Identyfikacja wybranych wielkości dynamicznych płaskich mechanizmów dźwigniowych. Ocena stopnia niewyrównoważenia dynamicznego.

INSTYTUT KONSTRUKCJI MASZYN

LABORATORIUM

z TEORII

MECHANIZMÓW I MASZYN

nr ćw.: 3b

_{dynamicznych płaskich mechanizmów dźwigniowych.}

TEMAT: Identyfikacja wybranych wielkości

Ocena stopnia niewyrównoważenia dynamicznego.

1. Wprowadzenie

Jak powiedziano we wprowadzeniu do ćwiczenia 3a w trakcie złożonego ruchu płaskich mechanizmów dźwigniowych na ich ogniwa działają zmienne siły i momenty sił bezwładności. Wyrównoważenie statyczne ogranicza się do unieruchomienia środka ciężkości mechanizmu jako całości, co uzyskuje się poprzez odpowiednią korekcję mas ruchomych ogniw mechanizmu. W efekcie eliminuje się jedynie siły, lecz nie momenty sił bezwładności. Co więcej, poprzez zwiększenie mas ogniw ruchomych zwiększa ich masowe momenty bezwładności i w rezultacie zwiększa się przenoszenie dynamicznego momentu na fundament. Całkowite dynamiczne wyrównoważenie mechanizmu jest możliwe poprzez zmianę struktury mechanizmu np. zastosowanie zamiast struktury rzędowej układu cylindrów silników tłokowych układu przeciwbieżnego typu „bokser”. Nie zawsze jednak zmiana struktury jest możliwa (np. silniki jednocylindrowe). Wówczas stosuje się metodę pośrednią, która daje niepełny efekt wyrównoważenia dynamicznego i statycznego. Metoda ta polega na sprowadzaniu do zera sił bezwładności i momentów bezwładności pochodzących od kilku pierwszych harmonicznych przyspieszenia drgań.

2. Cel i zakres ćwiczenia

Ocena stopnia niewyrównoważenia dynamicznego. Identyfikacja prędkości obrotowej na podstawie wartości częstotliwości pierwszej harmonicznej przyspieszenia drgań.

3. Przebieg ćwiczenia

3.1. Zapoznanie się ze strukturą toru pomiarowego i zasadą działania jego podstawowych elementów.

3.2. Kalibracja toru.

Kalibracja toru pomiarowego polega na pomiarze wzorcowego sygnału harmonicznego znanej amplitudzie i częstotliwości. Źródłem sygnału wzorcowego jest elektrodynamiczny wzbudnik drgań. Na podstawie nomogramu na obudowie wzbudnika można odczytać, że dla zastosowanego piezoelektrycznego czujnika drgań uzyskuje dla częstotliwości ok. 79 [Hz]

wartość skuteczną przyspieszenia drgań aRMS ≈ 10 [m/s2].

0 0.5 1 1.5 2 20 10 0 10 20 13.872 13.872 − X1i 0 2 0 ti

Rys. 1. Przebieg czasowy sygnału

kalibrującego Rys. 2. Widmo sygnału kalibrującego

f [Hz] t [s] aRMS [m/s 2 ] aRMS [m/s 2 ]

Opracował dr inż. Stefan Chwastek

Kalibracja toru wprowadza wartość odniesienia, dzięki której możliwe jest mierzenie wielkości mechanicznych takich jak przyspieszenia, prędkości drgań, na podstawie pomiaru wielkości elektrycznych stanowiących ich analogi. Kalibracja toru pomiarowego umożliwia również wprowadzenie odpowiednich nastaw wzmocnienia sygnału mierzonego.

Powyżej przedstawiono na rysunkach zarejestrowany przebieg czasowy sygnału kalibrującego oraz jego widmo amplitudowo-częstotliwościowe.

3.3. Pomiar przyspieszenia drgań mechanizmu.

Czujnik piezoelektryczny za pośrednictwem magnesu przymocować do podstawy mechanizmu w okolicach pary przyostojowej. Oś czujnika, powinna po zamocowaniu mieć kierunek poziomy. Zabezpieczyć przewód elektryczny czujnika piezoelektrycznego, aby w czasie pomiaru nie został uszkodzony przez ruchome ogniwa mechanizmu. Przy tych samych nastawach wzmocnień sygnału, jakie przyjęto dla sygnału kalibrującego dokonać pomiaru i akwizycji przyspieszenia drgań. Przykładowy przebieg czasowy przyspieszeń drgań zarejestrowany dla mechanizmu o strukturze czworoboku przegubowego na rys. 3. Z kolei na rys. 4 przedstawiono widmo amplitudowo-częstotliwościowe sygnału przedstawionego na rys. 3.

Rys. 3. Przebieg czasowy przyspieszeń

drgań _{Rys. 4. Widmo przyspieszenia drgań}

Na podstawie zarejestrowanych przyspieszeń drgań można wnioskować o stopniu wyrównoważenia mechanizmu. Możliwa jest również identyfikacja prędkości obrotowej ogniwa napędowego na podstawie wartości częstotliwości pierwszej harmonicznej przyspieszenia drgań. Wystarczy zauważyć, że:

1

n 60 f= , (1)

gdzie: n - prędkość obrotowa ogniwa napędowego, f1 – wartość częstotliwości pierwszej

harmonicznej.

4. Wymagana zawartość sprawozdania

- schemat struktury toru pomiarowego,

- ocena wyrównoważenia mechanizmu na podstawie zarejestrowanych przyspieszeń drgań.

5. Pytania kontrolne

Wyjaśnić takie pojęcia jak: harmoniczna, wartość skuteczna przyspieszenia drgań. Identyfikacja prędkości obrotowej ogniwa napędowego na podstawie wartości częstotliwości pierwszej harmonicznej - geneza zależności (1). Zasada działania czujników przyspieszeń.

6. Literatura

[1] Morecki A., Oderfeld J. „Teoria maszyn i mechanizmów” PWN Warszawa 1987.

t [s] f [Hz] a RMS [ m /s 2 ] a RMS [m/s 2 ]