カンチレバーの自由振動 教育機器 機械的トレーニング機器

TM166 カンチレバーの自由振動 教育機器 機械的トレーニング機器

カンチレバーの自由振動
この製品は、単純な「1 自由度」システムの自由振動を探求する製品群の一部です。
次のような重要な科学用語を生徒に紹介します。
• 単振動（SHM）と振動周波数
• ビームの剛性
• レイリー法
• ダンカリー法
• 面積の二次モーメント
• 変位とその導関数間の位相差
この製品は、研究やデモンストレーション用の頑丈なテストフレーム (TM160) に適合します。
端に質量があるビームは、質量バネ システムと同様に機能します。つまり、ビームの剛性がバネの剛性を単に置き換えるだけです。 ただし、質量ばねシステムでは、通常、質量に比べて「軽い」ばねを想定します。 振動するカンチレバーは、バネ要素 (この場合はビーム) が軽くない場合に何が起こるかを調べます。 さらに、質量とばねを形成する完全な自己完結型システムとしてビーム (先端質量なし) を検査します。

振動するカンチレバーは、航空機の翼などの実際の構造で発生する可能性のある振動のシンプルかつ非常に視覚的な例を形成します。
バックパネルはテストフレームに固定されます。 パネルは頑丈なクランプと 2 つのランナーを保持します。 クランプはビームを保持します。 生徒はクランプを使用してカンチレバーの振動長さを調整します。 ランナーには、カンチレバーの端の振動を測定する非接触センサーが取り付けられています。 センサーはビームと物理的に接触しておらず、減衰は無視できます。
バックパネルには目盛りが印刷されています。 学生はこれを使用してビームの長さを正確に設定します。
製品には 2 つのビームが含まれています。 単純なビームと先端質量を備えたビームです。 学生は、2 番目のビームに追加の「先端質量」を追加して、それが振動にどのように影響するかをテストできます。 生徒はカンチレバーの端を引き下げて放し、カンチレバーを振動させます。 次に、振動の周波数を見つけて、それを理論から予測された周波数と比較します。 学生は、先端質量とビーム質量の比率を変えて、先端質量を変化させてビームをテストします。 彼らは、ほとんどの比率において、ビームが「光」であるという仮定では発振周波数を正確に予測できない可能性があることを発見しました。 次に、レイリーの方法が全体の予測をどのように改善するかを学びます。 また、ダンカリー法を使用してビームのみの固有振動数を予測し、この値を他の方法で見つかった値と比較します。
バックパネルは水平方向と垂直方向の両方に固定されるため、学生は両方の位置でビームをテストできます。
システム振動波形のリアルタイム表示とデータ収集のために VDAS® (mkII) と連携するように変位センサーを校正します。 学生はソフトウェアを使用して変位波形を確認し、周波数を測定します。 ソフトウェアは、変位の最初の 2 つの導関数 (速度と加速度) を計算して表示します。
TM166 は VDAS® (mkII) で動作するように特別に設計されています。 ただし、必要に応じて、センサー出力を独自のデータ収集システムまたはオシロスコープに接続できます。
学習成果
• レイリー法とビームが「光」であると仮定した簡易法を使用した発振周波数の予測
• 変位とその導関数間の位相差
• 水平カンチレバーの長さと振動周波数
• ダンカリー法を使用して「ビームのみ」の周波数を予測する
• 垂直カンチレバーと水平カンチレバーの比較