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
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
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.

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.

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.

Související články
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
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Výsledky spolupráce akademické sféry s průmyslem

Pracovníci Ústavu výrobních strojů systémů a robotiky z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně usilují o těsné sepjetí školy s praxí, které nelze realizovat jinak než úzkou spoluprací s průmyslem. V předchozích vydáních MM Průmyslového spektra jsme avizovali, že budeme technickou veřejnost informovat o konkrétních výsledcích naší spolupráce. Zde jsou první poznatky.

Malé velké změny - čidla pro pneumatické válce

Historicky prošla magnetická čidla pro snímání poloh pneumatických válců zajímavým vývojem. Jsou stále menší, výkonnější, levnější a ještě déle vydrží.

Chytré stroje přivádějí továrny k životu

Bezpečné balicí stroje připojené k Ethernetu zvyšují produktivitu, zlepšují flexibilitu, snižují komplexnost konstrukce a řeší problémy pracovníků v provozu.

Nanovlákenná membrána v oknech ochrání stroje i pracovníky

Zatímco o smogu v ulicích se vedou časté debaty, znečištěný vzduch v interiéru patří k opomíjeným tématům. A to i přesto, že podle Světové zdravotnické organizace stojí život 4,3 milionu lidí ročně a v průmyslových objektech ohrožuje jak zdraví pracovníků, tak samotný provoz. Díky rozvoji moderních technologií nyní interiér účinně ochrání nanovlákenná okenní membrána.

Je zaškrabávání nezastupitelná metoda?

V minulém vydání jsme uvedli 1. díl pohledu do minulosti i současnosti řemeslné výroby obráběcích strojů. Nyní vám přinášíme pokračování tohoto článku o unikátní metodě – technologii zaškrabávání.

Jak sledovat Big Data rychlostí formule 1

Velmi rychlé zpracování dat je ve formuli 1 zcela zásadní. To platí nejen pro telemetrii během závodu, ale i pro výzkumná pracoviště, kde se testují pohonné jednotky pro závodní vozy. Inženýři z týmu Scuderia Ferrari mohou nyní díky kombinovanému hardwarovému a softwarovému řešení od SKF sledovat výkon v jednotlivých zkušebních komorách pohonných jednotek v reálném čase.

Plzeňské setkání strojařů

Katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni letos uspořádala již devátý ročník mezinárodní konference Strojírenská technologie Plzeň. V porovnání s minulým ročníkem zaznamenala podstatně větší návštěvnost – čítala téměř dvě stě účastníků a uskutečnilo se bezmála šedesát prezentací. Náš časopis na konferenci figuroval jako mediální partner akce.

Průmysl 4.0 v praxi

Reflexe současného poznání s aplikací prvků Průmyslu 4.0 do praxe byla předmětem odborné konference, kterou společnost Ceratizit společně se svými partnery připravila pro téměř stovku účastníků z řad výrobních společností ve svém Technickém centru. Od původního teoretizování o aspektech Průmyslu 4.0 jsme se nyní dostali již k praktických zkušenostem.

Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 4. díl: Jaké jsou limity lithiových baterií

Stěžejní součást bateriových elektrických vozidel představuje trakční baterie, soustava navzájem propojených sekundárních (nabíjecích) galvanických článků, které v podobě chemické energie akumulují tu elektrickou, již z baterie získává elektromotor. Protože se jako jedna z nevýhod elektrických vozidel oproti těm konvenčním uvádí poměr uložené energie a hmotnosti akumulátorů, tedy jejich relativně nízká specifická energie, zaměříme se v tomto díle našeho seriálu právě na ni, představíme si některé možnosti jejího navýšení a zmapujeme důsledky, jaké může pro mobilitu mít.

Strojové učení pro senzory

Dnes je možné nalézt mikrokontroléry (jednočipové počítače) v prakticky jakémkoli technickém zařízení počínaje pračkami až k měřičům tlaku a nositelné elektronice. Výzkumní pracovníci Fraunhoferova institutu mikroelektronických obvodů a integrovaných systémů řízení (IMS, ISŘ) vyvinuli AIfES, koncept umělé inteligence (AI) pro mikrokontroléry a senzory, který obsahuje plně nastavitelnou umělou neuronovou síť. AIfES je na platformě nezávislá knihovna pro strojové učení, kterou lze využít k realizaci samostudijní mikroelektroniky, která nevyžaduje spojení s cloudem nebo vysoce výkonným počítačem. Systém umělé inteligence určený pro senzory je schopen rozeznat rukopis a gesto, což umožňuje například zadávání vstupních dat gestem, běží-li knihovna na nositelné elektronice.

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