QUY TẮC KIỂM MÁY CÔNG CỤ - PHẦN 8: RUNG ĐỘNG Test code for machine tools - Part 8: Vibrations

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 7011-8:2013 ISO/TR 230-8:2010 QUY TẮC KIỂM MÁY CÔNG CỤ - PHẦN 8: RUNG ĐỘNG Test code for machine tools - Part 8: Vibrations Lời nói đầu TCVN 7011-8:2013 hoàn toàn tương đương với ISO/TR 230-8:2010 TCVN 7011-8:2013 Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 39 Máy công cụ biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học Công nghệ công bố Bộ TCVN 7011 (ISO 230) Quy tắc kiểm tra máy công cụ bao gồm phần sau: - TCVN 7011-1:2007 (ISO 230-1:1996) Phần 1: Độ xác hình học máy vận hành điều kiện không tải gia công tinh; - TCVN 7011-2:2007 (ISO 230-2:1997) Phần 2: Xác định độ xác khả lặp lại định vị trục điều khiển số; - TCVN 7011-3:2007 (ISO 230-3:2001) Phần 3: Xác định ảnh hưởng nhiệt; - TCVN 7011-4:2013 (ISO 230-4:2005) Phần 4: Kiểm tra độ trịn cho máy cơng cụ điều khiển số; - TCVN 7011-5:2007 (ISO 230-5:2000) Phần 5: Xác định tiếng ồn máy phát ra; - TCVN 7011-6:2007 (ISO 230-6:2002) Phần 6: Xác định độ xác định vị theo đường chéo khối đường chéo bề mặt (Kiểm dịch chuyển theo đường chéo); - TCVN 7011-7:2013 (ISO 230-7:2006) Phần 7: Độ xác hình học trục tâm chuyển động quay; - TCVN 7011-8:2013 (ISO/TR 230-8:2010) Phần 8: Rung động; - TCVN 7011-9:2013 (ISO/TR 230-9:2005) Phần 9: Ước lượng độ không đảm bảo đo cho phép kiểm máy công cụ theo TCVN 7011 (ISO 230), công thức Bộ ISO 230 Quy tắc kiểm máy cơng cụ cịn có phần sau: - ISO 230-10:2011 Part 10: Determination of the measuring performance of probing systems of numerically controlled machine tools; - ISO/WD TR 230-11 Part 11: Measuring instruments and their application to machine tool geometry Lời giới thiệu Tiêu chuẩn nhằm mục đích chuẩn hóa phương pháp kiểm đặc tính máy cơng cụ, thường khơng lắp dụng cụ cắt máy 1), không kể tới dụng cụ máy cầm tay Tiêu chuẩn thiết lập quy trình chung cho việc đánh giá rung máy công cụ Sự cần thiết kiểm sốt rung cơng nhận mục đích để loại rung tạo tác động không mong muốn giảm bớt Các tác động nhận biết chủ yếu là: - Đặc tính gia cơng khơng chấp nhận độ xác gia cơng tinh bề mặt; - Sự mài mòn hư hỏng sớm phận máy; - Tuổi thọ dụng cụ cắt bị giảm; - Mức độ ồn không chấp nhận được; - Các tổn thương thân thể người vận hành máy Trong số tác động này, có tác động xem xét thuộc phạm vi tiêu chuẩn này, tác động khác xuất cách tình cờ (Độ ồn quy định TCVN 70115 (ISO 230-5), tác động rung người vận hành máy quy định TCVN 6964-1 (ISO 2631-1)) Phần quan trọng nhất, cần thiết giới hạn tiêu chuẩn tới vấn đề rung sinh dụng cụ cắt chi tiết gia cơng QUY TẮC KIỂM MÁY CƠNG CỤ - PHẦN 8: RUNG ĐỘNG Test code for machine tools - Part 8: Vibrations 1) Trong số trường hợp, xem xét thực tế đòi hỏi sử dụng dụng cụ cắt chi tiết gia cơng mơ hình (giả) (xem 7.1.1, 7.2.1, 7.4 8.3) Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn quy định loại rung động (sau gọi rung) khác xuất phận kẹp dụng cụ cắt phận kẹp chi tiết gia công máy công cụ (để đơn giản, phận thường gọi "dụng cụ cắt" "chi tiết gia công") Đây loại rung gây ảnh hưởng xấu đến sản phẩm gia công tinh bề mặt nghiệm thu chi tiết gia cơng xác Tiêu chuẩn khơng hướng vào chun gia phân tích rung người thường xuyên làm việc phân tích rung mơi trường nghiên cứu phát triển Do đó, tiêu chuẩn khơng thay cho tài liệu sách chuẩn rung (xem Thư mục tài liệu tham khảo) Tuy nhiên, tiêu chuẩn hướng cho nhà chế tạo người sử dụng có kiến thức kỹ thuật chung để tăng hiểu biết họ nguyên nhân rung cách đưa tổng quan lý thuyết liên quan Tiêu chuẩn đưa quy trình đo để đánh giá loại rung xảy máy công cụ: - Rung xuất cân học; - Rung sinh hoạt động phận trượt máy; - Rung truyền đến máy ngoại lực; - Rung sinh trình cắt bao gồm rung tự kích thích (tự rung) Ngồi ra, tiêu chuẩn đề cập việc áp dụng kích thích rung nhân tạo với mục đích phân tích kết cấu Thiết bị đo mô tả Phụ lục F Tổng quan cấu trúc nội dung tiêu chuẩn cho Phụ lục A CHÚ THÍCH: Các nguồn rung khác (ví dụ, độ khơng ổn định hệ thống dẫn động, việc sử dụng thiết bị phụ ảnh hưởng ổ trục bị mòn) đề cập cách ngắn gọn, không đề cập đến việc phân tích chi tiết chế phát sinh rung chúng Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn sau cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn Đối với tài liệu viện dẫn ghi năm cơng bố áp dụng phiên nêu Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm cơng bố áp dụng phiên nhất, bao gồm sửa đổi (nếu có) TCVN 6372 Rung học máy quay máy chuyển động tịnh tiến - Yêu cầu cho thiết bị đo cường độ rung; TCVN 6964-1 (ISO 2631-1) Rung động chấn động học - Đánh giá tiếp xúc người với rung động toàn thân - Phần 1: Yêu cầu chung; TCVN 7011-1 (ISO 230-1) Quy tắc kiểm máy cơng cụ - Phần 1: Độ xác hình học máy vận hành điều kiện không tải gia công tinh; TCVN 7011-5 (ISO 230-5) Quy tắc kiểm máy công cụ - Phần 5: Xác định tiếng ồn máy phát ra; ISO 1925:2001 Mechanical vibration - Balancing - Vocabulary (Rung học - Cân - Từ vựng); ISO 1940-1:2003 Mechanical vibration - Balance quality requirements for rotors in a constant (rigid) state - Part 1: Specification and verification of balance tolerances (Rung học - Yêu cầu chất lượng cân rôto trạng thái không đổi (cứng vững) - Phần 1: Yêu cầu kỹ thuật kiểm tra xác nhận dung sai cân bằng); ISO 2041:2009 Mechanical vibration, shock and condition monitoring - Vocabulary (Rung, chấn động học giám sát trạng thái - Từ vựng); ISO 5348:1998 Mechanical vibration and shock - Mechanical mounting of accelerometers (Rung chấn động học - Lắp đặt khí gia tốc kế); ISO 6130 Bonded abrasive products - Permissible unbalances of grinding wheels as delivered - Static testing (Các sản phẩm mài gắn kết - Sự cân cho phép bánh mài cung cấp - Kiểm tĩnh); ISO 15641 Milling cutters for high speed machining - Safety requirements (Dao phay dùng cho gia công tốc độ cắt cao - Yêu cầu an toàn) Thuật ngữ định nghĩa Tiêu chuẩn áp dụng thuật ngữ định nghĩa ISO 1925, ISO 2041 thuật ngữ, định nghĩa sau 3.1 Rung tuyệt đối (absolute vibration) Giá trị rung đo với chuyển đổi