Повышение динамического качества станков на основе учета неконсервативных сил контактного взаимодействия звеньев

• Автор: Бундур, Михаил Семенович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 179 с. : ил.

Глава
Современные представления о неконсервативных силах в подвижных и неподвижных соединениях звеньев металлорежущих станков
1.1. Анализ современных гипотез, связывающих динамическое качество станков с неконсервативными силами в контактных соединениях
1.2. Проблемы учета неконсервативных сил в задачах динамики
1.3. Цель и задачи исследования
Глава
Структуры моделей и технические средства исследования
2.1. Структуры моделей взаимодействия и измерительный комплекс
2.2. Натурные модели со знакопостоянным воздействием механической системы на неконсервативный элемент
2.3. Натурные модели со знакопеременной скоростью приложения нагрузки к неконсервативному элементу
2.4. Натурная модель механической системы с несколькими степенями свободы и неконсервативными процессами
Глава
Натурное моделирование динамического взаимодействия механической системы с неконсервативными процессами в контактных соединениях .
3.1. Автоколебательные системы с трением
3.2. Диссипативные системы
3.2.1. Исследование характеристик демпфирования в системе
с одной степенью свободы
3.2.2. Исследование демпфирования в системе с несколькими степенями свободы

3.3. Экспериментальное исследование механической системы
в процессе резания
3.4. Краткий анализ экспериментальных данных и выводы
Глава
Физические и математические модели неконсервативных сил в контактных соединениях
4.1. Анализ закономерностей формирования неконсервативных гистерезисных сил в фазе относительных микроперемещений
4.2. Макроскопические характеристики адгезионных процессов в переходных динамических реяшмах
4.3. Расчет релаксационных автоколебаний на основании зависимости силы срыва от скорости нагружения
Глава
Приложения разработанных методов
5.1. Определение триботехнических характеристик современных антифрикционных полимерных материалов
5.2. Диагностика в системах с неконсервативными силами
5.3. Метод, алгоритм и программа расчета фрикционных автоколебаний
Заключение и основные выводы
Литература
Приложения

Создание новых высокопроизводительных металлорежущих станков и других технологических машин неразрывно связано с повышением их точности, быстроходности, надежности и долговечности. Эти характеристики станков невозможно обеспечить без корректного учета неконсервативных сил, которые возникают при взаимодействии механической системы станка с неконсервативными процессами в контактных соединениях.
Существующая методология учета взаимодействия упругой системы с неконсервативными процессами сформировалась в 50 - 60-х годах, она имеет ряд существенных недостатков и не отражает новых подходов и результатов, которые открывает использование современных экспериментальных методов.
Контактные динамические взаимодействия в механической системе станка представляют собой широкий класс взаимодействий, к которым относятся процессы в неподвижных и подвижных контактных элементах, контактные процессы при резании. С динамической точки зрения процессы в контактных соединениях могут приводить к поглощению энергии (иметь демпфирующий характер) или приводить к высвобождению энергии и иметь возбуждающий характер. Следствием этих процессов является:
1. Нестационарное и стационарное колебательное движение механических систем.
2. Изменение свойств контактирующих поверхностей под влиянием динамических процессов с учетом действующих нагрузок, температур, скоростей, состояния поверхностей и других факторов, приводящее в итоге к износу контактирующих поверхностей.
Существенно, что динамические процессы в упругой системе станка и процессы в контактном соединении требуют различного языка для своего описания:
• динамические процессы в механических системах описываются обычно на языке дифференциальных уравнений движения, что требует описания молекулярно-механических процессов на соответствующем языке, в частности, представления характеристик этих процессов в виде сил механического типа или интегральных энергетических характеристик;
• с другой стороны, описание молекулярно-механических процессов в контакте представляет собой самостоятельную проблему трибологии и сводится к изучению таких процессов, как адгезия, адсорбция, упругие и пла-

бания при отсутствии фазы соприкосновения носят неустойчивый (затухающий) характер, а затухание идет с малым декрементом (рис.3.8,б). Зависимость истинной силы трения от скорости представляет двузначное параметрическое семейство (рис.3.8,в).
Различие заключается в закономерностях перехода от фазы скольжения к фазе соприкосновения. Этот процесс имеет скачкообразный характер в системе с жестким замыканием нормального контура, что приводит практически к ударной остановке (см., например, рис.3.5). В системе возникают высокочастотные колебания частотой более 1500 Гц, которые достаточно быстро затухают. В системе со свободным нормальным контуром при переходе в фазу соприкосновения удара не наблюдается (рис.3.8,а), хотя фронт нарастания ускорения остается достаточно крутым.
На рис.3.9 представлены осциллограммы фрикционных автоколебаний при изменении жесткости в нормальном контуре, но одинаковом значении нормальной силы N.
о том, что роль нормального
контура является второстепенной, а о том, что полная жесткость нормального контура в основном определяется контактом. То, что нормальный контур играет существенную роль в развитии процесса неустойчивости показано в тонких физических экспериментах [121,122].
Более детальное исследование влияния нормального контура на закономерности фрикционных автоколебаний может быть осуществлено на установке, спроектированной для ЭНИМС (см.п.5.2).
Особого внимания заслуживают эксперименты, проведенные при очень малых скоростях касательного нагружения, общее представление о которых дает рис.3.10. На осциллограмме представлен процесс перехода системы из состояния покоя в макроскопическое перемещение. Осциллограмма получена для пары трения чугун-чугун при скорости задающего звена Уо= 2,6 мкм/с, жесткости связи С=570 Н/мм, нормальной силе ЛГ=350Н.