Вибрация иудар

МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ УПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИХ НАГРУЖЕНИИ СИСТЕМОЙ «КИСТЬ -РУКА»

ISO 13753:1998
Mechanical vibration and shock - Hand-arm vibration - Method for measuring thevibration transmissibility of resilient materials when loaded by the hand-armsystem
(IDT)

Содержание

Предисловие

Цели, основныепринципы и основной порядок проведения работ по межгосударственнойстандартизации установлены ГОСТ1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ1.2-97 «Межгосударственная система стандартизации. Стандартымежгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственнойстандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕНТехническим комитетом по стандартизации ТК 183 «Вибрация и удар», Открытымакционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностикитехнических систем» на основе собственного аутентичного перевода стандарта,указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕНГосстандартом России

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

За принятие проголосовали:

4Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 13753:1998 «Вибрацияи удар. Локальная вибрация. Метод измерения передаточной функции упругих материалов при ихнагружении системой «кисть - рука» (ISO 13753:1998 «Mechanical vibration andshock - Hand-arm vibration - Method for measuring the vibrationtransmissibility of resilient materials when loaded by the hand-arm system»).

Степеньсоответствия - идентичная (IDT).

Настоящийстандарт идентичен ГОСТР ИСО 13753-99

5 ПриказомФедерального агентства по техническому регулированию от 29 июня 2007 г. №163-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ИСО 13753-2002 введен в действие вкачестве национального стандарта Российской Федерации с 1 апреля 2008 г.

6 ВВЕДЕНВПЕРВЫЕ

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

Информация обизменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе «Национальныестандарты», а текст изменений - в информационных указателях «Национальныестандарты». В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующаяинформация будет опубликована в информационном указателе «Национальныестандарты»

Введение

Настоящийстандарт разработан в ответ на растущие требования по защите людей от рискаповреждений, связанных с воздействием локальной вибрации.

С точки зренияуменьшения воздействия локальной вибрации упругие материалы используют дляпокрытия рукояток инструмента и для изготовления перчаток. И в том, и в другомслучае предполагают, что результатом будет снижение уровня передаваемойвибрации. В настоящем стандарте дан метод измерения ослабления вибрации при еепрохождении через образец упругого материала плоской формы. В некоторых случаяхэтот образец может состоять из двух или более слоев материала. Метод,предназначенный для использования в лабораторных условиях, обеспечиваетполучение надежных и воспроизводимых результатов.

В настоящемстандарте предполагается, что поведение материалов линейно, а их массапренебрежимо мала в сравнении с приложенной нагрузкой (при необходимости намассу материала может быть сделана поправка). Задачей метода являетсяопределение импеданса материала при его нагружении массой, обеспечивающейсжатие материала, эквивалентное тому, которое он испытывает при сжатии ладоньюруки. Для этого измеряют переходную частотную характеристику материала,нагруженного массой, во всем требуемом диапазоне частот. Вибрацию, котораябудет передаваться через материал при его нагружении рукой, рассчитывают наоснове известных значений импеданса системы «кисть - рука» и измеренногозначения импеданса материала. Импедансы, о которых идет речь в настоящемстандарте, относятся к тому случаю, когда ладонь руки сжимает рукоятку круглойформы. Получаемое при этом значение коэффициента передачи неприменимо дляоценки вибрации, передаваемой на пальцы руки.

Если врезультате измерений окажется, что значение передаточной функции превышает 0,6на всех частотах вплоть до 500 Гц, на практике такой материал, по-видимому, несможет обеспечить большого ослабления вибрации в данном диапазоне частот. Вусловиях практического применения желательно иметь материал с такойпередаточной функцией, которая в наибольшей степени отвечала бы частотномуспектру конкретного источника вибрации.

ГОСТ ИСО 13753-2002

Вибрация и удар

МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ УПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИХНАГРУЖЕНИИ СИСТЕМОЙ «КИСТЬ - РУКА»

Дата введения - 2008-04-01

1 Область применения

Настоящийстандарт устанавливает метод определения вибрационной передаточной функцииупругого материала при его нагружении системой «кисть - рука», заданном в видеимпеданса Z_H этой системы в вертикальном направлении (приложение А).

Методраспространяется на все материалы с линейной передаточной характеристикой.Линейное поведение можно ожидать для большинства упругих вспененных ирезиноподобных материалов, а также для некоторых тканых материалов. Метод можетбыть использован и для комбинированных систем, когда, например, тканый материалсоединен с вспененной или резиновой основой.

Результатылабораторных испытаний по данному методу могут быть использованы при выборематериалов, пригодных для покрытия рукояток инструмента, а также изготовлениявиброизолирующих перчаток, однако они не могут быть использованы дляпредсказания передаточных свойств перчаток, изготовленных из этих материалов(для этих целей см. ГОСТИСО 10819).