quán tính điểm đơn 3.2 Bộ hấp thụ rung (absorber) Bộ cản rung (bộ giảm chấn) (damper) Thiết bị dùng để làm giảm độ lớn chấn động rung phương pháp tiêu tán lượng [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.114] 3.3 Sự gia tốc (accelerance) Rung định lượng gia tốc đơn vị lực kích thích CHÚ THÍCH: Xem Bảng ISO 2041:1990 3.4 Sai số lấy mẫu (aliasing error) Kết sai số phép phân tích kỹ thuật số tín hiệu gây tần số lớn tín hiệu [đo được] lớn nửa giá trị tần suất lấy mẫu [ISO 2041:1990, định nghĩa 5.8] 3.5 Lượng cân (amount of unbalance) Tích khối lượng cân khoảng cách từ tâm đến đường tâm trục [ISO 2041:1990, định nghĩa 3.3] CHÚ THÍCH: Đơi thuật ngữ gọi "mất cân dư" (ví dụ ISO 1940-1) Nó đo đơn vị khối lượng x chiều dài, ví dụ gam milimét (g.mm) 3.6 Biên độ (amplitude) Giá trị rung cực đại (peak vibration value) Giá trị lớn rung hình sin [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.33] CHÚ THÍCH: Đơi thuật ngữ gọi vectơ biên độ để phân biệt với nghĩa khác thuật ngữ "biên độ", gọi biên độ đơn, biên độ cực phân biệt với biên độ kép, mà, rung điều hòa đơn, giống lượng lệch khỏi trục tổng giá trị từ đỉnh đến đỉnh Việc sử dụng thuật ngữ "biên độ kép" "biên độ đơn" không tán thành 3.7 Tần số góc (angular frequency) Tần số quay (cicrular frequency) Tích số tần số đại lượng hình sin với hệ số π [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.30] CHÚ THÍCH 1: Đơn vị tần số góc tính radian giây CHÚ THÍCH 2: Tần số góc vận tốc góc xuất trường hợp tín hiệu rung (hoặc phần tín hiệu rung) lặp lại dạng Tần số góc tính radian giây ký hiệu ω 3.8 Bụng sóng (antinode) Điểm, đường bề mặt sóng dừng số đặc tính trường sóng có giá trị lớn [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.47] VÍ DỤ: Một điểm đường bề mặt máy cơng cụ có biên độ rung (tại tần số cụ thể) lớn điểm đường lân cận 3.9 Sự phản cộng hưởng (antiresonance) Hệ thống dao động cưỡng thay đổi tần số lực kích thích điểm cho trước, dù nhỏ, làm tăng đáp ứng điểm CHÚ THÍCH 1: Đặc tính xác định đáp ứng nhỏ nhất, không thiết đáp ứng CHÚ THÍCH 2: Theo định nghĩa 2.74, ISO 2041:1990 3.10 Lấy trung bình (averaging) Phương pháp chọn để xác định giá trị đại diện đơn giản cho liệu CHÚ THÍCH: Đối với việc phân tích sóng hình sin, lấy trung bình quy vào mức tín hiệu trung bình số học nửa sóng hình sin Đối với việc lấy mẫu liệu, dùng kỹ thuật khác Ví dụ, lấy trung bình vectơ, khơng tính trung bình mức tín hiệu tính đến pha so với vài tần số tham chiếu (ví dụ, tần số kích thích) Kỹ thuật đảm bảo thành phần tín hiệu khơng liên quan với tần số quan tâm, dẫn đến pha không xác định cho lần lấy mẫu, nhanh chóng làm giảm nhờ hủy bỏ việc lấy trung bình Tác dụng làm tăng tỉ số nhiễu-ồn cung cấp cơng cụ chuẩn đốn hữu ích cho việc nhận biết nguồn rung 3.11 Dải tần (bandwidth) Dải tần số (thường tính héc) mà biên độ vượt mức ngưỡng cụ thể giới hạn phổ lượng xem xét CHÚ THÍCH: Khơng nhầm lẫn thuật ngữ với thuật ngữ sử dụng lý thuyết truyền thông số việc biểu diễn tốc độ truyền liệu tính bít giây 3.12 Phách (beats) Biến thiên tuần hoàn biên độ dao động kết hợp hai dao động có tần số khác khơng đáng kể CHÚ THÍCH 1: Các phách xuất tần số sai phân CHÚ THÍCH 2: Theo định nghĩa 2.28, ISO 2041:1990 3.13 Phép đo dải tần rộng (broadband measurement) Phương pháp đo mà lượng rung tổng lấy tích phân dải tần số quan tâm 3.14 Khối tâm (centre of mass) Điểm với vật thể có tính chất mà chất điểm tưởng tượng đặt điểm với khối lượng khối lượng hệ cho có mơmen ban đầu mặt phẳng với mômen ban đầu tương ứng hệ CHÚ THÍCH: Thuật ngữ đơi gọi "tâm quán tính" hầu hết trường hợp thực tế nghĩa với "trọng tâm" [ISO 2041:1990, định nghĩa 1.31] 3.15 Tự rung (chatter) Các rung tương đối tái sinh tự kích thích dụng cụ cắt chi tiết gia công trình cắt, điều kiện gia cơng khơng cứng vững CHÚ THÍCH: Xem 5.4 3.16 Hàm kết hợp (coherence function) Thành phần lượng tổng tín hiệu đáp ứng biết với thành phần nguồn riêng 3.17 Kiểu rung ghép (liên kết) (coupled modes) Các kiểu rung không độc lập với tác động lẫn truyền lượng từ dạng sang dạng [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.53] 3.18 Cản rung tới hạn (critical damping) Lượng cản nhớt tương ứng với điều kiện giới hạn trạng thái chuyển tiếp có tính dao động khơng có tính dao động rung tự [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.85] 3.19 Chu trình (cycle) Dải đầy đủ trạng thái giá trị mà xuyên suốt tượng hàm số có tính chất chu kỳ kết thúc trước lặp lại giống hệt [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.22] 3.20 Cản rung (giảm chấn) (damping) Sự tiêu hao lượng theo thời gian CHÚ THÍCH: Theo định nghĩa 2.79, ISO 2041:1990 3.21 Tỉ số cản rung (damping ratio) Tỉ số hệ số cản rung thực với hệ số cản rung tới hạn CHÚ THÍCH: Theo định nghĩa 2.86, ISO 2041:1990 3.22 Bậc tự (degrees of freedom) Số bậc tự hệ học số tọa độ suy rộng độc lập nhỏ yêu cầu để xác định cách hoàn toàn trạng thái hệ thời điểm [ISO 2041:1990, định nghĩa 1.26] 3.23 Hệ thống phân tán (distributed system) Hệ thống liên tục (continuous system) Hệ thống có số lượng vơ hạn trạng thái độc lập có [ISO 2041:1990, định nghĩa 1.29] CHÚ THÍCH: Các máy cơng cụ thường rơi vào loại khối lượng độ cứng vững không định vị điểm riêng biệt mà phân bố toàn kết cấu 3.24 Độ mềm dẻo động lực (dynamic compliance) Giá trị nghịch đảo độ cứng vững động lực CHÚ THÍCH: Thuật ngữ thường gọi "độ dẻo" Đơn vị điển hình micrơmét niutơn 3.25 Độ cứng vững động lực (dynamic stiffness) Tỉ số lượng thay đổi lực với lượng thay đổi dịch chuyển điều kiện động lực CHÚ THÍCH 1: Xem định nghĩa 1.54, ISO 2041:1990 CHÚ THÍCH 2: Tại tần số thấp, độ cứng vững động lực gần độ cứng vững tĩnh Tại tần số cao, đáp ứng hướng điểm độ cứng vững động lực hướng tới vô hạn Tại tần số trung gian, xuất hiện tượng cộng hưởng, độ cứng vững động lực rơi vào giá trị thấp Đơn vị độ cứng vững tính lực dịch chuyển, ví dụ niutơn micrơ mét 3.26 Bộ hấp thụ rung lực (dynamic vibration absorber) Thiết bị dùng để giảm rung hệ thống dải tần số mong muốn cách chuyển lượng sang hệ thống phụ cộng hưởng điều chỉnh cho lực gây hệ thống