Tärinätestauslaitteet ja niiden dynaamiset vaatimukset

Abstract

Kandidaatintyön tehtävä on selvittää, minkälaisia vaatimuksia tärinätestauslaitteilla on. Tavoitteena on, että vaatimuksien pohjalta voi aloittaa tärinätestauslaitteen suunnittelu. Työ suoritetaan tekemällä kirjallisuuskatsaus värähtelyyn ja tärinätestauslaitteisiin sekä luomalla standardin pohjalta testi, josta laitteen vaatimukset tulevat. Vaatimukset tehdään vain harmoniselle värähtelylle ja tällöin shokin testaaminen jätetään pois.

Kirjallisuuskatsauksessa käydään aluksi värähtelyn teoriaa. Tähän sisältyy värähtelyn tyyppien määrittäminen ja tärkeimpien laskukaavojen läpikäynti. Tätä seuraa lyhyt yleinen katsaus tärinätestaamiseen. Väsyminen tuodaan esiin yhtenä merkittävimpinä vaurion muotoina. Mittauslaitteista käydään läpi yleisimmät kiihtyvyysanturityypit ja käydään läpi niiden hyvät ja huonot puolet. Kiihtyvyysantureilla saadaan selville Acceleration Spectral Density (ASD) eli kiihtyvyysspektritiheys, mikä on tärkeää tärinän mittauksessa. Tärinätestauslaitteista käydään aluksi läpi yleispäteviä asioita, minkä jälkeen tutkitaan mekaanista, hydraulista ja elektrodynaamista laitetta. Eri tyypeistä käydään läpi käyttötarkoitus, hyödyt ja haitat.

Standardiksi valitaan USA:n armeijan MIL-STD-810H. Standardissa on useita ympäristötestejä. Työhön valitaan Method 514, mikä käsittelee yhden vapausasteen tärinää. Testaus alkaa määrittämällä testikappaleen kokemat olosuhteet. Olosuhteista määritetään esimerkiksi kappaleen kokeman tärinän kiihtyvyys ja aika. Testauksessa tulosten mittaaminen tehdään pääsääntöisesti kiihtyvyysanturien kanssa. Satunnaisessa värähtelyssä tärkein arvo on ASD.

Täristimen tyypiksi valitaan elektrodynaaminen monipuolisen testauksen vuoksi. Taajuuden huippuarvoiksi valitaan 2000-3000 Hz. Siirtymäksi asetetaan vähintään 50 mm. Pöydän sivun pituus tulisi olla ainakin 700-1000 mm alueella. Pöydän tulee olla avoin ja kiinnitys mahdollisuuksien laaja. Mittauksen tehdään pietsosähköisellä kiihtyvyysanturilla.

The task of the bachelor’s thesis is to find out the requirements of a vibration testing machine. The goal is that the requirements can be used to start the process of designing a vibration testing machine. The thesis is done by compiling a literature review into vibration and testing machines as well as creating a test based on a standard. The thesis leaves out shock testing.

The literature review starts with vibration theory. This includes vibration types and the most important equations for the thesis. This is followed by a short overall review of vibration testing. Fatigue is brought up as one of the most significant forms of damage. Afterwards the most common types of accelerometer are described as well as their upsides and downsides. Accelerometer are used to specify the ASD or Acceleration Spectral Density which is important for vibration testing. Afterwards the thesis goes over some of the universal aspects of vibration testing machines. This is followed by a comparison of mechanical, hydraulic and electrodynamic testing machines.

The choses standard is the US army standard MIL-STD-810H. The standard includes several environmental tests. Method 514 which covers single degree vibration testing is chosen. Testing starts with determining the environment of the part that is tested. This means determining for example vibration acceleration and duration. Measurements are done mostly with accelerators. In random vibration the most important value is ASD.

Electrodynamic shaker is chosen for its diverse use. The upper limit of frequency is around 2000-3000 Hz. Displacement is at least 50 mm. The length of the table side is around 700-1000 mm. The table needs to be open and have variety of mounting points for the test item. Measuring is done using a piezoelectric accelerometer.