2 Нормативные ссылки

В настоящемстандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТИСО 7626-2-94 Вибрация и удар. Экспериментальное определение механическойподвижности. Измерения, использующие одноточечное поступательное возбуждениеприсоединенным вибровозбудителем

ГОСТИСО 10819-2002 Вибрация и удар. Метод измерения и оценки передаточнойфункции перчаток в области ладони

ГОСТ 24346-80Вибрация. Термины и определения

3 Определения

В настоящемстандарте применены термины по ГОСТ 24346.

4 Обозначения

Примененыследующие обозначения:

а₁- ускорение, измеренное на вибровозбудителе;

а₂- ускорение, измеренное на массе т нагрузки;

real - подстрочный индекс, обозначающий действительную часть комплекснойвеличины;

imag - подстрочный индекс, обозначающий мнимую часть комплексной величины;

|| - знак, обозначающий модуль комплекснойвеличины;

т - масса нагрузки, приложенной к упругому материалу;

Т - передаточная функция;

Z_M - импеданс упругого материала;

Z_H - импеданс системы «кисть - рука»;

w - угловая частота;

j - квадратный корень из минус единицы;

А_i (jw)или сокращенно А_i- преобразование Фурье от a_i.

Пример:

 обозначаетдействительную часть комплексного отношения А₁(jw)к А₂(jw).

5 Общий принцип измерений

Метод основанна возбуждении широкополосной случайной или синусоидальной вибрациивибростендом (вибровозбудителем), на который помещен упругий материал вместе смассой нагрузки т вверху, и измерении виброускорений вибростенда - а₁и массы нагрузки т - а₂. Теоретические основы методаизмерений даны в приложении В.

6 Средства измерений

6.1 Общиетребования

Для проведенияизмерений требуются частотный анализатор (предпочтительно двухканальный), два датчикаи двухканальное измерительное оборудование.

Схемаизмерительной установки изображена на рисунке 1.

1 - масса нагрузки т; 2 - упругий материал; 3 -вибровозбудитель
Рисунок 1 - Измерительная установка

6.2 Датчикиускорения и предусилители

Датчики вибрации(акселерометры) и предусилители должны обеспечивать работу в диапазоне частотот 5 до 1000 Гц. В измерительной системе для данных устройств должна бытьпредусмотрена индикация перегрузки.

6.3Крепление датчиков

Датчикивибрации должны быть жестко установлены на плоской поверхности вибровозбудителяи на поверхности массы нагрузки т. Такое соединение может быть обеспеченокреплением на шпильку или с использованием клея или воска. Крепление должнобыть таким, чтобы передаточная функция между сигналами этих двух датчиков вотсутствие испытуемого образца упругого материала была равна единице вдиапазоне частот по крайней мере до 1000 Гц.

7 Испытуемый образец и масса нагрузки

Образец должениметь постоянную толщину и плоскую поверхность, на которую мог бы полностьюпоместиться круг радиусом не менее 45 мм. Образец не должен свешиваться покраям вибростола. Для нагружения образца используют круглый металлическийцилиндр (например, стальной) радиусом 45 мм и массой 2,5 кг.

8 Методика измерений

8.1 На вибровозбудителеи на верхней поверхности массы т одновременно измеряют ускорения а₁и а₂.

8.2Вибровозбудитель может воспроизводить широкополосную случайную вибрацию. В этомслучае спектральная плотность мощности должна иметь постоянное значение неменее 2,5´10^-2(м/с²)²/Гц с допуском ± 10 % в диапазоне частот от 10 до500 Гц.

8.3 Другимвозможным вариантом является воспроизведение синусоидальной вибрации амплитудойне менее 1 м/с².

8.4 Проверяютзначение функции когерентности двух сигналов на каждой частоте возбуждения (см.[1]).Это значение должно быть выше 0,95.

Примечание -Обеспечение столь высокого значения функции когерентности в области резонансаможет представлять определенные трудности. Если в некоторой полосе частотзначение функции когерентности падает ниже 0,95, полученные для нее результатынельзя считать вполне достоверными (см. 9.3). В этих случаяхнеобходимо либо принять меры для увеличения значения функции когерентностисогласно ГОСТИСО 7626-2, либо осуществить обоснованную интерполяцию данных в указаннойполосе частот.

8.5 На каждойчастоте измеряют комплексное соотношение А₁/А₂(комплексные величины могут здесь быть определены либо через модуль и фазу,либо через действительную и мнимую части).

8.6 В протоколиспытаний вносят полученные результаты измерений коэффициента передачи нацентральных частотах третьоктавных полос со значениями центральных частот от 50до 500 Гц. Измерения рекомендуется проводить, если возможно, и на более низкихчастотах - вплоть до 10 Гц.

9 Оценка полученных результатов

Вначалеопределяют импеданс материала Z_M, после чего используют эту величину вместе симпедансом системы «кисть - рука» для расчета передаточной функции.

