ГОСТ 28221-89 (МЭК 68-2-35-73)

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ

Ч а сть 2

ИСПЫТАНИЯ

ИСПЫТАНИЕ FDA: ШИРОКОПОЛОСНАЯ СЛУЧАЙНАЯ ВИБРАЦИЯ ВЫСОКАЯ ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ

Издание официальное

I

I

Москва

Стандартинформ

2006

ПРЕДИСЛОВИЕ

1.    Официальные решения или соглашения МЭК по техническим вопросам, подготоатенные техническими комитетами, в которых представлены все заинтересованные национальные комитеты. выражают с возможной точностью международную согласованную точку зрения по рассматриваемым вопросам.

2.    Эти решения представляют собой рекомендации для международного пользования и в этом виде принимаются национальными комитетами.

3.    В целях содействия международной унификации МЭК выражает пожелание, чтобы все национальные комитеты приняли настоящий стандарт МЭК в качестве своего национального стандарта. насколько это позволяют условия каждой страны. Любое расхождение с этим стандартом МЭК должно быть по возможности четко указано в соответствующих национальных стандартах.

ВВЕДЕНИЕ

Стандарт МЭК 68-2-35—73 подготовлен Подкомитетом 50А «Испытания на удар и вибрацию» Технического комитета МЭК 50 «Испытания на воздействие внешних факторов».

Первый проект обсуждался на совещании в Стокгольме в 1968 г. Следующий проект испытания обсуждался на совещании в Тегеране в 1969 г. В результате решений последнего совещания в феврале 1971 г. национальным комитетам был разослан окончательный проект на утверждение по Правилу шести месяцев — Документ 50А (Центральное бюро) 133.

За издание стандарта голосовали следующие страны:

Соединенное Королевство* Соединенные Штаты Америки Турция

Федеративная Республика Германия

Финляндия

Чехословакия

Швеция

Япония

Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии.

УДК 621.38:620.193:006.354    Группа    Э29

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов

Часть 2

ИСПЫТАНИЯ Испытание Fda: Широкополосная случайная вибрация Высокая воспроизводимость

Basic environmental testing procedures. Part 2. Tests. Test Fda: Wide band random vibration. High reproducibility

M КС 19.040 31.020

ОКСТУ 6000. 6100. 6200. 6300

Дата введения 01.03.90

1. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

Основные требования к испытанию на воздействие широкополосной случайной вибрации приведены в МЭК 68-2-34 (ГОСГ 28220). Кроме того, были установлены три возможные степени воспроизводимости: высокая, средняя и низкая, которые обозначаются соответственно как испытания Fda, Fdb и Fdc. Каждое из них представлено отдельным стандартом с рекомендуемым методом подтверждения. Все сведения, которые требуются разработчику соответствующей нормативно-технической документации (далее — НТД) изложены в МЭК 68-2-34 (ГОСТ 28220). Сведения, необходимые ннженеру-нспьггатслю. изложены в МЭК 68-2-35 (ГОСТ 28221), МЭК 68-2-36 (ГОСТ 28222). МЭК 68-2-37 (ГОСТ 28223) в зависимости от того, какое испытание требуется.

Рекомендуется, чтобы все заинтересованные лица, руководствующиеся МЭК 68-2-34 (ГОСТ 28220), использовали и настоящий стандарт.

В настоящем стандарте часто упоминаются два особо важных термина из области воздействия случайной вибрации.

Определение этих терминов приведено ниже.

Спектральная плотность ускорения (СНУ) — спектральная плотность ускорения случайной вибрации, выраженная в единицах «ускорение в квадрате, деленное на частоту. g²/Tu».

Спектр СПУ — определяет закон изменения СПУ в пределах частотного диапазона.

2. ЦЕЛЬ

Цель испытания — определение способности элементов и аппаратуры выдерживать воздействие случайной вибрации заданной степени жесткости.

Испытание на воздействие случайной вибрации применимо к элементам и аппаратуре, которые в условиях эксплуатации могут подвергаться воздействиям вибраций, имеющим случайный характер. Целью испытания является выявление возможных механических повреждений и (или) ухудшения заданных характеристик изделия, а также использование указанных данных наряду с требованиями соответствующей НТД для решения вопроса о пригодности образца.

