SPRAWOZDANIE z dynamicznych pomiarów

ŁódĨ.11-08-2010.
Sprawozdanie nr. 27/2/2010
SPRAWOZDANIE
z dynamicznych pomiarów platformy antywibracyjnej konstrukcji firmy
PRO AUDIO BONO, Mysiadło ul. Polnych Kwiatów 21.
TreĞü sprawozdania:
1.
2.
3.
4.
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
str:
Metodyka pomiarów .................................................................................................. 2
Wnioski z pomiarów .................................................................................................. 2
Zalecenia ................................................................................................................... 4
Wyniki pomiarów ....................................................................................................... 4
Tabela 0. Tabela rezonansów platformy antywibracyjnej dla kierunków A, H, V........ 5
Wykres 0. Charakterystyka rezonansowa platformy antywibracyjnej dla kierunków
pomiaru A, H, V ......................................................................................................... 6
Tabela 1. Drgania maszyny testowej w róĪnych warunkach podparcia ................... 7
Wykres 1. Charakterystyki amplitudowo czĊstoĞciowe łoĪyska nr.1 wykonane na
swobodnym wybiegu maszyny testowej posadowionej na posadzce betonowej ..... 8
Wykres 2. Charakterystyki amplitudowo-czĊstoĞciowe łoĪyska nr.1 wykonane na
swobodnym wybiegu maszyny testowej posadowionej na platformie
antywibracyjnej ........................................................................................................ 9
Wykres 3. Charakterystyki amplitudowo-czĊstoĞciowe łoĪyska nr.1 wykonane na
swobodnym wybiegu maszyny testowej posadowionej na płycie i stopkach
antywibracyjnych wariant 1. ................................................................................... 10
Wykres 4. Charakterystyki amplitudowo-czĊstoĞciowe łoĪyska nr.1 wykonane na
swobodnym wybiegu maszyny testowej posadowionej na płycie i stopkach
antywibracyjnych wariant 2. ................................................................................... 11
Wykres 5. Charakterystyki amplitudowo-czĊstoĞciowe łoĪyska nr.1 wykonane na
swobodnym wybiegu maszyny testowej posadowionej na płycie i sprĊĪynach ..…12
Tabela 2. Profilogram drgaĔ platformy antywibracyjnej wymuszonych pracą
maszyny testowej .................................................................................................. 13
1
1. Metodyka pomiarów.
Celem wykonanych pomiarów dynamicznych platformy antywibracyjnej konstrukcji firmy
PRO AUDIO BONO było poznanie właĞciwoĞci dynamicznych platformy, opisanie drgaĔ
własnych i zachowaĔ dynamicznych w kontekĞcie póĨniejszych jej zastosowaĔ jako
podstawy do sprzĊtu audio-wideo. Pomiary wykonano w dwóch etapach.
Etap 1. Wykonanie pomiarów drgaĔ własnych górnej płyty platformy w trzech
kierunkach A, H, V, przy róĪnych obciąĪeniach masą testową w zakresie do 46,7 kg,
symulującą ewentualne obciąĪenie sprzĊtem. Pomiary wykonano zgodnie z poniĪej
naniesionym schematem pomiarowym.
Zastosowano metodĊ wymuszeĔ płyty górnej dla kierunku A i H przez jej odchylanie
od stanu równowagi, dla kierunku V przez udarowe wymuszanie drgaĔ. Pomiary wykonano
przy pomocy sprzĊtu komputerowego ksd.400 Sensor oraz piezoelektrycznego czujnika
drgaĔ typu PCB/UM353 (masa 5 g), przymocowanego do płyty górnej przy pomocy
obustronnie klejonej taĞmy. Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli 0. i na wykresie 0.
Etap 2. Wykonanie pomiarów dynamicznych z maszyną testową posadowioną na
płycie górnej w sposób opisany w pomiarach 1-5 tabeli 1. Maszyną testową była szlifierka z
dwoma rozwaĪonymi wirnikami, generującymi drgania (prĊdkoĞci wirowania 2960 obr/min,
ciĊĪar maszyny 9,5 kg). Podczas eksperymentu nie zmieniano wielkoĞci wymuszeĔ –
niewywagi wirników. Bez wyłączania posadowiono ją w róĪnych wariantach opisanych w
tabeli 1. Maszyna była wyposaĪona w 3 czujniki drgaĔ mocowane do korpusu łoĪyska 1,
dodatkowo mierzone były obroty wału w celu utworzenia charakterystyk wybiegowych
zawartych w tym opracowaniu w postaci wykresów 1-5.