phụ ngược pha với lực tác dụng hệ thống [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.116] CHÚ THÍCH: Bộ hấp thụ rung lực tắt dần không tắt dần, tắt dần khơng phải mục đích 3.27 Phép biến đổi Fourier nhanh, FFT (fast Fourier transform, FFT) Phương pháp biến đổi mà thời gian tính tốn phép nhân phép cộng phức hợp giảm nhiều [ISO 2041:1990, định nghĩa 5.23] CHÚ THÍCH 1: Chi tiết hơn, xem A.18 đến A.22 ISO 2041 CHÚ THÍCH 2: FFT thuật toán cho phép thiết bị phân tích rung thực tốc độ cao cho hàm số theo "thời gian thực" 3.28 Rung cưỡng (forced vibration) Rung ổn định gây kích thích ổn định [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.16] CHÚ THÍCH 1: Các rung chuyển tiếp khơng xét đến CHÚ THÍCH 2: Rung (đối với hệ thống tuyến tính) có tần số tần số kích thích 3.29 Nền móng (foundation) Kết cấu để đỡ hệ thống khí cố định khung chịu chuyển động mà chuyển động gây kích thích hệ thống đỡ [ISO 2041:1990, định nghĩa 1.23] 3.30 Phân tích Fourier (Fourier analysis) Phương pháp tốn học để xác định hệ số góc pha thành phần chuỗi Fourier dạng sóng cho 3.31 Chuỗi Fourier (Fourier series) Chuỗi số biểu diễn giá trị hàm số chu kỳ theo thứ tự thành phần tần số riêng rẽ có liên hệ điều hịa với [ISO 2041:1990, định nghĩa A.18] CHÚ THÍCH: Xem CHÚ THÍCH A.18, ISO 2041:1990, mơ tả toán học 3.32 Rung tự (free vibration) Rung diễn sau loại bỏ kích thích ràng buộc [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.17] CHÚ THÍCH: Hệ rung tần số riêng hệ 3.33 Tần số (frequency) Giá trị nghịch đảo chu kỳ bản, lượng tăng nhỏ biến độc lập đại lượng tuần hoàn [thời gian] để hàm số lặp lại CHÚ THÍCH 1: Theo định nghĩa 2.23 2.24, ISO 2041:1990 CHÚ THÍCH 2: Tần số tần suất tín hiệu rung (hoặc phần tín hiệu rung) lặp lại dạng tính héc (Hz), số chu trình giây 3.34 Đáp ứng tần số (frequency response) Tín hiệu biểu diễn hàm số tần số tín hiệu vào CHÚ THÍCH 1: Đối với máy công cụ, đáp ứng tần số thường giới hạn theo biểu diễn tỉ số dịch chuyển tương đối dụng cụ cắt chi tiết gia cơng (tín hiệu ra) với lực kích thích (tín hiệu vào) Xem 4.3 quy định liên quan Độ lớn đáp ứng tần số tương đương với độ mềm dẻo động lực Tuy nhiên, đáp ứng tần số đại lượng phức yêu cầu hai số để xác định cách đầy đủ là: "độ lớn" "pha", "phần thực" "phần ảo" Trong số tài liệu, thuật ngữ "sự thu nhận" sử dụng nghĩa với "đáp ứng" CHÚ THÍCH 2: Đáp ứng tần số thường đưa dạng đồ thị đường cong thể mối quan hệ tín hiệu ra, có, độ lệch pha góc pha hàm số tần số CHÚ THÍCH 3: Theo định nghĩa B.13, ISO 2041:1990 3.35 Tần số (fundamental frequency) đại lượng nghịch đảo chu kỳ [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.25] 3.36 Điều hịa (harmonic) Dạng hình sin, có tần số bội số ngun tần số [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.26] CHÚ THÍCH 1: Thuật ngữ "sóng hài bậc cao" thường sử dụng thay cho "điều hòa", điều hòa thứ n gọi sóng hài bậc cao thứ (n-1) CHÚ THÍCH 2: Ở nước Anh, sóng hài bậc cao điều hòa thứ hai hai lần tần số Ở Pháp, khơng có phân biệt điều hịa sóng hài bậc cao, điều hòa thứ hai hai lần tần số Thuật ngữ "sóng hài bậc cao" khơng tán thành để làm giảm không rõ ràng việc đánh số thành phần đại lượng tuần hồn 3.37 Méo điều hịa (harmonic distortion) lượng lượng rung tồn tần số điều hòa thứ hai so với lượng rung tổng có 3.38 Phần ảo (imaginary part) Phần đáp ứng tần số dịch chuyển mà pha vng góc (lệch pha 90 o) với kích thích CHÚ THÍCH: Đối với hệ thống rung đơn giản, phần ảo đạt lớn tần số riêng khơng tắt dần 3.39 Xung lực (impulse) Tích phân theo thời gian lực lấy khoảng thời gian lực tác dụng, lực không đổi, tích lực với thời gian lực tác dụng [ISO 2041:1990, định nghĩa 3.6] CHÚ THÍCH: Xung lực tác động thời gian ngắn thay đổi nhanh kiện, thường đạt giá trị tức thời cao Ví dụ điển hình va đập búa phận trượt máy gia tốc nhanh Xung lực đo đơn vị lực nhân với thời gian, ví dụ niutơn x giây 3.40 Giao tiếp chéo quán tính (inertial cross-talk) Các dịch chuyển vng góc với phương chuyển động mong muốn, lệch ngang lực dẫn động khối tâm, dẫn đến làm nghiêng chuyển động tăng tốc giảm tốc 3.41 Dụng cụ thử dạng búa (instrumented hammer) Búa kết hợp với chuyển đổi lực mà có khả truyền đáp ứng tần số dải tần rộng va đập dùng búa gõ vào kết cấu 3.42 Hệ tuyến tính (linear system) Hệ đáp ứng tỉ lệ với độ lớn kích thích [ISO 2041:1990, định nghĩa 1.21] 3.43 Độ lệch khối (mass eccentricity) Khoảng cách khối tâm phần quay (rôto) cứng vững đường tâm trục [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.11] 3.44 Độ linh động (mobility) Tỉ số phức vận tốc, lấy điểm hệ thống học, với lực lấy điểm điểm khác hệ thống, trình dao động điều hịa đơn [ISO 2041:1990, định nghĩa 1.50] 3.45 Khối lượng modal (modal mass) Khối lượng tương đương hệ thống bậc tự kiểu cụ thể 3.46 Kiểu rung (mode of vibration) kiểu rung định rõ dạng đặc tính nút bụng sóng giả thiết hệ thống chuyển động phần tử bất kỳ, tần số cụ thể, chuyển động điều hòa đơn (đối với hệ thống tuyến tính) có dạng suy giảm tương ứng [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.48] CHÚ THÍCH: Đối với máy công cụ, kiểu rung riêng mô tả chuyển động tương đối khác phận kết cấu Đối với tần số cụ thể thời điểm bất kỳ, khuynh hướng tức thời phận xác định dạng đặc tính cho tần số 3.47 Sự biến điệu, biên độ tần số (modulation, amplitude and frequency) Sóng tuần hồn mà biên độ và/hoặc tần số thay đổi kết tín hiệu đặt vào CHÚ THÍCH: Các tín hiệu biến điệu mơ tả diện tần số dải biên 3.48 Hệ nhiều bậc tự (multi-degree-of-freedom system) Hệ yêu cầu có hai nhiều hai tọa độ để xác định cách hoàn toàn trạng thái hệ thời điểm [ISO 2041:1990, định nghĩa 1.28] 3.49 Phép đo dải tần hẹp (narrow-band measurement) Quy trình đo mà lượng rung dải tần số hẹp tần số đo 3.50 Tần số riêng (natural frequency) Tần số rung tự hệ tuyến tính tắt dần [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.81] VÍ DỤ: Tần số kết cấu rung tự tất rung cưỡng loại bỏ, thực tế tần số riêng tắt dần (Tần số riêng không tắt dần xuất độ lệch pha 90 o) 3.51 Nút sóng (node) Điểm, đường bề mặt sóng dừng, số đặc tính trường sóng có biên độ khơng VÍ DỤ: Một điểm đường chuyển động nhỏ nhỏ hai phận máy, thời điểm cho, điểm đường dịch chuyển theo chiều ngược lại [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.46] 3.52 Phi tuyến tính (non-linearity) Tính chất hệ đáp ứng khơng tỉ lệ cách cụ thể với độ lớn kích thích CHÚ THÍCH: Các hệ thống với độ cứng vững phi tuyến tính thường nhận biết "sự làm cứng" "sự làm mềm" 3.53 Dao động (oscillation) Sự biến thiên, thường theo thời gian, độ lớn đại lượng theo chuẩn quy định độ lớn luân phiên lớn nhỏ giá trị trung bình [ISO 2041:1990, định nghĩa 1.8] 3.54 Giá trị rung đỉnh tới đỉnh (peak-to-peak vibration value) Hiệu đại số giá trị biên rung [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.35] VÍ DỤ: Dịch chuyển tổng rung CHÚ THÍCH: Giá trị hai lần biên độ gọi "biên độ kép" Thuật ngữ dùng làm mối liên quan vận tốc gia tốc tín hiệu rung 3.35 Chu kỳ (period) Chu kỳ (fundamental period) Lượng tăng nhỏ biến độc lập đại lượng tuần hoàn mà với lượng tăng hàm lặp lại [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.23] 3.56 Lực tuần hoàn (periodic force) Chuyển động tuần hoàn (periodic motion) Đại lượng tuần hoàn, giá trị lặp lại theo lượng tăng biến độc lập (thời gian) [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.2] VÍ DỤ: Lực kích thích chuyển động kích thích lặp lại dạng sóng tốc độ đặn CHÚ THÍCH: Dạng sóng khơng thiết phải có dạng hình sin; lực chuyển động mô tả thành phần tần số 3.57 Pha (phase) Góc pha (phase angle) Phần phân số chu kỳ qua rung hình sin vượt qua đo từ giá trị biến độc lập chuẩn [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.31] VÍ DỤ: Độ trễ góc hai tín hiệu rung tương tự khác CHÚ THÍCH: Độ trễ tính độ giới hạn chu kỳ rung (được tính tổng 360 o) radian Do đó, hai rung dịch chuyển theo hai chiều ngược thời điểm lệch pha 180o π radian 3.58 Phổ lượng (power spectrum) Phổ giá trị mật độ phổ bình phương trung bình [ISO 2041:1990, định nghĩa 5.2] 3.59 Hệ số, Q (Q factor) Đại lượng đo độ nét cộng hưởng hệ dao động cộng hưởng có bậc tự CHÚ THÍCH 1: Hệ số Q gọi hệ số khuyếch đại, nửa giá trị nghịch đảo tỉ số cản rung Xem 4.3.3 công thức (19) CHÚ THÍCH 2: Theo định nghĩa 2.89, ISO 2041:1990 3.60 Phần thực (real part) Phần đáp ứng tần số dịch chuyển pha với kích thích CHÚ THÍCH: Đối với hệ rung đơn giản, phần thực đạt tới giá trị dương lớn trước cộng hưởng giá trị âm lớn sau cộng hưởng Tại tần số riêng khơng tắt dần, không Đối với số kiểu máy, độ lớn giá trị âm lớn cung cấp giá trị đo độ không ổn định tiềm ẩn máy tần số 3.61 Rung tái sinh (regenerative vibration) Rung trì liên tục nhờ cộng hưởng lấy lượng nhờ hồi tiếp từ q trình diễn VÍ DỤ: Tự rung máy công cụ 3.62 Rung tương đối (relative vibration) Giá trị rung đo hai vị trí (ví dụ, dụng cụ cắt chi tiết gia cơng) cách sử dụng chuyển đổi thích hợp gắn qua phận chuyển động tới hai vị trí 3.63 Cộng hưởng (resonance) Bất kỳ thay đổi nào, dù nhỏ, tần số cưỡng dẫn đến tăng đáp ứng hệ [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.72] CHÚ THÍCH: Điều kiện để cộng hưởng xảy tần số rung cưỡng gần với tần số riêng kết cấu 3.64 Tần số cộng hưởng (resonance frequency) Tần số xảy cộng hưởng [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.73] CHÚ THÍCH 1: Để có thêm thơng tin, xem 4.3; định nghĩa mở rộng, xem 2.73, CHÚ THÍCH 3, Bảng ISO 2041:1990 CHÚ THÍCH 2: Thuật ngữ "resonant frequency" sử dụng phổ biến mặt cú pháp khơng xác "resonance frequency" 3.65 Giá trị rms (rms value) Giá trị quân phương (root-mean-square value) Căn bậc hai giá trị trung bình giá trị bình phương hàm khoảng (đã cho) [ISO 2041:1990, định nghĩa A.37] CHÚ THÍCH: Đây cách lấy trung bình tốn học lượng tín hiệu rung thường sử dụng dạng sóng tín hiệu lệch khỏi dạng sóng hình sin Xem Phụ lục B 3.66 Lấy mẫu (sampling) Việc nhận giá trị hàm giá trị riêng biệt cách không cách từ miền xác định [ISO 2041:1990, định nghĩa 5.14] 3.67 Tần suất lấy mẫu (sampling frequency) Số lượng mẫu lấy giây [ISO 2041:1990, định nghĩa 5.15] 3.68 Khoảng lấy mẫu (sampling interval) Khoảng thời gian hai lần lấy mẫu [ISO 2041:1990, định nghĩa 5.16] 3.69 Tín hiệu (signal) Tín hiệu rung (vibration signal) Sự biến thiên nhiễu động đại lượng vật lý sử dụng để truyền thông tin [ISO 2041:1990, định nghĩa B.1] VÍ DỤ: Một thay đổi điện áp thu tương tự rung học chuyển đổi Điện áp tỉ lệ với dịch chuyển, vận tốc gia tốc rung học mức lực tức thời, theo kiểu chuyển đổi sử dụng quy trình 3.70 Rung điều hịa đơn, rung hình sin (simple harmonic vibration, sinusoidal vibration) Rung tuần hồn có dạng hàm số sin theo biến độc lập [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.3] CHÚ THÍCH: Một rung tuần hoàn bao gồm tổng nhiều hàm sin, hàm có tần số bội số tần số bản, thường gọi rung phức tạp rung đa hình sin 3.71 Hệ bậc tự (single-degree-of-freedom system) Hệ yêu cầu có tọa độ để xác định cách hoàn toàn trạng thái hệ thời điểm [ISO 2041:1990, định nghĩa 1.27] VÍ DỤ: Một hệ dao động lý tưởng gồm có khối lượng đơn, lị xo cản rung CHÚ THÍCH: Một biểu diễn hệ thể Hình đặc tính đáp ứng thể Hình 3.72 Phổ (spectrum) Sự mơ tả đại lượng hàm tần số chiều dài bước sóng [ISO 2041:1990, định nghĩa 1.56] 3.73 Sóng dừng (standing wave) Sóng tuần hồn có phân bố biên độ cố định không gian, nghĩa là, kết giao thoa sóng lan truyền loại tần số [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.66] CHÚ THÍCH 1: Sóng dừng xem kết chồng chất sóng lan truyền đối loại tần số CHÚ THÍCH 2: Sóng dừng mơ tả nút bụng sóng có vị trí cố định 3.74 Rung ổn định (steady-state vibration) Rung ổn định tồn rung rung tuần hoàn tiếp diễn [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.14] 3.75 Bộ chuyển đổi (transducer) Thiết bị thiết kế để nhận lượng từ hệ cung cấp lượng, loại khác loại, cho hệ khác theo cách mà đặc tính mong muốn lượng đầu vào xuất đầu [ISO 2041:1990, định nghĩa 4.1] CHÚ THÍCH: Bộ chuyển đổi tạo tín hiệu điện tương tự với đặc tính dịch chuyển, vận tốc gia tốc rung đo 3.76 Hàm truyền (transfer function) Hệ thức toán học đầu (hoặc đáp ứng) đầu vào (hoặc kích thích) hệ [ISO 2041:1990, định nghĩa 1.37] CHÚ THÍCH: Nó thường cho dạng hàm tần số thường hàm phức 3.77 Rung chuyển tiếp (transient vibration) Chuyển động rung hệ khác với giai đoạn ổn định ngẫu nhiên [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.15] 3.78 Khả truyền (transmissibility) Tỉ số khơng có thứ ngun biên độ đáp ứng hệ rung cưỡng ổn định với biên độ kích thích Tỉ số tỉ số lực, dịch chuyển, vận tốc gia tốc [ISO 2041:1990, định nghĩa 1.18] 3.79 Sự cân (unbalance) Trạng thái tồn phần quay (rô to) lực rung chuyển động rung truyền đến ổ trục kết lực li tâm [ISO 1925:2001, định nghĩa 3.1] CHÚ THÍCH 1: Trạng thái hình học chi tiết quay xuất khối tâm lệch khỏi tâm quay Điều sinh rung cưỡng tỉ lệ với lượng cân bình phương vận tốc quay CHÚ THÍCH 2: Xem ISO 1940-1 3.80 Khối lượng cân (unbalance mass) Khối lượng mà tâm khoảng cách so với tâm trục [ISO 1925:2001, định nghĩa 3.2] 3.81 Rung (vibration) Thay đổi độ lớn đại lượng theo thời gian, miêu tả chuyển động vị trí hệ học, độ lớn luân phiên lớn nhỏ giá trị trung bình giá trị chuẩn [ISO 2041:1990, định nghĩa 2.1] VÍ DỤ: Chuyển động tuần hồn tương đối dụng cụ cắt chi tiết gia công nguyên nhân dẫn đến nhiễu loạn học Tại thời điểm chuyển động xác định phép đo dx biên độ rung tương đối; α góc pha; ω = 2πN / 60, với N tốc độ quay bánh mài, tính r/min; ϕ góc pha tổng hợp rung tương đối; t thời gian, tính giây; Khung kỹ thuật 11 - Các rung tương đối thu VÍ DỤ 2: Đo rung xảy bên tác động vào máy theo miền thời gian a) Phương X b) Phương Y c) Phương Z CHÚ DẪN: t thời gian, s d lượng dịch chuyển, µm Hình Ε.2 - Các kết phép kiểm rung theo môi trường Giá trị rung từ đỉnh tới đỉnh lớn nhất: 0,1 µm Phương rung lớn nhất: X Khoảng thời gian kiểm: s Thiết bị kiểm: hệ thống đo dịch chuyển ba kênh sử dụng dụng cụ đo điện dung đo tỳ vào mốc hình trụ lắp trục Máy: trung tâm gia công đứng trục Ba phận trượt tịnh tiến lắp chồng băng máy để mang trục Chi tiết gia cơng lắp bàn máy quay phức hợp (chữ thập) gắn vào băng máy Địa điểm ngày kiểm: xưởng máy, 2010-XX-XX Điều kiện môi trường kiểm: môi trường xưởng máy đặc trưng - n tĩnh Các thao tác bên ngồi: mơi trường xưởng máy đặc trưng, khơng có thiết bị hạng nặng vận hàng gần máy kiểm Trạng thái máy kiểm: tắt nguồn, tắt thiết bị phụ trợ VÍ DỤ 3: Đo rung xảy bên tác động vào máy theo miền tần số CHÚ DẪN: A Các rung cụm thủy lực dy Biên độ dịch chuyển, (không thứ nguyên) f Tần số, Hz vs Tốc độ trục chính, r/min Hình Ε.3 - Phổ trục máy bị ảnh hưởng cụm thủy lực từ bên ngồi Hình Ε.3 thể phổ tần số tổng hợp máy công cụ dải tốc độ trục Các đỉnh khơng phụ thuộc vào tốc độ tần số xấp xỉ 270 Hz quy vào rung cụm thủy lực từ bên ngồi VÍ DỤ 4: Rung cân đo đầu mút trục sử dụng phương pháp kiểm mức mơ tả Điều CHÚ DẪN: v Vận tốc rung lớn nhất, Hz vs Tốc độ trục chính, r/min Hình Ε.4 - Rung cân đầu mút trục chính, biểu thị vận tốc rung lớn theo tốc độ trục chính, ba tỉ số truyền động puli Ví dụ biểu thị vận tốc rung dải tốc độ trục chính, đo trung tâm gia công lắp ba tỉ số truyền động puli riêng rẽ động trục Máy cơng cụ có cộng hưởng riêng giá mang trục tần số 175 Hz a) Tỉ số truyền giảm 2:1 cho phương án thiết kế "mơmen xoắn lớn" Do vận tốc động hai lần tốc độ trục rung lớn 75 Hz (4500 r/min) gây cân động tốc độ 9000 r/min Giá trị mức G2,5 b) Tỉ số truyền động puli 1:1 cho phương án thiết kế "chuẩn" Giá trị mức c) Tỉ số thiết lập 4:5 cho phương án thiết kế "tốc độ lớn" Tỉ số bắt đầu kích thích phận mang trục cộng hưởng 175 Hz tốc độ lớn đạt Giá trị mức VÍ DỤ 5: Rung cân hệ dẫn động trục CHÚ DẪN: dy Biên độ dịch chuyển, (không thứ nguyên) f Tần số, Hz vs Tốc độ trục chính, r/min A Biên độ dịch chuyển tần số quay bội số (khơng thứ ngun) Hình Ε.5 - Rung cân hệ dẫn động trục Hình Ε.5 biểu thị phổ tần số thực điều kiện vận hành khơng tải (khơng có chi tiết gia cơng) tốc độ trục khác Các biên độ tăng rõ rệt trường hợp với tốc độ quay điều hòa Rung quy cho cân hệ thống dẫn động/trục VÍ DỤ 6: Rung chuyển động phận trượt máy Trung tâm gia công đứng: XXXXX CNC: XXXXX Độ thẳng theo phương thẳng đứng trục Y (EZY), lượng chạy dao theo phương Y: 0/200 mm/min (đường nét liền) 0/5000 mm/min (đường nét đứt) Gia tốc: 0,25 m/s2 (đường nét liền) 2,2 m/s2 (đường nét đứt) Hình Ε.6 - Rung gia tốc phận trượt máy Ví dụ Hình biểu thị kết nhận với thang đo hai chiều kích thước khoảng chuyển động 100 mm trục tịnh tiến Y lượng chạy dao gia tốc từ mm/min đến 200 mm/min 0,25 m/s2 (đường nét liền), mm/min đến 5000 mm/min (đường nét đứt) 2,2 m/s (đường nét đứt) Giải thích Do gia tốc điểm bắt đầu kết thúc, đỉnh xuất độ thẳng đo chuyển động dọc theo trục Y Đối với lượng chạy dao lớn hơn, gia tốc (lớn hơn) trì khoảng thời gian lâu dẫn đến kết biên độ dịch chuyển rung lớn nhiều Phụ lục F (Tham khảo) Thiết bị đo dùng để phân tích thuộc tính động lực máy cơng cụ F.1 Các tác động F.1.1 Tổng quan Việc phân tích thuộc tính động lực máy cơng cụ địi hỏi lực động thích hợp tác dụng vào kết cấu máy Thực vậy, độ mềm dẻo động lực định nghĩa tỉ số dịch chuyển động với lực tác dụng gây Phụ lục mô tả thiết bị để đo dịch chuyển, vận tốc gia tốc chống lại lực Trong F.1.2 F.1.3, đưa tổng quan tình trạng phương pháp kích thích tác động (hoặc kích thích) Các cảm biến (hoặc chuyển đổi) đề cập F.2 Các loại tín hiệu kích thích khác sử dụng cho việc phân tích động lực máy cơng cụ Lựa chọn tín hiệu kích thích thích hợp ảnh hưởng đến chất lượng kết đo (đáp ứng tần số) phân tích modal Hai loại tín hiệu kích thích cơng nhận là: tín hiệu ồn ngẫu nhiên tín hiệu xác định trước hàm "giải tích" Các tín hiệu ồn tín hiệu giả ồn thường định nghĩa phân bố thống kê phổ tần số khoảng thời gian cho trước Các tín hiệu giải tích định nghĩa biểu thức tốn học bao gồm tín hiệu có tính chu kỳ (ví dụ hình sin bậc, hình sin qt, ) tín hiệu khơng có tính chu kỳ (ví dụ xung) Việc lựa chọn tín hiệu kích thích thích hợp xác định chủ yếu khoảng thời gian đo, giá thành thiết bị đo, thuộc tính máy cơng cụ cần đo Trong nhiều trường hợp, máy cơng cụ biểu diễn hệ tuyến tính cho tất loại tín hiệu kích thích khác mặt tốn học dẫn tới kết tương tự Tuy nhiên, máy công cụ thực vận hành tới mức độ đó, giống hệ phi tuyến tính; đó, kết đo thực tế phụ thuộc vào loại kích thích, độ lớn kích thích tải đặt trước đặt vào Đây thường trường hợp sử dụng kích thích điều hịa giả điều hịa Mặt khác, tín hiệu ồn, thường phù hợp cho việc phân tích hệ phi tuyến tính Bảng F.1 cung cấp tổng quan loại kích thích Hai dạng cấu hình khác sử dụng để đặt lực vào kết cấu máy cơng cụ: kích thích tương đối tuyệt đối Kích thích tương đối thường sử dụng cơng nghiệp, thiết bị kích thích đặt dụng cụ cắt chi tiết gia cơng (giữa trục bàn máy cơng cụ) để mô gia công chi tiết gia công Trong trường hợp kích thích tuyệt đối, máy cơng cụ kích thích khối lượng địa chấn Sử dụng kích thích tương đối, giả thiết tải đặt trước đủ lớn, dung sai máy loại trừ cách hiệu không ảnh hưởng đến kết đo Sự khác biệt tương tự phép đo tương đối tuyệt đối thực mô tả cảm biến chuyển đổi F.2 F.1.2 Kích thích dạng xung bước F.1.2.1 Búa tạo xung Các kích thích kiểu búa sử dụng để tạo tín hiệu lực va đập ("xung") Hai kiểu búa tạo xung tính tốn theo dụng cụ đo lực sử dụng: dụng cụ đo biến dạng thạch anh áp điện Một búa tạo xung kiểu dụng cụ đo biến dạng thể Hình F.1 Độ lớn xung lực thay đổi cách sử dụng khối lượng bổ sung thay đổi vận tốc va đập, khoảng thời gian va đập (và dung lượng sóng nó) phụ thuộc vào vật liệu tiếp xúc (đầu nối/liên kết) gắn cố định với bề mặt búa Trên Hình F.1, bên phải, tín hiệu lực theo miền thời gian biểu thị cho vật liệu tiếp xúc khác nhau, ví dụ, cao su, PVC thép Trường hợp vật liệu tiếp xúc thép, va đập "ngắn hơn" phổ lượng chứa nhiều tần số lớn so với vật liệu tiếp xúc cao su, cho xung "dài hơn" nhiều thành phần tần số thấp Bảng F.1 - Các tín hiệu kích thích đặc tính (nguồn: xem Tham khảo [4], Hình vẽ 6.22) Dạng sin bậc Dạng sin quét Ồn Giả ồn ngẫu nhiên Xung Tín hiệu theo miền thời gian, t Tín hiệu, sx, theo miền tần số, f Thời gian đo Rất dài Dài Ngắn Ngắn Rất ngắn Giá thành thiết Cao bị đo Cao Thấp Cao Thấp Sự ngăn ngừa Rất tốt rò rỉ Tốt Kém Tốt Tốt Tập trung Rất cao lượng Cao Thấp Thấp Rất thấp Sự phát Có phi tuyến tính Có Trung bình Trung bình Trung bình CHÚ DẪN: Bulơng tạo tải trước Thép Khối lượng búa Cellidor A (cellulose propionate) Khối lượng bổ sung PVC Dụng cụ đo biến dạng Cao su, cứng Vỏ Cao su, mềm10 Phần tử tiếp xúc Cao su, mềm15 Ống F Lực xung, N t Thời gian xung, s Hình F.1 - Búa tạo kích thích xung (nguồn: xem Tham khảo [14], Hình vẽ 6.29) F.1.2.2 Sự nhả lực (kích thích bước) Kích thích bước đóng vai trị quan trọng việc phân tích đặc tính động lực truyền động máy công cụ Trong phép kiểm gọi kiểm "ngưỡng", máy chịu lực nhả bất ngờ, sinh đáp ứng xung, từ tính tốn dung lượng tần số F.1.3 Các kích thích điều hịa F.1.3.1 Bộ tác động kiểu điện từ Các loại hệ kích thích thường sử dụng cho dạng kích thích tương đối tuyệt đối Hình F.2 thể mặt cắt ngang tác động kiểu điện từ điển hình Chuyển động khối gây dòng điện xoay chiều cuộn dây lõi nam châm điện Lõi nam châm điện làm sắt non cho độ cảm ứng từ lớn, dẫn đến lực thay đổi chiều lớn Các kích thích kiểu điện từ thích hợp cho kết cấu nhỏ, cho hệ thống lớn Một số lượng lớn phương án thiết kế sử dụng với tải đặt trước khác (từ 10 N đến 2000 N), dải tần số khác (lên đến 20 Hz) độ lớn lực động biến thiên lên tới 800 N Chúng sử dụng cho kích thích tuyệt đối, cho kích thích tương đối F.1.3.2 Bộ tác động kiểu điện từ không tiếp xúc Để phát ảnh hưởng chuyển động quay trục độ mềm dẻo động lực ổ trục chính, sử dụng tác động kiểu điện từ không tiếp xúc Hình F.3 thể ngun lý Từ thơng nam châm điện hình chữ U thực khép kín phần tử quay Để tránh tổn hao dịng điện xốy chi tiết quay, sử dụng chi tiết giả (mơ hình) ghép mỏng Hai cuộn dây riêng biệt, chúng cấp dòng chiều dòng xoay chiều, sinh từ trường khe hở khơng khí Bằng cách này, lực động lực tĩnh tác dụng vào trục quay Từ thơng đo cảm biến theo hiệu ứng Hall gắn vào cực nam châm Do khe hở nhỏ, từ thông tỉ lệ với lực gây trục Trong số thiết bị khác, lực kích động đo chuyển đổi điện áp dụng cụ đo biến dạng đặt phía kích thích Tuy nhiên, trường hợp khối lượng rung thân kích thích phải đưa vào tính tốn tính tốn thành phần động lực kích thích Các kích thích sử dụng để tạo lực thay đổi chiều khoảng 2000 N dải tần số 1000 Hz, lực tĩnh lên đến 130 N CHÚ DẪN: Sắt non Các lò xo Núm điều chỉnh Cuộn dây lõi nam châm điện Hộp sắt (iron pot) Khối (platform) Đệm kín cao su a Từ thơng Hình F.2 - Bộ tác động kiểu điện từ CHÚ DẪN: Rôto gồm nhiều gép Cảm biến tải trọng thạch anh δ Khe hở khơng khí U- Nguồn điện chiều U∼ Nguồn điện xoay chiều Hình F.3 - Bộ tác động kiểu điện từ không tiếp xúc F.1.3.3 Bộ tác động kiểu điện-thủy lực Ưu điểm tác động kiểu điện-thủy lực thiết kế gọn chúng, làm đến mức thực nguồn thủy lực tách riêng khỏi tác động Hình F.4 thể hình cắt ngang kích thích Dịng dầu từ nguồn thủy lực dẫn luân phiên đến mặt pittơng van trợ động kích hoạt phát tín hiệu Tải trọng tĩnh đặt trước kích thích tác dụng lên mặt pittơng phía sau đạt tới 7000 N Độ lớn lực động thay đổi theo độ cứng vững kết cấu kiểm đạt giá trị cao 1500 N Lực tổng hợp cộng tác dụng thành phần lực tĩnh động Lực thường đo dụng cụ đo biến dạng Bộ tác động loại thiết lập cấu hình cho phép đo tuyệt đối tương đối CHÚ DẪN: Van trợ động Vỏ Bộ chuyển đổi lực Khối lượng bổ sung Pittông trụ trượt (plunger) Tấm đế Hình F.4 - Bộ tác động tuyệt đối kiểu điện - thủy lực (nguồn: xem Tham khảo [14], Hình vẽ 6.26) CHÚ DẪN: Dụng cụ đo độ căng pstat Áp suất tĩnh Van trợ động pdyn Áp suất động Dịng dầu Hình F.5 - Bộ tác động tương đối kiểu điện - thủy lực (nguồn: xem Tham khảo [14], Hình vẽ 6.25) F.1.3.4 Bộ tác động kiểu áp điện Hiện tượng áp điện tính chất số vật liệu gốm tinh thể thạch anh Nguyên lý hoạt động sau: lực học tác dụng vào hai mặt đối diện nhau, xuất diện tích tỉ lệ với sức căng học gây Hiệu ứng áp điện ngược xảy điện tích tác dụng vào bề mặt gây co giãn tinh thể Hiệu ứng sử dụng để tạo lực thay đổi chiều tỉ lệ với điện tích tác dụng Vì vậy, tinh thể áp điện sử dụng tác động chuyển đổi để đo phần tử rung (xem F.2.6) Biến dạng tinh thể xảy theo phương ngang phương dọc trục Biến dạng dọc trục (độ giãn dài độ co) trùng với phương phân cực; nén ngang vng góc với phương điện áp đặt vào Để khuyếch đại hiệu ứng dọc trục, xếp chồng nhiều phần tử lên (xem Hình F.6a) Biến dạng tổng, ∆L, tác động/bộ chuyển đổi tổng biến dạng phần tử riêng biệt Các tác động kiểu áp điện có kiểu điện áp thấp kiểu điện áp cao Các kiểu điện áp cao đạt biến dạng lớn kích thích với điện áp 1000 V; kiểu điện áp thấp cần giá trị lớn 100 V chiều dày chúng giảm bớt, địi hỏi dịng điện kích thích cao so với kiểu điện áp cao Với việc sử dụng khuyếch đại cơng suất đặc biệt, sử dụng chồng áp điện làm tác động động lực với tần số kích thích lên tới 20 kHz Tuy nhiên, dịch chuyển lớn đạt nhỏ nhiều so với kiểu tác động nêu F.1.3.1 đến F.1.3.3 Cũng uốn phần tử áp điện lượng định Nhiều thiết kế cho phép thực điều Ví dụ, thiết kế vật liệu composite kết hợp thép gốm dạng côngxôn thể Hình F.6c) Hình F.6 - Bộ tác động kiểu áp điện (nguồn: xem Tham khảo [14], Hình vẽ 2.27) F.1.3.5 Bộ tác động kiểu khối quay Đây tác động tuyệt đối, chúng sinh lực hình sin Sử dụng khối lượng lệch tâm, quay theo chiều ngược nhau, thành phần lực quay theo phương X khử lẫn nhau, thành phần theo phương Y tăng cường thêm Tần số kích thích tốc độ quay Nhược điểm tác động kiểu lực số tần số tỉ lệ với bình phương tần số quay F.2 Các cảm biến để đo rung F.2.1 Tổng quan Điều giới thiệu chuyển đổi sử dụng để đo dịch chuyển, vận tốc gia tốc rung máy Như thích F.1.1, chuyển đổi phân loại thành thiết bị tuyệt đối tương đối Các cảm biến tuyệt đối đo giá trị chuyển động hệ qn tính mà khơng tham chiếu theo hệ quy chiếu cục Các cảm biến tương đối cung cấp liệu chuyển động tương đối hệ quy chiếu cục bộ, ví dụ theo đồ gá mang cảm biến Về lý thuyết đo dịch chuyển, vận tốc gia tốc hệ rung thiết bị kiểu lò xo - khối lượng, dịch chuyển đo tần số riêng gia tốc đo tần số riêng Tuy nhiên, thực tế, thiết bị thiết kế cách khác Để tăng dải đo, thiết bị đo dịch chuyển thiết kế với tần số riêng thấp, khối lượng tương đối lớn lị xo yếu (độ cứng nhỏ) Do đó, thiết bị tương đối nặng, đến mức chúng ảnh hưởng đến đặc tính hệ đo Mặt khác, gia tốc kế thiết kế với khối lượng nhỏ độ cứng vững lớn để đạt tần số riêng cao Do khối lượng tổng thiết bị nhỏ đến mức chúng thường khơng ảnh hưởng đến đặc tính hệ đo Thông thường, loại đại lượng đo, mặt lý thuyết ln biến đổi liệu ban đầu (dịch chuyển, vận tốc gia tốc) thành liệu khác cách lấy tích phân vi phân đơn kép (cũng xem Phụ lục B) F.2.2 Các phận chuyển đổi kiểu điện động lực Các chuyển đổi kiểu điện động lực cảm biến chuyển động tương đối dây dẫn từ trường sinh hiệu điện cuộn dây tỉ lệ với vận tốc tương đối Hiệu điện cảm ứng, U, tỉ lệ với độ cảm ứng từ (mật độ từ thơng), B, số vịng quấn, w, chiều dài vòng quấn, I, vận tốc cuộn dây, v: U=wlBv=kv Tất thông số khác giữ không đổi, vận tốc phận chuyển động sinh hiệu điện U tỉ lệ với vận tốc này, v Kết cấu thông thường cảm biến tương đối bao gồm vỏ hộp thép với lõi ferrit làm nam châm vĩnh cửu, trụ trượt có cuộn dây treo hai lị xo (xem Hình F.7) Trụ trượt kết nối với đầu dò, đầu dò đưa tiếp xúc với phần tử rung, vỏ hộp giữ tay gắn cố định vào hệ quy chiếu chuẩn Cần ý là, trường hợp này, có khả dễ thấy cộng hưởng tiếp xúc tác động xấu đến số đọc Đối với thiết bị đo tuyệt đối, kết cấu thường ngược lại so với thiết bị đo tương đối Cuộn dây quấn vỏ hộp, trụ trượt nam châm vĩnh cửu Một điểm tiếp xúc cố định vỏ hộp giữ tỳ vào máy rung Ở tần số riêng, trụ trượt gần tĩnh thể khối lượng địa chấn Vận tốc phần tử rung đo theo khối lượng địa chấn CHÚ DẪN: Đối tượng đo Nam châm vĩnh cửu Đầu dò Vỏ hộp Các lò xo Chỗ nối Bulông dẫn hướng v Vận tốc Cuộn dây l Chiều dài vòng quấn Đầu cực (pole shoe) Hình F.7 - Bộ chuyển đổi vận tốc kiểu điện động lực (nguồn: xem Tham khảo [14], Hình vẽ 2.28) F.2.3 Cảm biến kiểu tự cảm biến đổi Một vòng dây quấn quanh lõi sắt từ có độ tự cảm, L, giá trị độ tự cảm phụ thuộc vào số vòng dây quấn, w, hệ số từ thẩm lõi, µ, diện tích mặt cắt ngang, A, vịng dây quấn lõi Trường hợp đơn giản, cảm biến kiểu tự cảm biến đổi có lõi hình chữ U với vòng dây quấn quanh lõi Dòng điện chạy qua vịng dây tạo từ thơng xun qua lõi sắt khơng khí Mạch từ gần phía phần ứng sắt từ đặt cách lõi khoảng l, để lại khe hở khơng khí gấp hai lần ngang theo từ thơng Các thiết kế khác chuyển đổi phụ thuộc vào thơng số w, µ, A l cần điều khiển Cảm biến kiểu tự cảm biến đổi thiết kế cho độ tự cảm điều khiển thay đổi khe hở khơng khí, ∆l Từ trở tổng, Rtot, mạch từ tổng từ trở lõi, khe hở không khí (2l), phần ứng: Rtot = Rcore + Rarmat + Rgap Do từ trở thành phần chứa sắt (ferro) (lõi phần ứng) không đáng kể so với điện trở khe hở khơng khí, sử dụng mối quan hệ sau: R = 2l/µπr2 L = kµπr2/l Nếu phần ứng di chuyển khoảng cách, ∆l, độ tự cảm thay đổi lượng, ∆L, bằng: ∆L = C/∆l Công thức mối quan hệ hypebol thay đổi độ tự cảm, ∆L, lượng dịch chuyển phần ứng, ∆l Mạch cấp tín hiệu sóng mang dịng điện xoay chiều Các cảm biểu kiểu tự cảm biến đổi thể độ nhạy không thay đổi dịch chuyển nhỏ Có thể đảm bảo độ nhạy khơng thay đổi dịch chuyển lớn cách sử dụng hai tự cảm biến đổi tương tự đối diện mắc nối tiếp phía đối diện mạch cầu Wheatstone (mạch cầu cân bằng) thể Hình F.8 Sự dịch chuyển phần ứng khe hở làm tăng độ tự cảm làm giảm độ tự cảm với lượng Các tự cảm nối với điện trở chuẩn, Rv, tụ điện, C, để độ lớn pha so sánh mạch cầu Wheatstone nhạy pha (sau gọi "mạch tách sóng nhạy pha") Sự dịch chuyển phần ứng tác động đến cân cầu: hiệu điện đo tỉ lệ với lượng dịch chuyển phần ứng, ∆l, nhạy với chiều chuyển động phần ứng (tín hiệu) Các cảm biến kiểu tự cảm biến đổi sử dụng dải đo từ 0,4 mm đến 0,7 mm với độ phi tuyến tính xấp xỉ % CHÚ DẪN: Lõi Phần ứng Đường sức từ (xuyên qua lõi, khơng khí phần ứng) Cuộn dây Khe hở khơng khí ∆l Lượng dịch chuyển phần ứng U Hiệu điện nguồn UM Hiệu điện đo Rv Điện trở chuẩn C Tụ điện Hình F.8 - Cảm biến kiểu tự cảm biến đổi với mạch tách sóng (nguồn: xem Tham khảo [14], Hình vẽ 2.6) F.2.4 Cảm biến kiểu trụ trượt tự cảm biến đổi Cũng điều biến độ tự cảm cách sử dụng trụ trượt chuyển động hai cuộn dây quấn ngược chiều xung quanh ống