Во время проведения испытания образец подвергают вохдействию случайной вибрации с заданным уровнем в пределах широкой полосы частот. Вследствие сложной механической реакции образца и его крепления это испытание требует особой тщательности при его подготовке, проведении и установлении соответствия параметров заданным требованиям.

Перепечатка воспрещена

© Издательство стандартов, 1989 © Стандартннформ, 2006

3. КРЕПЛЕНИЕ И КОНТРОЛЬ

3.1    Крепление

Образец крепит на испытательной установке в соответствии с требованиями МЭК 68-2-47 (ГОСТ 28231).

3.2    Контрольные и измерительные точки

Испытательный режим контролируется измерениями в контрольной и измерительных точках в зависимости от точек крепления образца.

В случае большого количества малогабаритных образцов, установленных на одном крепежном приспособлении, если самая низкая резонансная частота крепежного приспособления под нагрузкой выше верхнего предела частоты испытания/». контрольные и (или) измерительные точки могут быть связаны с крепежным приспособлением, а не с точками крепления образца.

3.2.1.    Точка крепления

Точкой крепления называется часть образца, которая находится в контакте с крепежным приспособлением или вибрационным столом и является обычно местом крепления при эксплуатации. Если образец крепят к вибрационному столу с помощью крепежного приспособления, то точками крепления образца считаются точки крепления этого приспособления, а нс образца.

3.2.2.    Измерительная точка

Измерительной точкой является обычно точка крепления. Она должна быть расположена как можно ближе к точке крепления изделия и в любом случае должна быть жестко связана с ней.

Если имеется четыре или менее точек крепления, то каждая точка крепления должна рассматриваться как измерительная. Если имеется более четырех точек крепления, то в соответствующей НТД следует указать четыре характерные точки, которые должны использоваться как измерительные.

Примечание. Дли больших и (или) сложных образцов измерительные точки должны быть указаны в соответствующей НТД.

3.2.3.    Контрольная точка

Контрольная точка является единственной точкой, из которой получают контрольный сигнал, соответствующий требованиям испытания, и которая используется для получения информации о движении образца. Такой точкой может быть измерительная или воображаемая точка, полученная при ручной или автоматической обработке сигналов из измерительных точек.

Если используется воображаемая точка, то спектр контрольного сигнала определяется как среднеарифметическое значений СНУ всех измерительных точке на каждой частоте. В этом случае кумулятивное (суммарное) среднее квадратическое значение контрольного сигнала эквивалентно среднему квадратическому значению всех средних квадратических значений сигналов, полученных в измерительных точках.

В соответствующей НТД должна быть указана точка, которую следует использовать как контрольную. или способ, с помощью которого она может быть выбрана. Для больших и (или) сложных образцов рекомендуется использовать воображаемую контрольную точку.

4. СНЯТИЕ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОБНАРУЖЕНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЧАСТОТ

Допуски, приведенные для испытания на синусоидальную вибрацию в МЭК 68-2-6 (ГОСТ 28203), должны применяться на всех стадиях снятия частотной характеристики и обнаружения резонансных частот.

4.1. Амплитуда синусоидальной вибрации

Если в соответствующей НТД не указано особо, амплитуда синусоидальной вибрации, которая используется аля обнаружения резонансных частот и снятия частотной характеристики, определяется заданным уровнем СПУ (см. табл. I). В данном случае в контрольной точке должно поддерживаться амплитудное значение ускорения. В том случае, когда в процессе выдержки на воздействие случайной вибрации используется воображаемая контрольная точка, синусоидальная вибрация должна быть приложена в измерительной точке.

ГОСТ 28221-89 С. 3

Таблица 1 Заданный уровень Амплитуда синусоидальной вибрации (пиковые значения) (м • с-^/Гц <*:/Гч) ы c’*(j) <4.8 (<0.05) 9.8 (1.0) 4.8-19.2 (0.05-0.2) 14.7 (1.5) >19.2 (>0.2) 19.6 (2.0)

4.2. Методика снятия частотной характеристики

Для методов подтверждения СПУ всегда требуется снятие частотной характеристики в основном напраатснии движения в контрольной точке, при этом образец должен быть закреплен на столе вибростенда.

Сигнал синусоидальной вибрации должен проходить частотный диапазон от / до /у и обратно при скорости качания, не превышающей I октавы в минуту. Во время качания амплитуда синусоидальной вибрации в контрольной точке должна поддерживаться постоянной в соответствии с п. 4.1 в течение времени, достаточного для измерения напряжения переменного тока, подаваемого на вход усилителя мощности.

Зависимость измеряемого напряжения от частоты есть в первом приближении величина, обратная частотной характеристике. Учитывая ограниченное смешение вибростенда. амплитуда ускорения синусоидальной вибрации может быть уменьшена на низкочастотном участке диапазона, что следует принимать во внимание при расчете частотной характеристики.

Ускорение должно измеряться во всех измерительных точках. Измерения в поперечном направлении должны выполняться в соответствии с п. 5.3. При снятии частотной характеристики допускается применение выравнивателей вибратора (устройств, применяемых для корректировки характеристики ненагруженного вибратора), фильтров нижних частот (срезают частоты выше /у), фильтров верхних частот (срезают частоты ниже /|) и других типов фильтров с широкой полосой пропускания. Узкополосные выравниватели, такие как фильтры «пик — провал», не должны использоваться во время этих измерений.

Отношение амплитуды пика к амплитуде провала Л_р/А_п (рис. I) определяется как отношение максимального и минимального значений частотной характеристики. Это отношение может быть измерено без использования точного измерителя частоты.

Отношение частоты пика—провала (В^) (рис. 2) рассчитывают по формуле

где f_p — частота пика; f„ — частота провала.

Эти измерения могут быть выполнены только с использованием точного измерителя частоты. Методы подтверждения спектра СНУ, приведенные в приложениях А и В, основаны на отборе результатов испытания на наиболее жестких парах «пик—провал». Если необходимо использовать

отношение частоты пика—провала, то величины Ар/А„ и /^должны быть измерены для нескольких нар (четыре пары на рис. 2), а погрешность анализа и остаточную пульсацию определяют для каждой пары для того, чтобы найти самую жесткую.

Пары •ник—провал»

4.3. Метол обнаружения резонанса

Если в соответствующей НТД предусматривается обнаружение резонанса, то в некоторых случаях предварительное обнаружение резонанса может производиться одновременно со снятием частотной характеристики. Полное синусоидальное качание должно быть произведено в обоих направлениях по всему диапазону частот.

Во время обнаружения резонансов образец следует проверить, чтобы определить частоты, на которых:

выявляются повреждения образца и (или) ухудшение параметров, зависящих от вибрации:

возникают механические резонансы.

Качание может прерываться для более тщательного исследования явления резонанса и определения точного значения резонансной частоты.

Во время предварительного обнаружения резонанса все частоты и амплитуды, на которых этих явления возникают, должны регистрироваться для сравнения с амплитудами и частотами, выявленными при заключительном обнаружении резонанса. В соответствующей НТД должно быть указано, что следует предпринять, если возникнет какое-либо изменение резонансной частоты.

Во время обнаружения резонанса образец должен находиться в рабочем состоянии, если это возможно. В том случае, когда механические характеристики вибрации не могут быть оценены вследствие функционирования образца, следует провести дополнительное обнаружение резонанса при условии, что образец находится в нерабочем состоянии.

Любые устройства для определения степени воздействия вибрации на внутренние части (детали) образца не должны значительно влиять на динамические характеристики образца в целом.

Может оказаться необходимым предусмотреть период времени в конце выдержки, во время которого образец достигнет того же состояния, что и в исходный момент предварительного обнаружения резонанса, например, в отношении температуры.

5. ТРЕБОВАНИЯ К ПАРАМЕТРАМ ВИБРАЦИИ

5.1.    Основное движение

Основное движение точек креплении образца должно быть прямолинейным и стохастическим с нормальным (гауссовым) распределением мгновенных значений ускорения. Измерительные и контрольные точки должны иметь идентичное движение.

5.2.    Распределение

Распределение мгновенных значений ускорения в контрольной точке должно быть нормальным в пределах диапазона допусков, указанных на рис. 3. Если используется воображаемая точка, то указанное распределение относится к измерительной точке.

ГОСГ 28221-89 С. 5

Примечание. Для большинства испытаний на воздействие случайной вибрации распределение попадает в диапазон допусков, поэтому подтверждение необходимо только в исключительных случаях. Тем нс менее там. где это возможно, рекомендуется визуально наблюдать форму волны ускорения для того, чтобы быть уверенным, что пики по крайней мере в 2.5 раза превышают средние квадратические значения сигнала случайной вибрации.

5.3. Требования к спектру СНУ и кумулятивному среднему квадратическому значению ускорения

Уровень СПУ и частотный диапазон устанавливаются в соответствующей НТД. Спектр СПУ должен быть таким, как указано на рис. 4. Все эти значения в совокупности определяют номинальное кумулятивное среднее квадратическое значение ускорения, приведенное в табл. За и 36.

Допуски на истинное значение спектра СПУ и кумулятивное среднее квадратическое значение ускорения указаны в табл. 2. Как видно из табл. 2, допуски на кумулятивное среднее квадратическое значение ускорения более жесткие, чем на СПУ.

Табл и ца 2

Диапазон допусков. дБ

Истинное значение СПУ Истинное кумулятивное среднее квадратическое зна-ченнс ускорения (ОТ /| до/;> в основном направлении » основном направлении в поперечном направлении Контрольная точка Измерительная точка Измерительная точка (точки) Контрольмая точка ±3.0 ±5.0 <+5.0 ± 1.0

Cnekip СПУ и лиапам>н допусков

СПУ'М

Н\ — верхняя граница диапазона допусков. высокая воспроизводимость; Н_: — нижняя граница диапазона допусков, высокая воспроизводимость; N — заданная СПУ (номинатьныИ спектр)

Рис. 4

Таблица За

Кумулятивные средние квадратические значения ускорения

Заданный диапазон частот от /| до />. Гц

Заданная СПУ *7Ги 5-150 5-200 10-150 10-200 20-150 20-200 20- 500 20- 2000 20- 5000 50-500 50- 2000 50- 5000 Кумулятивное среднее кваэратическое значение ускорения . g 0.0005 0.27 0.31 0.26 0.31 0.26 0.30 0.49 1.0 1.6 0.47 1.0 1.6 0.001 0.38 0.44 0.37 0.44 0.36 0.43 0.69 1.4 2.2 0.67 1.4 2.2 0,002 0.54 0.63 0.53 0.62 0.51 0.60 0.98 2.0 3,2 0.95 2.0 3.2 0.005 0.85 0.99 0.84 0.98 0.81 0.95 1.6 3.2 5.0 1.5 3.1 5.0 0.01 1.2 1.4 1.2 1.4 1.1 1.3 2.2 4.5 7.1 2.1 4.4 7.0 0.02 1.7 2.0 1,7 1.9 1.6 1.9 3,1 6.3 10 3.0 6.3 10 0.05 2.7 3.1 2.6 3.1 2.6 3.0 4.9 10 16 4.7 10 16 0.1 3.8 4.4 3.7 4.4 3.6 4.3 6.9 14 22 6.7 14 22 0.2 5.4 6.3 5,3 6,2 5.1 6.0 9.8 20 32 9.5 20 32 0.5 8.5 9.9 8.4 9.8 8.1 9.5 16 32 50 15 31 50 1.0 12 14 12 14 II 13 22 45 71 21 44 70 2,0 17 20 17 19 16 19 31 63 100 30 63 100 5.0 27 31 26 31 26 30 49 100 158 47 100 157 10.0 38 44 37 44 36 43 69 141 223 67 140 222

Примечание. 13 таблице приведены кумулятивные средние квадратические значения ускорения в единицах g для спектра прямоугольной формы для каждого частотного диапазона и каждой СПУ.