W dalszej kolejnoĞci tego etapu badaĔ wykonano profilogram drgaĔ konstrukcji wsporczej
maszyny antywibracyjnej w jej punktach charakterystycznych, naniesionych na schemacie
pomiarowym tabeli 2. Pomiary te wykonano przy stałych obrotach szlifierki – takim samym
poziomie wymuszeĔ dynamicznych. Wyniki tych pomiarów przedstawiono w tabeli 2. Do tych
pomiarów uĪyto czujnika PCB/UM353.
2. Wnioski z pomiarów.
Do oceny dynamicznej konstrukcji wsporczej platformy antywibracyjnej Pro Audio Bono
przyjĊto nastĊpujące kryteria ocen:
- kryterium 1. – w paĞmie słyszalnym dla człowieka i zakresie czĊstotliwoĞci odtwarzanego
dĨwiĊku (16-20 000 Hz) nie mogą wystĊpowaü drgania własne – rezonanse konstrukcji;
- kryterium 2. – wystĊpuje dobra dynamiczna separacja wzajemna na linii płyta górna i
podłoĪe i odwrotnie – podłoĪe i płyta górna;
- kryterium 3. – jest zachowana izotropowoĞü sztywnoĞci drgaĔ w trzech kierunkach
pomiaru: A, H, V, co w praktyce objawia siĊ zbliĪonymi wartoĞciami drgaĔ własnych
dla poszczególnych kierunków pomiarowych.
2
2.1. Z etapu 1. pomiarów dynamicznych przedstawionych w tabeli 0. i na wykresie 0.
wynikają niskie wartoĞci drgaĔ własnych (4 Hz) górnej płyty platformy antywibracyjnej dla
kierunków pomiaru H i A (w poziomie). Jest wiĊc spełnione kryterium 1. Wynikłe róĪnice
drgaĔ własnych dla kierunków pomiarowych H (3,75 Hz) i A (4,00 Hz) – pomiar bez masy,
naleĪy uznaü za dopuszczalne, a sztywnoĞü podparcia w H i A naleĪy zaliczyü do
izotropowych. Jest spełnione kryterium 3. Drgania własne dla kierunku V (w pionie)
nieobciąĪonej płyty wynoszą 14 Hz, a wiĊc są znacznie wyĪsze od sztywnoĞci zmierzonej w
kierunkach H i V. SztywnoĞü kierunku V podpory uznaje siĊ za anizotropową w stosunku do
sztywnoĞci kierunków H i A. Nie jest wiĊc spełnione kryterium 3. Tutaj trzeba jednak dodaü,
Īe czĊstotliwoĞü pionowych drgaĔ płyty górnej platformy antywibracyjnej (kierunek V) jest
mniejsza od dolnej wartoĞci granicznej pasma słyszalnego. MoĪna wobec tego
przypuszczaü, Īe drgania płyty w tym kierunku nie bĊdą ograniczały bardzo dobrych
właĞciwoĞci antyrezonansowych platformy Pro Audio Bono, wykorzystywanej w trakcie
odtwarzania dĨwiĊków, czy obrazów.
Przy obciąĪeniu masą testową do 10 kg szczyt rezonansu dla kierunku V wynosi 14
Hz, zaĞ zakres rezonansowy (10-16) Hz (dla platformy posadowionej na blacie stołu). Po jej
posadowieniu na stoliku antywibracyjnym uzyskano natomiast odpowiednio: 17 Hz oraz 1518 Hz. Są to wyniki na pograniczu zakresu kryterium 1. NaleĪy dodaü, Īe wraz z
dociąĪaniem masą testową drgania własne obniĪają swoją wartoĞü, co pozytywnie wpływa
na odstrojenie siĊ od czĊstotliwoĞci (16-20 000) Hz.
