Anyagdiagnosztika kommunikációs dosszié
ANYAGDIAGNOSZTIKA ANYAGMÉRNÖK MESTERKÉPZÉS ANYAGDIAGNOSZTIKA SZAKIRÁNY
TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ
MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR GÉPELEMEK TANSZÉKE
MISKOLC, 2008.
1
Anyagdiagnosztika kommunikációs dosszié
Tartalomjegyzék 1. Tantárgyleírás, tárgyjegyző, óraszám, kreditérték 2. Tantárgytematika (órára lebontva) 3. Minta zárthelyi 4. Vizsgakérdések, vizsgáztatás módja 5. Egyéb követelmének
2
Anyagdiagnosztika kommunikációs dosszié 1. TANTÁRGYLEÍRÁS A tantárgy/kurzus címe: ANYAGDIAGNOSZTIKA A kurzus típusa ELŐADÁS+gyakorlat Tárgyjegyző és előadótanár: Intézet/Tanszék:
A tantárgy/kurzus száma: Anyagmérnök MS 02 Óraszám/hét 2+1 K
Félév: 2 Kreditek száma 4
Sarka Ferenc egyetemi tanársegéd Gépészmérnöki és Informatikai Kar Gépelemek Tanszéke
A kurzus státusza a tanulmányi programon belül: Az MS anyagmérnök anyagdiagnosztikai szakirány számára kötelező tárgy A kurzus célja A hallgatók megismerkednek a különböző rezgésdiagnosztikai modellekkel és azok gyakorlati alkalmazásával. A kurzus leírása: Gépészeti rezgésdiagnosztika Diagnosztikai módszerek, az egyes eljárások összehasonlítása, alkalmazási lehetőségei, jelentőségük a korszerű karbantartásban. Rezgésjellemzők, alapvető rezgéstani alapfogalmak. Szintek, műveletek szintekkel. Jeladók, rezgésmérési módszerek (különös tekintettel a tranziens folyamatokra), alkalmazható műszerek és eljárások. Testhang- és léghangmérés. Gépállapotra vonatkozó előírások és műszaki irányelvek. Frekvenciamérés. Színkép és kiértékelési lehetőségei. Fourier-analízis, gyors Fourier-analízis. A frekvenciák és a lehetséges hibaforrások azonosítása. Különböző elempárok és gépegységek jellegzetes frekvenciái, azok lehetséges torzulásai, modulációs jelenségek. A megbízhatóságelmélet alkalmazása. Határértékek egyedi és tömegtermékeknél, ill. ezek megállapítási lehetőségei. Gazdaságossági kérdések, elérhető eredmények. A kreditpontok megszerzésének követelményei: 2 db félévközi zárthelyi sikeres megírása, vizsgajegy megszerzése Oktatási módszer: Előadások, írásvetítő használatával, laboratóriumi gyakorlat alapján. Előfeltételek: Diagnosztika I. sikeres vizsga Oktatási segédeszközök: Kováts A.: Gépszerkezettan. Műszaki akusztika. Tankönyvkiadó, Bp. 1985. Sólyomvári K.-Lipovszky Gy.-Varga G.: Gépek rezgésvizsgálata és a karbantartás. Műszaki Könyvkiadó, Bp., 1981. Dömötör F. (szerk.): Rezgésdiagnosztika I. Főiskolai kiadó, Dunaújváros, 2008. Vizsgáztatási módszer: Szóbeli és írásbeli vizsga Kell-e jelentkezni a kurzusra: Igen, a félév megkezdése előtti héten, számítógépen Értékelés: 25% évközi ZH és 75% vizsga súllyal 3
Anyagdiagnosztika kommunikációs dosszié 2. TANTÁRGYTEMATIKA Tantárgytematika (Ütemterv) 2007/2008. II. félév Diagnosztika II. Anyagmérnöki MS. Anyagdiagnosztika szakirány I. évf. II. félév 2e+1K Hét
3.
Előadás Diagnosztikatörténeti áttekintés Rezgéstani alapfogalmak Harmonikus rezgések összegzése Csillapítatlan és csillapított rezgések, jellemző mennyiségek Rezgésjelek feldolgozása
4. 5. 6.
Rezgések felbontása, Fourier-transzformáció Szintek, műveletek szintekkel Terjedési jellemzők, terjedési viszonyok
7. 8. 9.
Műszerek Műszerek Jellegzetes berendezések zaj- és rezgésforrásai, jellemzői Villamos gépek Jellegzetes berendezések zaj- és rezgésforrásai, jellemzői Csapágyazások
1. 2.
10. 11. 12. 13. 14.
