вибрации с виброизолятором и виброизолятора с изолируемой конструкцией можно рассматривать как точечные. Каждой точке соединения поставлены в соответствие обобщенный вектор силы F. состоящий из сил F и моментов М. действующих вдоль трех взаимно перпендикулярных координатных осей, и обобщенный вектор перемещения и, содержащий три составляющие поступательной вибрации и и три угловой г. На рисунке 1 показано только по одной составляющей для каждого из векторов: F₁. а,, Р₂ и и₂. Каждый из таких векторов состоит из 6п элементов, где п — число виб-роизоляторов.

Для того чтобы показать, что переходная жесткость холостого хода¹), определенная в 3.6 как переходная динамическая жесткость, удовлетворяет целям описания свойств виброизоляторов в большинстве практических случаев, рассмотрим далее работу виброизолятора как для простейшего случая однонаправленной вибрации, так и для случая колебаний в нескольких направлениях.

5.2.2 Один виброизолятор, одно направление вибрации

Условие равновесия виброизолятора в случае однонаправленной вибрации может быть выражено формулами:

^F\ * *1.1^W1 ⁺ *U^u2-    О)

f"₂ ~ *2,1^1 ⁺ *2 2^2"    (2)

где ку ^ и к_{2 2} — входные жесткости, полученные для условия, когда противоположная сторона виброизолятора заторможена (т.е. и₂ = 0 и и_у - 0 соответственно);

*1.2 ^и *2.1 — переходные жесткости холостого хода. т.е. отношения силы в заторможенной точке к перемещению в точке возбуждения. Для линейных виброизоляторов пассивного типа, в отношении которых справедлив принцип взаимности, справедливо равенство: k^₂=k_2V

На высоких частотах, где играют роль силы инерции, значения к^ и к_{2 2} отличаются друг от друга. На низких частотах, где во внимание можно принимать только упругие и диссипативные силы, все значения к/, равны между собой.

Примечание — Формулы (1) и (2) относятся к составляющим на какой-то одной частоте; F, и и, — комплексные функции времени. k_t у — комплексные величины.

' Переходная частотная характеристика называется характеристикой холостого хода в том случае, если ома получена в условиях, когда все точки измерения, кроме той. что совпадает с точкой возбуждения, принуждены к неподвижности (заторможены). В данном случае достаточно, если заторможена точка соединения виброизолятора с изолируемой конструкцией.

4

^2, blocking ⁼ l*2.ll^u1-    (¹⁰)

Таким образом, переходная жесткость холостого хода будет являться удобной характеристикой для описания виброакустических передаточных свойств виброизоляторов и в случае передачи многокомпонентной вибрации.

5.3    Необходимая полнота описания матрицы переходной жесткости холостого хода

В общем случае матрица переходной жесткости холостого хода одного виброизолятора [к₂ ^ состоит из 36 элементов. Однако симметрия конструкции вибро и золя тора приведет к тому, что большинство из этих элементов будут равны нулю. Для конструкций с центральной симметрией (круговой цилиндр или параллелепипед) число отличных от нуля элементов будет равно 10. а число различных значений, которое будут принимать эти ненулевые элементы. — 5 (см. приложение В. а также (2)).

На практике число элементов, необходимое для адекватного описания виброакустических передаточных свойств, даже меньше числа элементов, теоретически отличных от нуля. В случае поступательной вибрации, как правило, достаточно принимать в расчет только один, два или три диагональных элемента — соответственно, для вибрации только в одном направлении (обычно вертикальном) или двух, или трех взаимно перпендикулярных направлениях. Более подробная информация о необходимом для рассмотрения числе элементов матрицы жесткости дана в приложении С.

В некоторых специальных случаях большое значение имеют и степени свободы, связанные с угловыми колебаниями (см. приложение С). В 6.3.5 дана ссылка на соответствующие литературные источники, в которых указано, как получить параметры, связанные с угловой вибрацией, тем же способом. что и для поступательной вибрации.

5.4    Другие пути распространения вибрации

Модель, представленная на рисунке 1. так же как и формулы (1) — (10) справедливы только в том случае, если единственный путь передачи вибрации от источника к изолируемой конструкции лежит через виброизоляторы. На практике же могут существовать и побочные пути распространения вибрации — по механическим конструкциям или через окружающую среду. В каждом методе измерений влияние таких побочных путей на результаты измерений характеристик виброизолятора должно быть сведено к минимуму.

5.5    Коэффициент потерь

Цель настоящего стандарта — установить общие методы измерений частотно-зависимой переходной динамической жесткости упругого элемента к₂ Ряд пользователей, кроме того, может быть заинтересован в определении демпфирующих свойств виброизолятора. Стандартизация измерений характеристик демпфирования в настоящем стандарте не предусмотрена. Тем не менее, ниже дано теоретическое обоснование процедуры, как использовать данные о фазовом угле комплексной функции переходной динамической жесткости к₂ j для получения информации о демпфирующих свойствах виброизолятора.

Для общего представления о предмете достаточно рассмотреть случай, описанный в 5.2.2. — один виброизолятор и одно направление вибрации. Поскольку в настоящем стандарте рассмотрены только измерения, проводимые при заторможенной точке соединения виброизолятора с изолируемой конструкцией, формулы (1) и (2) можно свести к виду

F, = /с, it/,.    (11)

F₂ = *2.1«1-    (12)

На низких частотах, где силами инерции (или волновыми эффектами) можно пренебречь, соотношение между фазовым углом переходной динамической жесткости и характеристикой демпфирования упругого элемента имеет простой вид. В данной области частот частотно-зависимую жесткость можно аппроксимировать выражением

*^2.1*    (13)

Эту комплексную величину можно записать в виде

* = М¹ * in\    (¹⁴>

где к₀ — действительная часть к. Частотно-зависимый коэффициент потерь п определяет демпфирование в упругом элементе на низких частотах (см.3.7).

6