Dla kierunku pomiarowego H drgania rezonansowe po obciąĪeniu masą testową 46,7
kg obniĪyły siĊ z 3,75 na 2,50 Hz. Przebieg zmian czĊstotliwoĞci rezonansowych dla
poszczególnych kierunków pomiaru zobrazowano na wykresie 0. Naniesione na wykresie 0.
drgania dla kierunku V o niezmiennej wartoĞci 2 Hz naleĪy zaliczyü do drgaĔ wynikłych ze
sposobu wymuszeĔ (metoda udarowa). Na tym etapie badaĔ trudno je wiĊc zaliczyü do
drgaĔ krytycznych – rezonansowych. Interpretacja i kwalifikacja tych drgaĔ wymaga
dalszych badaĔ.
2.2. Wyniki pomiarów dynamicznych etapu 2. przedstawiono w tabeli 1. i na
wykresach 1-5. Podczas pomiarów w maszynie testowej zmieniano sztywnoĞü jej podparcia i
obserwowano wpływ tego na dynamikĊ. Poziom wymuszeĔ dynamicznych maszyny był ten
sam w róĪnych stanach pomiaru, dlatego teĪ uzyskane róĪnice jej drgaĔ są tylko rezultatem
zmian sztywnoĞci podparcia. Drgania dla kierunku V przy stałych obrotach 2960/min i
sztywnym podparciu maszyny wynoszą 18,6 mm/s (pom.1.) oraz przykładowo 9,16 mm/s
przy posadowieniu maszyny na platformie (pom. 2.) i 6,20 mm/s po jej ustawieniu na
sprĊĪynach (pom. 5.). ĝwiadczy to o wielkim wpływie sposobu podparcia maszyny
testowej na wielkoĞü jej drgaĔ i wystĊpowanie czĊstotliwoĞci krytycznych –
rezonansowych.
W tabeli 1. przedstawiono szczyty czĊstotliwoĞci rezonansowych maszyny testowej,
których wartoĞci odczytano z wykresów 1-5. Z wykonanego zestawienia (jak równieĪ z
charakterystyk) wynika, Īe rezonanse zaleĪą przede wszystkim od sztywnoĞci podparcia
maszyny. Wysokie drgania maszyny w kierunku V – 18,6 mm/s posadowionej na posadzce
ceramicznej (pomiar 1.) wynikają z rezonansowego oddziaływania podparcia i sztucznego
zawyĪenia drgaĔ dla tego kierunku pomiaru, szczyt czĊstotliwoĞci rezonansowych wynosi
2600, a obroty wirnika – 2960/min, a wiĊc znajdujĊ siĊ w zakresie oddziaływania rezonansu.
Zastosowanie platformy antywibracyjnej PAB (pom. 2.) spowodowało obniĪenie sztywnoĞci
podparcia maszyny i obniĪenie czĊstotliwoĞci rezonansowej z 2600 na 1150 obr/min oraz
odsuniĊcie czĊstotliwoĞci rezonansowych od obrotów pracy i stąd obniĪenie dynamiki
maszyny. Po posadowieniu maszyny na platformie w zakresie pomiarowym, nie było
rezonansu dla poziomego kierunku H. To znaczy, Īe przemieĞcił siĊ on poniĪej dolnej
granicy czĊstotliwoĞci, przy której wykonano pomiary.
Z wykonanych pomiarów płyty posadowionej na stopkach antywibracyjnych w wariancie
konstrukcyjnym 1. i 2. wynika, Īe uzyskane rezonanse dla kierunku V (1780 i 1660 obr/min)
są wyĪsze niĪ dla platformy antywibracyjnej (1150 obr/min). Ten wynik pozwala wnioskowaü,
3
Īe sztywnoĞü podparcia na stopkach antywibracyjnych jest wiĊksza niĪ na platformie i
dlatego uznaje siĊ, Īe jest to gorszy sposób podparcia (warto tu jednak zauwaĪyü, Īe
rezonanse dla kierunku V na stopkach antywibracyjnych są prawie o 40% niĪsze od wartoĞci
uzyskanych na podłoĪu sztywnym). Znamienna jest takĪe róĪnica czĊstotliwoĞci dla
wariantów 1. i 2.