Jellegzetes berendezések zaj- és rezgésforrásai, jellemzői Hajtások Jellegzetes berendezések zaj- és rezgésforrásai, jellemzői Hidraulikus berendezések Jellegzetes berendezések zaj- és rezgésforrásai, jellemzői Légtechnikai és technológiai berendezések Rezgésdiagnosztikai rendszerek, állapot kiértékelés
Gyakorlat Számítási példák (rezgések) Számítási példák (rezgések) Ellenőrző feladat Számítási példák Rezgésanalízis Szintszámítások Térjellemzők számítása Ellenőrző feladat 1. zárthelyi 1. labormérés Rezgésjellemzők 2. labormérés Időben változó jelek feldolgozása 3. labormérés Rezgésanalízis 4. labormérés Rezgésanalízis 2. zárthelyi Pótzárthelyi
A tantárgy lezárásának módja: vizsga A gyakorlati jegy megszerzésének módja: • a gyakorlatok látogatása 100%-ban, • 2 db zárhelyi elégséges szintű megírása (elégséges szint 60%). Ajánlott irodalom: Kováts A.: Gépszerkezettan. Műszaki akusztika. Tankönyvkiadó, Bp. 1985. Sólyomvári K.-Lipovszky Gy.-Varga G.: Gépek rezgésvizsgálata és a karbantartás. Műszaki Könyvkiadó, Bp., 1981. Dömötör F. (szerk.): Rezgésdiagnosztika I. Főiskolai kiadó, Dunaújváros, 2008. A zárthelyik írása során a mobiltelefon használata tilos! Sarka Ferenc egyetemi tanársegéd
Dr. Döbröczöni Ádám tanszékvezető egyetemi tanár 4
Anyagdiagnosztika kommunikációs dosszié 3. MINTA ZÁRTHELYI „Minta”Zárthelyi feladatsor (A feladatsor megoldására rendelkezésre álló idő 120 perc) 1. Diagnosztikai feladatoknál az állapot megítélésére a) Mely rezgésjellemzőket mikor célszerű felhasználni? b) Miért? c) Milyen rezgésérzékelők alkalmasak erre? 2. Mi a piezoelektromos hatás, és az milyen jelentőséggel bír rezgésméréseknél? Nevezzen meg egy konkrét gyakorlati példát előfordulására! 3. Tömegből, rugóból és csillapító elemből álló rendszer gerjesztését megszüntetve amplitúdója q = 5 lengés után hatodára csökken. Mekkora a rendszer csillapítására jellemző logaritmikus dekrementum? 4. Határozza meg két harmonikus rezgés eredőjét, ha az összetevők f 1 (t ) = A1 sin(ω 1t + ϕ 1 ) és f 2(t ) = A2 sin(ω 2 t + ϕ 2 ), továbbá o A2 = 2 A1 , ω 1 = ω 2 = ω , ϕ 1 = 25 és ϕ 2 = 46
5. Készítsük el az alábbi g (t) függvény Fourier-analízisét legalább három tagig! Ábrázoljuk az összetevőket!
0≤t ≤
T ; y=0 2
T < t ≤ T; y =1 2 stb. 6. Villamos motor ékszíjhajtáson át lassító áttétellel hajt meg egy egyfokozatú fogaskerék hajtóművet. Számítással határozza meg a rendszer valamennyi lehetséges gerjesztési frekvenciáját!. A hajtás végig lassító! Adatok:
a villamos motor fordulatszáma: nm = 2880 min-1; az ékszíjtárcsák névleges átmérője: d1 = 205 mm; d2 = 525 mm; a fogaskerekek fogszámai: z1 = 19; z2 = 47.
7. Adott egy villamos motorral közvetlenül hajtott egylépcsős fogaskerék hajtómű. Ismerjük spektrumából a következő három értéket 1,5 %-nál kisebb hibával: 5
Anyagdiagnosztika kommunikációs dosszié
f1 = 12 Hz; f2 = 48 Hz; f3 = 870 Hz. a) Állapítsa meg a hajtómű mindkét tengelyének fordulatszámát és a fogaskerekek fogszámait! b) Egészítse ki a kapott adatok alapján a spektrumot! 8. Milyen jellegzetes frekvenciák tapasztalhatók siklócsapágyaknál? 9. Mit értünk a rezgésérzékelőknél érzékenység alatt? 10. A magnetostrikciós eredetű rezéseknél a) mekkora az alapfrekvencia és miért? b) Mi a megnetostrikció? c) Hogyan befolyásolható nagysága? d) Milyen gépeknél kell fellépésére számítani?
6
Anyagdiagnosztika kommunikációs dosszié A „MINTA” ZÁRTHELYI megoldása és értékelése
1. Diagnosztikai feladatoknál az állapot megítélésére a) Mely rezgésjellemzőket mikor célszerű felhasználni? b) Miért? c) Milyen rezgésérzékelők alkalmasak erre? Megoldás: a) élő szervezeteknél a rezgésgyorsulás gépállapotnál, épületeknél stb. a rezgéssebesség b) működőképességét befolyásolja (ld. Infrahangok észlelése) a károsodás energiafüggő; c) bármely rezgésérzékelő a műszer felépítésétől függően. 2. Mi a piezoelektromos hatás, és az milyen jelentőséggel bír rezgésméréseknél? Nevezzen meg egy konkrét gyakorlati példát előfordulására! Megoldás: Piezoelektromos elven működő gyorsulásérzékelőknél töltésvándorlás akkor is fellép, ha a zárófelületek eltérő hőmérsékleten vannak. Pl.: meleghengerlésnél csapágytőkék rezgésmérése. 3. Tömegből, rugóból és csillapító elemből álló rendszer gerjesztését megszüntetve amplitúdója q = 5 lengés után hatodára csökken. Mekkora a rendszer csillapítására jellemző logaritmikus dekrementum? A 1 1 Megoldás: δ = 1n n = ln 6 ≈ 0,36 q An+q 5
4. Határozza meg két harmonikus rezgés eredőjét, ha az összetevők f 1 (t ) = A1 sin(ω 1t + ϕ 1 ) és f 2(t ) = A2 sin(ω 2 t + ϕ 2 ), továbbá o A2 = 2 A1 , ω 1 = ω 2 = ω , ϕ 1 = 25 és ϕ 2 = 46 Megoldás: Az eredő
f e = A sin(ωt + ϕ 0 ),
ahol A = A12 + A22 + 2 A1 A2 cos(ϕ 2 − ϕ1 ) = A12 + 412 + 4 A1 A1 cos(ϕ 2 − ϕ1 ) = = 5 A12 + 4 A12 cos(46 o − 25o ) = A1 5 + 4 cos 21o és
7
Anyagdiagnosztika kommunikációs dosszié
ϕ 0 = arctg
A1 sin ϕ1 + A2 sin ϕ 2 A sin 25o + 2 A1 sin 46 o = arctg 1 = A1 cos ϕ1 + A2 cos ϕ 2 A1 cos 25o + 2 A1 cos 46 o
sin 25o + sin 46 o = arctg cos 25o + cos 46 o 5. Készítsük el az alábbi g (t) függvény Fourier-analízisét legalább három tagig! Ábrázoljuk az összetevőket! 0≤t ≤
T ; y=0 2
T < t ≤ T; y =1 2 stb. Megoldás: T
1 1⎡ T⎤ M A0 = ∫ g (t )dt = ⎢ M ⎥ = , T0 T ⎣ 2⎦ 2 T
2 2kπt 2 2kπt 2M T ⎡ 2kπt ⎤ sin = 0, dt = dt = ∫ M cos Ak = ∫ g (t ) cos T 2kπ ⎢⎣ T ⎥⎦ T / 2 T T T T /2 T0 T
T
mert
2kπt 2kπt − sin = 0. T T Tehát koszinuszos összetevő nem lesz, ez a g(t) függvény páratlan jellegéből előre látható volt. sin
2 2kπt 2M g (t ) sin dt = ∫ T0 T T T
Bk = =
M kπ
T
T
∫
sin
T /2
2kπt 2M T ⎡ 2kπt ⎤ dt = − cos = ⎢ T T 2kπ ⎣ T ⎥⎦ T / 2
2kπt 2kπt ⎤ M ⎡ ⎢⎣− cos T + cos 2T ⎥⎦ = kπ (1 − cos kπ ),
ha k = 1 ⇒ B1 = −
M
π
(1 − cosπ ) = − 2M 1 π
M (1 − cos 2π ) = 0 2π 2M 1 M k = 3 ⇒ B3 = − (1 − cos 3π ) = − 3π π 3 M (1 − cos 4π ) = 0 k = 4 ⇒ B4 = − 4π 2M 1 M k = 5 ⇒ B5 = − (1 − cos 5π ) = − 5π π 5 k = 2 ⇒ B2 = −
Ebből a g(t) függvény
g (t ) =
M 2M − 2 π
1 1 ⎡ ⎤ ⎢⎣1sin ω t + 3 sin 3ωt + 5 sin 5ω t + ... + ⎥⎦
8
Anyagdiagnosztika kommunikációs dosszié
6. Villamos motor ékszíjhajtáson át lassító áttétellel hajt meg egy egyfokozatú fogaskerék hajtóművet. Számítással határozza meg a rendszer valamennyi lehetséges gerjesztési frekvenciáját!. A hajtás végig lassító! Adatok:
a villamos motor fordulatszáma: nm = 2880 min-1; az ékszíjtárcsák névleges átmérője: d1 = 205 mm; d2 = 525 mm; a fogaskerekek fogszámai: z1 = 19; z2 = 47.