Таблица 36 Кумулятивные средние кватратические значении ускорения Заданный диапазон частот от / до /;, Гц

Заданная СПУ. (мс"2Я/Ги 5-150 5-200 10-150 10-200 20-150 20- 200 20- 500 20- 2000 20- 5000 50- 500 50- 2000 50- 5000 Кумулятивное среднее квадратическое значение ускорения. мс-2 0.048 2.65 3.04 2.55 3.04 2.55 2.94 4.81 9.81 15.7 0.46 9.81 15.7 0.096 3.73 4.32 3.62 4.31 3.53 4.22 6.77 13.7 21.6 0.66 13.7 21.6 0.192 5.30 6.20 5.20 6.08 5.00 5.89 9.61 19.6 31.4 0.93 19.6 31.4 0.48 8.33 9.71 8.24 9.61 7.95 9.32 15.7 31.4 49.1 1.47 30.4 49.1 0.96 11.8 13.7 11.8 13.7 10.8 12.8 21.6 44.1 69.7 2.06 43.2 68.7 1.92 16.7 19.6 16.7 18.6 15.7 18.6 30.4 61.8 98.1 2.94 61.8 98.1 4.8 26.5 30.4 25.5 30.4 25.5 29.4 48.1 98.1 157 4.61 98.1 157 9.6 37.3 43.2 36.2 43.1 35.3 42.2 67.7 137 216 6.60 137 216 19.2 53.0 62.0 52.0 60.8 50.0 58.9 96.1 196 314 9.32 196 314 48 83.3 97.1 82.4 96.1 79.5 93.2 157 314 491 14.7 304 491 96 118 137 118 137 108 128 216 441 697 20.6 432 687 192 167 196 167 186 157 186 304 618 981 29.4 618 981 480 265 304 255 304 255 294 481 981 1570 46.1 981 1570 960 373 432 362 431 353 422 677 1370 2160 66.0 1370 2160

Примечание. В таблице приведены кумулятивные средние квадратические значения ускорения в единицах мс-2 для спектра прямоугольной формы для каждого частотного диапазона и каждой СПУ.

Спектр СПУ выше верхнего предела частоты /2 до 2/у должен быть ниже наклона 6 дБ на октаву, как показано на рис. 4. Кроме того, среднее квадратическое значение ускорения в полосе частот от/2 до IO/2 или 10 кГц (берется меньшее значение) не должно превышать 25 % (—12 дБ) кумулятивного среднего квадратического значения ускорения, необходимого в заданном диапазоне частот.

Измерения ускорения для подтверждения требований к вибрационному движению необходимо проводить в основном направлении во всех измерительных и контрольных точках. Измерение ускорения должно также проводиться в двух перпендикулярных поперечных направлениях в измерительной точке, наиболее отстоящей от центра плоскости крепления. Для больших изделий рекомендуется измерять ускорение в поперечном направлении в нескольких измерительных точках.

Подтверждение допусков СГ1У может проводиться любым методом, соответствуюшим данным допускам. Поскольку подтверждение допусков СПУ вызывает значительные технические трудности. рекомендуется, чтобы выбор метода подтверждения осуществлялся в соответствии с методами, приведенными в приложениях А — С. Руководство по выбору метода подтверждения по разд. 6.

Примечание. В особых случаях, когда задан спектр определенной формы, также мог>т быть использованы методы подтверждения, приведенные в приложениях А—С. Следует иметь в виду, что для подтверждения уровня СПУ в воображаемой контрольной точке нс допускается автоматическая обработка сигналов измерительных точек с помощью аналнзатора без коррекции таких источников погрешностей, как ширина полосы частот аиализатора, время выборки и т. д.

5.4 Кумулятивные средние квадратические значения ускорения в пределах заданного диапазона частот

Требуемые значения кумулятивного среднего квадратического значения ускорения приведены в табл. За и 36. Для их подтверждения следует применять фильтр нижних частот. Этот фильтр имеет частоту среза (точка 3 дБ) на частоте/■>. Если ширина полосы частот на уровне 3 дБ отличается более чем на 2 % эквивалентной ширины полосы частот шума, получаемой при измерении мощности на выходе фильтра, на вход которого подается сигнал белого шума, то это обстоятельство следует учитывать при использовании вычисленных средних квадратических значений, приведенных в табл. За и 36.

П р к м с ч а н и с. Для подтверждения кумулятивного среднего квадратического значения ускорения сигнала воображаемой контрольной точки допускается автоматическая обработка сигналов измерительных точек с помощью анализатора.