RóĪne kształty krzywych wybiegowych, lokalizacji rezonansów dla kierunków pomiaru H i V
pomiaru przy odmiennych podparciach maszyny testowej, uzyskane w pomiarach 1-4
(tabela 1.), wynikają z duĪej asymetrii drgaĔ – anizotropowoĞci sztywnoĞci podparcia. Nie
jest wiĊc spełnione kryterium 3. Najlepsze parametry posadowienia dla maszyny testowej
uzyskano w pom.5. – po ustawieniu płyty ze sklejki olchowej na sprĊĪynach. Uzyskane
czĊstotliwoĞci rezonansowe 6,3 i 8,0 Hz spełniają warunki kryterium 1. i 3., a wiĊc z
fizycznego punktu widzenia są najlepszym sposobem podparcia maszyny testowej.
2.3. W celu sprawdzenia właĞciwoĞci poprawnej separacji dynamicznej płyty górnej i
podstawy platformy antywibracyjnej wykonano profilogramy ich drgaĔ. Wyniki tych pomiarów
zestawiono w tabeli 2. PłytĊ górną pobudzono do drgaĔ przy pomocy maszyny testowej, a
nastĊpnie pomierzono drgania w charakterystycznych miejscach konstrukcyjnych platformy
antywibracyjnej. Drgania jej płyty górnej przedstawiono w punktach 1,4,7 i 10., drgania płyty
noĞnej – w punktach 2,5,8 i 11., a drgania posadzki ceramicznej – w punktach 3,6,9 i 12. Z
wykonanych analiz wynika, Īe drgania płyty noĞnej dla kierunku pomiaru H i A są niskie
(rzĊdu 0,4 mm/s) i niewiele róĪnią siĊ od tła drgaĔ zobrazowanych przez punkty posadzki.
MoĪna wiĊc stwierdziü, Īe platforma antywibracyjna PAB ma bardzo dobre warunki
separacyjne w poziomie (kierunki A i H). Dla tych kierunków drgania jej płyty górnej,
wymuszone pracą maszyny testowej, są prawie w całoĞci niwelowane na ciĊgnach –
zawiesiach. Natomiast dla kierunku pionowego (V) niektóre drgania przenoszą siĊ z płyty
górnej na noĞną (i odwrotnie). NaleĪy wiĊc uznaü, Īe w badanym urządzeniu kierunek
pionowy jest gorzej separowany. JeĞli jednak wziąü pod uwagĊ, Īe w pomieszczeniach
odsłuchowych i salach kina domowego (gdzie najczĊĞciej bĊdzie wykorzystywana platforma
antywibracyjna PAB), przewaĪają wibracje poziome, związane głównie z pracą kolumn
głoĞnikowych, wiĊksze drgania pionowe (ale przecieĪ balansujące na granicy pasma
słyszalnego) są nieszkodliwe i w niewielkim stopniu obniĪają walory uĪytkowe tej platformy.
2. Zalecenia.
Na podstawie wyników badaĔ dynamiki platformy antywibracyjnej Pro Audio Bono naleĪy
sugerowaü jej twórcom potrzebĊ testowania nowych rozwiązaĔ i materiałów
konstrukcyjnych, które pozwolą obniĪyü w pionowe drgania własne tej konstrukcji i poprawiü
wzajemne zdolnoĞci separacyjne połączenia płyt. Pomiary na maszynie testowej dowodzą,
Īe najlepiej byłoby w tym celu zastosowaü sprĊĪyny o odpowiedniej sztywnoĞci. Praktyka –
doĞwiadczenie producenta, pokazuje jednak, Īe w pomieszczeniach odsłuchowych, gdzie
wystĊpują ciągłe drgania związane z pracą głoĞników, bĊdą one stale pobudzane i mogą
wpływaü na tzw. kołysanie siĊ dĨwiĊku, z powyĪszym moĪna sugerowaü przekonstruowanie
platformy antywibracyjnej i wykorzystanie w nich kilku warstw materiałów pochłaniających
drgania, takich jak guma, teflon, filc czy małe piłki gumowe. Te proste sposoby powinny
wystarczyü do obniĪenia drgaĔ własnych o połowĊ (do ok. 6-7 Hz), a wiĊc sprowadzenia ich
znacznie poniĪej dolnej granicy pasma słyszalnego przez człowieka i poprawienia zdolnoĞci
separacyjnych z podłoĪem.