kim loại (xem Hình F.9) Một nguồn điện xoay chiều cung cấp tần số mang Hai tự cảm nối với hai điện trở tụ điện mạch cầu Wheatstone để tạo tín hiệu tách sóng nhạy pha Vị trí zero (0) trụ trượt nằm tâm ống cho phát dấu hiệu dịch chuyển Các thiết bị đo có dải tuyến tính lớn nhiều so với loại thiết bị đo mô tả trên: dải đo nằm khoảng 0,5 mm 200 mm, thường với độ tuyến tính 0,2 % đến 0,4 % dải đo Mặc dù tương tự mặt thiết kế, không nên nhầm lẫn thiết bị đo với máy biến áp vi sai biến đổi tuyến tính (LVDT) Thiết bị LVDT hoạt động theo nguyên lý biến áp, với cuộn dây sơ cấp thứ cấp Cuộn sơ cấp dẫn dòng điện mang Cuộn thứ cấp bao gồm hai phần quấn ngược chiều nhau, giống trường hợp trước Tỉ số biến đổi hàm vị trí trụ trượt với điểm zero (0) đặt tâm ống Tín hiệu điều phối mạch tách sóng nhạy pha khuyếch cung cấp điện áp tỉ lệ với vị trí trụ trượt chiều dịch chuyển CHÚ DẪN: Lõi Phần ứng ∆l Lượng dịch chuyển phần ứng U Hiệu điện nguồn UM Hiệu điện đo Rv Điện trở chuẩn C Tụ điện Hình F.9 - Cảm biến kiểu trụ trượt tự cảm biến đổi (nguồn: xem Tham khảo [14], Hình vẽ 2.7) F.2.5 Cảm biến kiểu điện dung Các cảm biến kiểu điện dung gồm có hai dẫn điện có diện tích A, hai đặt cách khoảng cách d, với lớp vật liệu cách điện có số điện mơi ε, điện dung C: C = εoε A / d Trong εo số điện môi chân không (10-11/2π F/cm) Có thể chứng minh thay đổi khoảng cách hai dẫn điện dẫn đến thay đổi điện dung sau: C(d) / C(d + ∆d) = + ∆d / d Do quan hệ thay đổi điện dung thay đổi khoảng cách khơng tuyến tính, tín hiệu đầu cảm biến phải chuyển thành tuyến tính mạch điện tử hồn điệu (được tách) phương pháp "thiết lập cân bằng" (các dãy mắc song song) khuyếch đại Vỏ hộp thiết kế đặc biệt chắn bảo vệ chống lại nhiễu loạn giao thoa bên từ bên Để tránh ảnh hưởng thay đổi điện lượng dây dẫn, giai đoạn tiền khuyếch đại kết hợp vỏ hộp cảm biến Các thay đổi điện dung phát biến đổi thành thay đổi điện áp Các thiết bị đo kiểu điện dung cấp tín hiệu sóng mang dịng điện xoay chiều Tín hiệu đầu điều phối mạch tách sóng nhạy pha để phát tín hiệu (chiều tín hiệu dịch chuyển ban đầu) Các cảm biến kiểu điện dung sử dụng chủ yếu cho việc đo phần tử rung kiểu không tiếp xúc Trong nhiều trường hợp, bề mặt kim loại vật thể rung thực chức dẫn điện thứ hai Phụ thuộc vào kiểu cảm biến sử dụng, dải đo mở rộng từ 0,05 mm đến 10 mm với độ phân giải từ 0,002 µm đến 0,4 µm Sai lệch độ tuyến tính xấp xỉ 0,2 % dải đo Dải tần số nằm khoảng từ kHz đến kHz F.2.6 Cảm biến đo gia tốc Các gia tốc kiểu áp điện phát phản lực, F, khối lượng gia tốc, m, tương ứng với định luật Newtơn: F = ma a = F/m Lực gia tốc đo hai phương pháp khác nhau: a) Khối lượng đặt giá đỡ biến dạng kim loại nhẹ, trụ nhỏ, độ biến dạng trụ đo dụng cụ đo biến dạng, b) Khối lượng đặt tinh thể áp đàn hồi, chịu lực dạng kéo nén, uốn, cắt Các điện tích cảm ứng bề mặt tinh thể thường khuyếch đại trước thiết bị điện tử tích hợp để tránh nhiễu rối loạn khác, ví dụ từ dây nối Đầu điều phối thêm mạch mô tả Các thiết bị đo gia tốc hoạt động sở nguyên lý động chấn Tại tần số thấp cộng hưởng, chuyển động tương đối khối lượng vỏ hộp tỉ lệ với gia tốc, lực, F, xuất xuyên qua mặt tinh thể Để tạo miền "dưới cộng hưởng" lớn có thể, thiết bị đo gia tốc thiết kế với khối lượng nhỏ số đàn hồi lớn, trang bị tinh thể kiểu áp điện Tần số cộng hưởng thu lớn 100 kHz, dải đo thường nằm khoảng 10 -3 g 105 g Các gia tốc kế thường bắt vít lên kết cấu đo Ưu điểm loại thiết bị khối lượng thường khơng đáng kể so với khối lượng kết cấu đo (xem Hình F.10) CHÚ DẪN: Re vít Vỏ hộp Dụng cụ đo độ căng Khối lượng Ống kim loại nhẹ Phần tử áp Khối lượng a) Gia tốc kế với dụng cụ đo độ căng b) Gia tốc kế với phần tử áp dạng cắt CHÚ DẪN: Bạc lót tạo lực trước Vỏ hộp Khối lượng Khối lượng Vỏ hộp Phần tử áp Phần tử áp c) Gia tốc kế với phần tử áp dạng nén d) Gia tốc kế với phần tử áp dạng uốn Hình F.10 - Các mơ hình gia tốc kế (nguồn: xem Tham khảo [14], Hình vẽ 2.29) THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ISO 10814:1996, Mechanical vibration - Susceptibility and sensitivity of machines to unbalance [2] ISO 10816-1:1995, Mechanical vibration - Evaluation of machines vibration by measurements on non-rotating parts - Part 1: General guidelines [3] ISO 10819-3:2009, Mechanical vibration - Evaluation of machines vibration by measurements on non-rotating parts - Part 3: Industrial machines with nominal power above 15 kW and nominal speeds between 120 r/min and 15 000 r/min when measured in situ [4] ISO 13373-2:2005, Condition monitoring and diagnostics of machines - Vibration condition monitoring - Part 2: Processing, analysis and presentation of vibration data [5] WECK, M., 2001, Werkzeugmaschinen Fertigungssysteme 5, Messtechnische Untersuchung und Beurteilung, Springer, Berlin, Heidelberg, New York [6] HOLZWEIBIG, F., DRESIG, H., 1994, Lehrbuch der Maschinenendynamik, Fachbuchverlag, Leipzig, Koln [7] EWINS, D.J., 1986, Modal Testing: Theory and Practice, Reseach Studies Ltd., Letchworth England [8] NATKE, H.G., 1992, Einfuhrung in die Teorie und Praxis der Zeitreihen-und Modalanalyse, Weisbaden, Vieweg Verlag [9] DEN HARTOG, J.P., 1985, Mechanical Vibration, Dover Publications, Minepla, NY (Original edition:1934, McGraw-Hill Book Company, New York) [10] TOBIAS, SA., 1965, Machine Tool Vibration, Blackie & Son Ltd., Glasgow (Originally published in German as "Schwingungen an Werkzeugmaschinen" by Carl Hanser Verlag, Munich, 1961) Currently out of print [11] PETERS, J., 1965, Damping in Machine Tool Construction, th MTDR Conference, 1965, pp 23-26 [12] TLUSTY, J and POLACEK, M., 1963, The Stability of Machine Tools against Self-excited Vibration in Machining, Proceedings of the International Reseach in production Engineering, Pittsburgh [13] TLUSTY, J., Manufacturing Processes and Equipment, Prentice Hall, st edition [14] WECK, M and BRECHER, C., 2006, Werkzeugmaschinen Messtechnische Untersuchung und Beurteilung, dynamische Stabilitat, Springer Verlag, Berlin Heidelberg [15] BENTLEY, JP., 1983, Principles of measurement sustems, Longmans, London, New York