Témata
Reklama

Mechanické kmitání nám zatím znepříjemňuje život a působí více škod než užitku. Jeho nepříznivé účinky jsou omezovány snižováním intenzity zdrojů kmitavého pohybu a zvyšováním účinnosti zábran jeho šíření. Využití mechanického kmitání ve prospěch člověka postupuje nyní podstatně rychleji než dříve.

Místo vyjádření aktuálního parametru mechanického kmitání je často užíván obecný pojem vibrace. O účincích mechanického kmitání se musíme vyjadřovat přesně: buď jde o dráhu, rychlost, nebo o zrychlení kmitavého pohybu. Souvislost těchto tří parametrů mechanického kmitání je zřejmá. Derivací dráhy kmitání podle času je určena rychlost, druhou derivací jeho zrychlení a třetí derivací tzv. gradient zrychlení s využitím v medicíně. Vhodným elektrickým snímačem můžeme s využitím jednoduchých derivačních a integračních obvodů měřit kterýkoliv parametr mechanického kmitání.
Reklama
Reklama

Měření parametrů mechanického kmitání

Pro měření parametrů mechanického kmitání byly vyvinuty snímače využívající nejčastěji piezoelektrický, induktivní, piezorezistentní a elektrodynamický princip. První tři uvedené principy jsou využívány v akcelerometrech (měřicí frekvenční rozsah je pod vlastní frekvencí jejich mechanické soustavy), které mají nejmenší hmotnost a měří zrychlení kmitavého pohybu v nejširším frekvenčním rozsahu. Elektrodynamický princip (jeho měřicí frekvenční rozsah je nad vlastní frekvencí jeho mechanické soustavy) generuje signál úměrný rychlosti kmitavého pohybu, úměrný dráze po jeho jednoduché integraci, úměrný zrychlení po jeho jednoduché derivaci.
Měření parametrů mechanického kmitání ve strojírenství zahrnuje zpravidla frekvenční rozsah řádu Hz až několika set Hz. V některých případech, např. u pohonů s tryskovými motory, až do 1000 Hz, i frekvencí vyšších. Dlouho bylo v odborné literatuře uváděno, že pro člověka je významné mechanické kmitání ve frekvenčním rozsahu od nejnižších frekvencí do 100 Hz, podle nejnovějších výzkumů je to však až do 1500 Hz. V převážné většině případů měří snímače příslušný parametr mechanického kmitání v jedné ose. Existují však akcelerometry pro měření vektoru zrychlení v prostoru prostřednictvím měření jeho složek v pravoúhlé soustavě os.
Ke značnému pokroku dochází v automatickém zpracování měřených signálů ze snímačů parametrů kmitavého pohybu. Jsou digitalizovány a vizualizovány např. ve formě čárového frekvenčního spektra, jednotlivé harmonické složky spektra jsou měřeny v závislosti na režimu funkce zkoumaného objektu. U kmitání stochastického průběhu je využíváno statistických metod zpracování dat. Např. měření počtu překročení řady nastavených hladin u výchylek zvoleného parametru kmitání za stanovených podmínek atd.

Mechanická rezonance

Mechanická rezonance nastává při shodě frekvence vlastních kmitů soustavy (např. mechanické konstrukce) vhodně spojené s budicím zdrojem této frekvence. Měníme-li frekvenci budicích kmitů, existuje stálý poměr budicích kmitů a tzv. vynucených kmitů buzeného objektu mimo interval frekvencí, kdy se kmitání buzeného objektu zvětšuje až do tzv. frekvence rezonanční a pak opět klesá na úroveň kmitů vynucených. Velikost rezonančního kmitání je omezena mechanickým tlumením buzeného objektu. Při konstruování strojů je dbáno, aby při provozních otáčkách stroje či v přechodových stavech jejich nastavování nedošlo k uvedení částí stroje do rezonančního kmitání.

Škodlivost lidem, strojům i budovám

Lidský organismus není ke všem frekvencím ve spektru mechanického kmitání stejně citlivý. Nepochybně je nejméně citlivý na mechanické kmitání přenášené do těla člověka otřesy při jeho chůzi či běhu.
Z empirických pozorování vyplynulo, že lidský organismus je ve směru podélné osy nejcitlivější na kmitání od 4 do 8 Hz. V příčných směrech je nejcitlivější na kmitání o frekvencích 1 až 2 Hz. Právě tyto nízké frekvence v příčných směrech byly příčinou nevolnosti lidí cestujících v některých typech automobilů, kde tyto nízkofrekvenční kmity byly buzeny. Mezi lesními dělníky, kteří pracují s motorovými pilami, jsou dobře známé tzv. "bílé prsty", což je postupná degenerace cévní a nervové tkáně způsobené kmitáním o frekvenci kolem 100 Hz. Působením prostorových zrychlení o frekvenci kolem 0,1 Hz při akrobacii sportovních letadel, které současně mění směr dráhy a rychlost, může nedostatečně trénovaný pilot ztrácet prostorovou orientaci a popřípadě i vědomí. Dlouhodobě působící vibrace na řidiče nákladních automobilů a traktorů poškozují některé jejich vnitřní orgány. To je důvod, proč je nyní ve světě věnována mimořádná pozornost odpružování jejich sedadel.
Existuje řada mezinárodních doporučení a uznávaných norem, které se zabývají vlivem zrychlení na lidský organismus a měřením tohoto zrychlení. Potíž často spočívá v tom, jak působící zrychlení správně změřit.
Mechanické rezonanční i vynucené kmitání už bylo příčinou stovek různých katastrof. Koncem padesátých let se např. zřítily dva dopravní letouny typu Caravelle. Po vytažení vraků z moře bylo dodatečně zjištěno, že příčinou byla rychle se šířící trhlina v draku letounu způsobená nedostatečně utlumeným lokálním rezonančním kmitáním. V regionech opakovaných zemětřesení byly pohřbeny už statisíce osob ve zbořených domech. Teprve v posledních desetiletích byl po experimentálním ověření rozšířen způsob dimenzování staveb ohrožených zemětřesením, který podstatně snížil při tektonických otřesech jejich destrukci. Mechanické kmitání přenášené např. zemí narušuje přesnost obrábění, přesnost různých měření atd., a proto bývají objekty s takovou činností mechanicky odpruženy vhodným uložením.

Mechanické kmitání slouží člověku

Na efektu mechanické rezonance je založena funkce řady strojů a zařízení, které spoří energii, protože nahrazují vynucené kmitání kmitáním rezonančním. Tohoto efektu je využito v ručních i strojních sbíječkách při dobývání hornin, při zhutňování zeminy atd. Významná je aplikace v elektrohydraulických a elektromechanických strojích, kde v režimu rezonance (při minimální spotřebě elektrické energie) jsou dynamicky zatěžovány mechanické konstrukce a jejich konstrukční uzly s cílem získat data o jejich únavové pevnosti a životnosti. Jsou známé rezonanční snímače otáček (frekvence) představované řadou na jedné straně vetknutých ocelových nosníčků naladěných na rezonanční kmitání např. po 0,5 Hz. Vhodným spojením tohoto snímače se strojem je možno přesně měřit jeho jmenovité otáčky a malé odchylky od těchto otáček. Moderní lékařství využívá mechanického kmitání k odstranění bolesti i únavy. Známá jsou anatomicky tvarovaná odpočinková křesla s vestavěným vibrátorem a účinné působení vířené vody v lázni.
K nejdokonalejšímu měření parametrů mechanického kmitání a důsledné minimalizaci příčin jeho vzniku a eliminaci následků jeho působení dochází v leteckém a automobilovém průmyslu. Právě v těchto oborech ohrožuje mechanické kmitání spolehlivost a životnost strojů a současně i komfort, zdraví a životy obsluhy a pasažérů.
Reklama
Vydání #5
Kód článku: 10512
Datum: 09. 05. 2001
Rubrika: Výroba / Měření
Autor:
Firmy
Související články
Trendy ve světě přesné měřicí techniky

Požadavky kladené na kontrolu kvality se rok od roku stále zvyšují. S tímto trendem se musejí vypořádat všichni výrobci měřicí techniky. Shodně je tomu i u firmy Mitutoyo, která se snaží šíří svého sortimentu maximálně vyhovět požadavkům pro dílenskou kontrolu, měrové laboratoře i procesní kontrolu, ale zároveň neopomíjí současný trend - Průmysl 4.0 a IoT - požadavek na inteligentní komunikativní měřidla a přístroje.

Soutěž pro středoškoláky

Jubilejní, již pátý ročník soutěže o Putovní pohár partnerských škol Siemens - Sinumerik Cup se letos konal v Mohelnici, v prostorech zdejší Střední školy technické a zemědělské a stejně jako před třemi lety, kdy tato škola byla hostitelem, i letos zdejší ředitel Jiří Ženožička se svým týmem organizaci pojal velmi profesionálně.