4
Tabela - 0. Tabela rezonansów platformy antywibracyjnej dla kierunków
pomiaru A, H, V w funkcji obciąĪenia masą testową górnej płyty. Data
pomiarów 05-08-2010.
Kierunek
pomiaru
(schem.)
H
A
Nr.
pom.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
V
14
15
Zakres
czĊstotliwoĞci
rezonansowych
[Hz]
2,75 – 4,75
2,50 – 4,00
2,25 – 3,75
2,50 – 3,50
1,75 – 3,00
1,75 – 3,00
3,00 – 4,75
3,00 – 4,00
2,50 – 3,50
2,5 – 3,50
1,00- 6,00
10,00 – 16,00
1,00 – 6,00
10,00 – 16,00
1,00 – 6,00
8,00 – 14,00
1,00 – 6,00
8,00 – 14,00
1,00 – 6,00
15,00 – 18,00
Szczyt
czĊstotliwoĞc
i rezonansu
[Hz]
3,75
3,37
3,25
3,00
2,50
2,50
4,00
3,50
3,00
2,75
2,00
14,00
2,00
14,00
2,00
10,0
2,00
10,00
2,00
17,00
Masa testowa
[kg]
0
7,2
13,0
20,5
36,7
46,7
0
7,2
21,4
32,4
0
Uwagi:
Platforma
antywibracyjna
posadowiona na
blacie stołu.
10,0
21,4
31,4
21,4
Platforma
posadowiona na
blacie szafki
antywibracyjnej.
Uwagi:
1. Wyniki pomiarów zawarte w tabeli zobrazowano na wykresie „Wykres – 0”.
2. Kierunki pomiaru A, H, V zgodne ze schematem pomiarowym.
5
Wykres-0. Charakterystyka rezonansowa platformy antywibracyjnej dla kierunków pomiaru A, H, V w funkcji
obciąĪenia górnej płyty masą testową. Data pomiarów 05-08-2010.
14
13
czĊstotliwoĞü rezonansowa kierunek H [Hz]
czĊstotliwoĞü rezonansowa kierunek A [Hz]
czĊstotliwoĞü rezonansowa 1 kierunek V [Hz]
czĊstotliwoĞü rezonansowa 2 kierunek V [Hz]
czĊstotliwoĞü rezonansowa [Hz].
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
0
5
10
15
20
25
Masa testowa [kg] .
30
35
40
45
50
6
11-08-2010.
Tabela - 1. Drgania maszyny testowej w róĪnych warunkach podparcia
przy maksymalnych obrotach pracy 2960 obr/min i wykaz
czĊstotliwoĞci rezonansowych.
Data pomiarów 05-08-2010.
Nr.
pom.
1
Amplituda
prĊdkoĞci drgaĔ
RMS, [mm/s]
obroty maszyny
2960 obr/min (49,3
Hz)
kierunek kierunek
H
V
6,10
18,6
Główne czĊstotliwoĞci
rezonansowe maszyny
testowej
obr/min (Hz.)
kierunek
H
900 (15)
kierunek
V
900 (15)
2600 (43,3)
1150 (19,2)
2
7,14
9,16
brak
3
9,03
14,09
800 (13,3)
700 (11,7)
1780 (29,7)
4
8,54
12,86
720 (12)
640 (10,7)
1660 (27,7)
5
8,81
6,20
380 (6,3)
480 (8,0)
Warunki podparcia maszyny testowej.
(numer wykresu)
Maszyna testowa posadowiona bezpoĞrednio na
posadzce ceramicznej. (Wykres 1).
Maszyna testowa posadowiona na platformie
antywibracyjnej, platforma na posadzce
ceramicznej. (Wykres 2).
Maszyna testowa posadowiona na płycie
podpartej na 3 stopkach antywibracyjnych
wariant 1 (Wykres 3).
Maszyna testowa posadowiona na płycie
podpartej na 3 stopkach antywibracyjnych
wariant 2 (Wykres 4).
Maszyna testowa posadowiona na płycie
podpartej na 3 sprĊĪynach (Wykres 5).
7
Wykres-1. Charakterystyka amplitudowo-czĊstoĞciowa łoĪyska 1, wykonana na swobodnym wybiegu
maszyny testowej posadowionej bezpoĞrednio na posadce betonowej . Data pomiarów 05-08-2010.
prĊdkoĞü skuteczna drgaĔ RMS [mm/s]
24
22
20
łoĪ.1-H
łoĪ.1V
1X-łoĪ.1-H
1X-łoĪ.1V
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
200
700
1200
1700
obroty wału maszyny [obr/min]
2200
2700
8
Wykres-2. Charakterystyka amplitudowo-czĊstoĞciowa łoĪyska 1, wykonana na swobodnym wybiegu
maszyny testowej posadowionej na platformie antywibracyjnej . Data pomiarów 05-08-2010.
prĊdkoĞü skuteczna drgaĔ RMS [mm/s]
24
22
20
łoĪ.1-H
łoĪ.1V
1X-łoĪ.1-H
1X-łoĪ.1V
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
200
700
1200
1700
obroty wału maszyny [obr/min]
2200
2700
9
Wykres-3. Charakterystyka amplitudowo-czĊstoĞciowa łoĪyska 1, wykonana na swobodnym wybiegu
maszyny testowej posadowionej na stopkach antywibracyjnych wariant-1. Data pomiarów 05-08-2010.
prĊdkoĞü skuteczna drgaĔ RMS [mm/s]
24
22
20
18
łoĪ.1-H
łoĪ.1V
1X-łoĪ.1-H
1X-łoĪ.1V
16
14
12
10
8
6
4
2
0
200
700
1200
1700
obroty wału maszyny [obr/min]
2200
2700
10
Wykres-4. Charakterystyka amplitudowo-czĊstoĞciowa łoĪyska 1, wykonana na swobodnym wybiegu
maszyny testowej posadowionej na stopkach antywibracyjnych wariant-2. Data pomiarów 05-08-2010.
prĊdkoĞü skuteczna drgaĔ RMS [mm/s]
24
22
łoĪ.1-H
łoĪ.1V
20
1X-łoĪ.1-H
1X-łoĪ.1V
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
200
700
1200
1700
obroty wału maszyny [obr/min]
2200
2700
11
Wykres-5. Charakterystyka amplitudowo-czĊstoĞciowa łoĪyska 1, wykonana na swobodnym wybiegu
maszyny testowej posadowionej na trzech sprĊĪynach. Data pomiarów 05-08-2010.
prĊdkoĞü skuteczna drgaĔ RMS [mm/s]
24
22
20
łoĪ.1-H
łoĪ.1V
1X-łoĪ.1-H
1X-łoĪ.1V
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
200
700
1200
1700
obroty wału maszyny [obr/min]
2200
2700
12
Tabela 2. Profilogram drgaĔ platformy antywibracyjnej wymuszonych pracą maszyny testowej.
Data pomiarów: 05-08-2010.
Nr. punktu
pomiarowego
1
2
3
4
5
6
Kierunek
pomiaru
V
H
A
V
H
A
V
H
A
V
H
A
V
H
A
V
H
A
Amplituda
prĊdkoĞci
drgaĔ – RMS
[mm/s]
6,70
2,44
3,22
0,93
0,20
0,35
0,20
0,20
0,30
6,76
5,70
2,70
1,20
0,28
0,40
0,40
0,18
0,21
Nr. punktu
pomiarowego
7
8
9
10
11
12
Kierunek
pomiaru
V
H
A
V
H
A
V
H
A
V
H
A
V
H
A
V
H
A
Amplituda
prĊdkoĞci
drgaĔ – RMS
[mm/s]
6,22
2,71
1,90
0,22
0,79
0,40
0,25
0,23
0,22
6,91
3,86
1,91
1,26
0,40
0,32
0,22
0,24
0,29
13