Megoldás:
nvill = 100 Hz 2880 = 48Hz 60 2880 205 ft 2 = = 18,74 Hz 60 525 2880 205 19 ft3 = = 8,903Hz 60 525 47 2880 205 f2 = 19 ≅ 356,1Hz 60 525 v f sz = 2t t f t1 =
oldalsávok:
f 2 ± 2 ft 2 f 2 ± 2 ft3
továbbá harmonikusok, hibafrekvenciák, csapágyfrekvenciák. 7. Adott egy villamos motorral közvetlenül hajtott egylépcsős fogaskerék hajtómű. Ismerjük spektrumából a következő három értéket 1,5 %-nál kisebb hibával: f1 = 12 Hz; f2 = 48 Hz; f3 = 870 Hz. c) Állapítsa meg a hajtómű mindkét tengelyének fordulatszámát és a fogaskerekek fogszámait! d) Egészítse ki a kapott adatok alapján a spektrumot!
9
Anyagdiagnosztika kommunikációs dosszié Megoldás: n1 → 48 Hz 60 n z f t 2 = 1 1 → 12 Hz 60 z 2 f t1 =
n1 z1 → 870 Hz 60 n1 = 48 ⋅ 60 = 2880 min −1 f2 =
48 ⋅ z1 = 870,
ebből z1 = ill. 48
870 ≅ 18,13 → z1 = 18, 48
18 48 ⋅18 = 72, = 12 → z 2 = 12 z2
n2 = 2880
18 = 720 min −1 . 72
Ellenőrzés:
2880 18 = 864 Hz, 60 870 − 864 δf = ≅ 0,007 < 0,015, 864 f2 =
tehát a számítás helyes! 8.Milyen jellegzetes frekvenciák tapasztalhatók siklócsapágyaknál? Megoldás:
- tengelyfrekvencia és harmonikusai, - transzformációs frekvencia
9. Mit értünk a rezgésérzékelőknél érzékenység alatt? Megoldás: U ⎡ mV ⎤ η = ⎢ −2 ⎥ a ⎣ ms ⎦ 10. A magnetostrikciós eredetű rezgéseknél a) mekkora az alapfrekvencia és miért? b) Mi a megnetostrikció? c) Hogyan befolyásolható nagysága? d) Milyen gépeknél kell fellépésére számítani? Megoldás: a) f=100 Hz a hálózati gerjesztés, b) ferromágneses anyagok alakváltozása mágneses erőtérben, c) anyagminőséggel, anyagszerkezettel, technológiával, d) valamennyi villamosgépnél; 10
Anyagdiagnosztika kommunikációs dosszié 4. VIZSGAKÉRDÉSEK, A VIZSGÁZTATÁS MÓDJA Számonkérés: A vizsga írásbeli és szóbeli. Az írásbeli időtartama 120 perc, amelyet szóbeli követ. Az írásbeli kb. 70%-a konkrét számítási feladat, kb. 30% elméleti jellegű. A szóbeli vizsga az elméleti részre épül, de kiegészítheti az írásbeli anyagát is, messzemenően gyakorlati jelleggel. Szóbeli vizsgára csak akkor kerülhet sor, ha a vizsga zárthelyi legalább elégséges minősítésű. A szóbeli időtartama max. 30 perc. 1. Rezgésjellemzők 2. Rezgésjellemzők mérési lehetőségei 3. Mérőrendszerek felépítése, az egyes egységek feladata 4. Érzékelők 5. Szűrők 6. Dinamika választás 7. Kijelzők 8. Műszerrendszerek kiegészítő elemei 9. Diagnosztikai rendszerek 10. Rezgésjellemzők felhasználása a diagnosztikában 11. Fourier-transzformáció 12. Gyors Fourier-transzformáció 13. Digitalizálás 14. A digitális adatfeldolgozás előnyei és hibái 15. Rezgésjellemzők időfüggvényei 16. Villamosgépek rezgésjellemzői 17. Csapágyazások rezgésjellemzői 18. Fogaskerék hajtások rezgésjellemzői 19. Rugalmas hajtások rezgésjellemzői 20. Lánchajtások rezgésjellemzői 21. Hidraulikus és pneumatikus berendezések rezgésjellemzői 22. Légtechnika berendezések rezgésjellemzői 23. Technológiai berendezések rezgésjellemzői 24. Állapotmegítélés 25. Értékelési lehetőségek 26. A diagnosztika és a karbantartás kapcsolata 27. A „black-box” probléma 28. Gyakorlati esettanulmányok 29. Hibalehetőségek a diagnosztikában 30. Rezgéscsökkentési módszerek
11
Anyagdiagnosztika kommunikációs dosszié 5. Egyéb követelmények --
Sarka Ferenc egyetemi tanársegéd
12