9.1Определение импеданса материала Z_M

Импедансматериала вычисляют по формуле

                                                                                                                     (1)

9.2Определение передаточной функции Т

Подпередаточной функцией понимают соотношение А₂/А₁,полученное в условиях, когда материал нагружен системой «кисть - рука». Для еевычисления используют значения Z_M, полученные согласно 9.1, Z_H (см.приложение А):

                                                                                                                      (2)

Примечание -Формулы (1) и (2) содержат комплексные величины. В приложении С они даны враскрытом виде. Примеры вычисления передаточной функции Т приведены в приложенииD.

9.3Точность измерений передаточной функции Т

Точность (всмысле сходимости) результатов измерений, выполненных в соответствии сданнымметодом, ожидается в пределах 10 %. Она зависит от степени линейности образца,точности задания импеданса Z_H и других параметров (см. приложение Е).

Примечания

1 В случае нелинейных материалов погрешностьизмерений передаточной функции может быть много больше 10 %.

2 Неопределенность результатов измерений зависит такжеот допусков на воспроизводимый сигнал и погрешности средств измерений.

10 Протокол испытаний

В протоколеиспытаний приводят следующие данные:

а) ссылку нанастоящий стандарт;

б)наименование и адрес изготовителя испытуемого материала;

в) описаниематериала, включая его размеры, массу и тип;

г) числоиспытанных образцов;

д)наименование и адрес лаборатории, проводившей испытания, и дату испытаний;

е) описаниеизмерительной системы;

ж) видвозбуждаемой вибрации (синусоидальная или случайная) и ее характеристики;

з) внешниеусловия, включая температуру и влажность воздуха;

и) значения передаточнойфункции на частотах, Гц: 50, 63, 80, 100, 125,160, 200, 250, 315, 400, 500 и,по возможности, 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5 и 40.

Приложение А
(обязательное)

Значения импеданса Z_H системы «кисть - рука»

В таблице А.1приведены значения Z_H, взятые из [2].Комплексные величины определены через их амплитуду и фазу, а также черездействительную и мнимую части, которые используются для нахождения передаточнойфункции Т.

Таблица А.1 - Значения импеданса Z_H системы «кисть - рука»

Приложение В
(обязательное)

Математические основы измерений вибрационнойпередаточной функции упругих материалов

8.1 Оценка

Материалиспытывает сжатие под действием груза массой 2,5 кг на площади радиусом 45 мм. Передаточнуюфункцию измеряют с помощью датчиков, установленных на вершине массы и наосновании. Оценивают значение импеданса материала.

Отношение  представляет собойкомплексную величину.

На некоторойчастоте ,

где magnitude - модуль отношения А₁/А₂;

phase - разность фаз между А₁и А₂.

Импедансматериала определяют исходя из импеданса массы и комплексной функции А₁/А₂:

Передаточную функциюв условии нагружения системой «кисть - рука» определяют по формуле

где Z_H - импеданс системы «кисть -рука».

8.2Теоретические основы

Рисунок В.1 - Теоретическая модель смассой m

Впредположении, что масса материала пренебрежимо мала, в соответствии со вторымзаконом Ньютона получают:

из чегоследует:

Случаю охвата упругогоматериала рукой соответствует модель, которая имеет вид, показанный на рисункеВ.2.

Рисунок В.2 - Теоретическая модель с импедансомнагрузки системой «кисть - рука» Z_H

Вновьпредполагая массу материала пренебрежимо малой, получают:

откудаследует:

Приложение С
(справочное)

Представление формул (1) и (2) в раскрытом виде

В настоящемприложении даны в раскрытом виде формулы (1)и (2) раздела 9, когда комплексные величины представленычерез их действительные и мнимые части.

откуда

и

Приложение D
(справочное)

Примеры расчетов передаточной функции Т

В таблице D.1 приведены результаты некоторыхвычислений, показывающих, каким образом можно получить значения передаточнойфункции, зная амплитуду и фазу соотношения А₁/А₂,а также значения импеданса системы «кисть - рука», указанные в приложении А.

Таблица D.1- Вычисления передаточной функции Т

Приложение E
(справочное)

Факторы, влияющие на результаты измерений

Динамические характеристикии реакция образца в значительной степени зависят от условий испытаний(например, влажности воздуха, температуры, формы образца) и свойств испытуемогоматериала (возраст, нелинейность и т. д.).

С особойосторожностью следует относиться к интерпретации результатов испытаний, еслиони получены для материала со следующими характеристиками:

- коэффициентпоглощения влаги более 5 %;

- точкафазового перехода от 0 до 30 °С.

Возрастматериала оказывает большое влияние на его свойства. Для того чтобы оценить егодолговременные защитные свойства, может потребоваться проведение испытаний наобразцах из более старого материала.

Приложение F
(справочное)

Библиография

[1]Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. - М.: Мир, 1974.- 464 с.

Ключевыеслова: вибрация, виброизолирующие материалы, механические свойства,передаточная функция, измерения