Elektroměry mohou šetřit peníze

Na první pohled může titulek působit jako nepovedený reklamní slogan - jak asi elektroměr může šetřit? Již při bližším prozkoumání se však sdělení ukáže více než výstižné. První a nejzákladnější pravdou je, že "bez měření není kontroly".

Související články
Regulace jalového výkonu u fotovoltaických elektráren

Úvodem článku se zamysleme nad několika údaji, které vycházejí z oficiálních dat zveřejněných Energetic-kým regulačním úřadem za rok 2011. Instalovaný výkon ve fotovoltaických elektrárnách (FVE) byl v roce 2011 celkem 1971 MW a ve větrných elektrárnách (VTE) 219 MW, což je asi 10 % z celkového instalované-ho výkonu v elektrizační soustavě (ES) v ČR. Podle vyjádření ČEPS a ze studie ústavu EGÚ Brno, podle něhož česká elektrická síť dlouhodobě nezvládne více než 1 650 MW z neřiditelných zdrojů je zřejmé, že jsme se na tuto hranici již dostali.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Automatizace bez zbytečných limitů

Většinou jsou uváděny desítky technických "nej", kterými dodavatelé argumentují, proč zvolit právě jejich programovatelný automat (PLC) pro řízení aktuálního projektu.

Plováčkové průtokoměry na olej

Výrobou přístrojů pro polní instrumentaci se dlouhodobě a úspěšně zabývá celosvětově působící společnost Kobold Messring. Do jejího hlavního programu patří průtokoměry, teploměry, hladinoměry a tlakoměry.

Analýza ozubení rychlostí světla

Nároky na ozubení v automobilovém, leteckém a kosmickém průmyslu, ale i v oblasti klasických průmyslových převodovek neustále rostou. Jednou z výzev je kromě snížení ztrát způsobených třením v převodovce také zvyšující se požadavek na nehlučnost. To se týká zvláště hybridních vozů a elektromobilů. Je pochopitelné, že u součástek těchto převodovek stále roste důležitost vlastností povrchu při kluzném a valivém tření. Jednou z hlavních součástí převodovky jsou ozubená kola.

Měřicí technika na Control 2015

Letošního stuttgartského mezinárodního veletrhu Control 2015, zaměřeného na problematiku kvality, se účastnilo na 917 vystavovatelů. Jejich setkání s návštěvníky dokumentovalo novinkami a inovovanými technologiemi současnou úroveň dané oblasti, ale bylo inspirativní také pro další rozvoj oboru.

Objektivní měření kruhovitosti

Kontrola technických parametrů předpokládá nejen využití vhodných přístrojů a metod měření, ale i optimálních postupů provádění, které zajistí maximální věrohodnost získaných výsledků. I při měření kruhovitosti se vyskytuje řada faktorů, které ovlivňují objektivnost a přesnost výsledků kontroly.

Směry vývoje kontroly povrchu

Zvýšení rychlosti kontroly a rozšíření možností aplikace metrologických prostředků a systémů v praxi patří k současným vývojovým trendům měření a hodnocení kvality povrchu. Pokrok v kontrole povrchu je představen na novinkách v optickém interferometrickém měření, které v uplynulém období zaznamenalo velmi intenzivní rozvoj.

Pyramida produktivního procesu

Uživatelé obráběcích strojů jsou často konfrontováni s protichůdnými požadavky: vyrábět co nejlevněji, vyrábět co nejrychleji, vyrábět co nejpřesněji.

Kontrola kruhovitosti na přerušovaném povrchu

Měření a hodnocení kruhovitosti je často požadováno na součástech, jejichž povrch je přerušován drážkami, vybráními, otvory, apod. Příkladem jsou drážkované hřídele, ozubená kola, vzduchová ložiska, součásti s klínovou drážkou, atd.

Progresivní 3D skenery

Mimořádně zdařilé propojení špičkové technické charakteristiky, flexibilnosti aplikací a snadné ovladatelnosti představují nové 3D skenery řady CogniTens WLS400.

Měřím, měříš, měříme…na obráběcím stroji

V moderních výrobních systémech složených z CNC obráběcích strojů je měření a kontrola nástrojů pro preventivní zajištění kvality nepostradatelná. Změřená data nástrojů nebo změřené hodnoty obrobků jsou potom použity k automatickému výpočtu kompenzačních hodnot v probíhajícím výrobním procesu. Pomocí automatické kompenzace rozměrů nástrojů nebo případnou výměnou nástrojů zůstávají výsledky obrábění stabilní.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit