Базров Б.М. - Основы технологии машиностроения (1042954), страница 46

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 46)

Вибрации элементов технологической системы — это движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений, по крайней мере, одной координаты. Вибрация нарушает заданное относительное положение или движение рабочих органов технологической системы и тем самым порождает геометрические погрешности.

Механизм образования перемешений элементов технологической системы, обусловленных вибрацией, отличается от механизма образования упругих перемешений тем, что после прекрашения действия возбуждаюших факторов упругие перемешения прекрашаются, а вибрация может сохраняться длительное время. Различают свободные, вынужденные колебания и автоколебания. Свободные колебания — это колебания (вибрация) системы, происходяшие без переменного внешнего воздействия и поступления энергии извне. Условиями существования таких колебаний являются накапливание телом при своем движении кинетической и потенциальной энергий при отклонении тела от состояния равновесия.

Причинами, вызываюшими свободные колебания, являются быстрое снятие статической нагрузки, удар, толчок, включение и выключение двигателя, изменение скорости движушихся элементов технологической системы, изменение режима работы технологической системы и т.п.; со временем эти колебания затухают, что объясняется наличием трения. Этот эффект называют демнгрированием. Механические системы ведут себя так, как если бы они стремились непрестанно совершать свободные колебания, но наличие трения не позволяет этого. Свободные колебания определяются тремя основными характеристиками системы: массой, жесткостью и демпфированием.

Перечисленные характеристики изменяются под действием различных причин. Изменение массы или жесткости представляет собой изменение наиболее важных характеристик колебательной системы, Увеличение массы системы приводит к снижению всех ее собственных частот, а увеличение жесткости — к возрастанию. Если конструкция элемента техно- ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕХАНИЗМА ОБРАЗОВАНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ 253 логической системы недостаточно жесткая, то элемент будет накапливать энергию вследствие собственных деформаций, Все качебания, связанные с собственными деформациями элементов технологической системы, имеют высокие собственные частоты. Обычно свободные колебания в результате демпфирования сравнительно быстро затухают. Информация о колебаниях этого типа очень важна. так как по ней узнают о динамических свойствах колебательной системы через частоты, формы, коэффициент демпфирования, что позволяет предсказывать поведение механической системы (например, располагая достаточной информацией относительно распределения масс и жесткостей системы, можно рассчитать собственные частоты этой системы).

Наибольшее влияние на погрешности обработки оказывают низкие частоты колебаний в технологической системе, При изменении состояния механической системы будет изменяться и процесс накопления энергии (например, если увеличивать температуру технологической системы. то изменяются собственные частоты и форма колебаний). Вынужденные колебания — это колебания (вибрацня) системы, вызванные и поддерживаемые силовым и кинематическим возбуждением. Для вынужденных колебаний характерно совпадение частоты изменения возбуждающей силы с частотой колебательного процесса, Если частота возбуждающей силы близка к собственной частоте механической системы, то следует ожидать интенсивных колебаний., связанных с резонансом, Причинами, порождающими вынужденные колебания, являются неуравновешенность вращающихся деталей, периодические силовые возбуждения, обусловленные характером рабочего процесса (периодически повторявшими усилиями запрессовки при сборке, обработкой на станке заготовки с прерывистой поверхностью и т.п.), кинематическое возбуждение, котла база колеблющегося элемента машины совершает колебательные движения.

Возбуждение может быть в общем случае периодически повторяющимся, но не обязательно синусоидальным. Однако периодическая несинусоидальная функция может быть представлена в виде суммы синусоид. каждая из которых имеет свою амплитуду и частоту. Отсюда следует, что периодическое возбуждение можно рассматривать как возбуждение от нескольких сил, изменяющихся по синусоиде и действующих одновременно. С приближением частоты вынужденных колебаний к собственной частоте возникает явление резонанса. Для вращающихся неуравновешен- 254 ЗАКОНОЗ4ЕРНОСТИ ОЬРАЗОВАНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ ных деталей сушествуют критические скорости, при которых частота врашения совпадает с частотой собственных колебаний детали (первая критическая скорость совпадает с первой собственной частотой, вторая критическая скорость совпадает со второй собственной частотой и т.д.).

Автоколебания — это колебания, возникаюшие в результате само- возбуждения. Можно выделить следуюшие основные особенности, характеризуюшие автоколебания: возмушение не носит характера колебаний, оно имеет вид постоянного силового воздействия; реальная механическая система, подверженная действию сил трения или иного сопротивления, совершает незатухаюшие колебания; возникаюшие колебания не являются гармоническими; необходим постоянный приток энергии. Стабилизация амплитуды автоколебаний говорит о том, что влияние факторов, порождаюших самовозбуждение колебаний, снижается, в итоге исчезает и наступает равновесное состояние, характеризуемое равенством энергии, потребляемой и рассеиваемой системой за один цикл колебаний.

Динамические характеристики механической системы (собственные частоты, форма колебаний, коэффициент демпфирования) определяют способность системы так регулировать отбор энергии от источника, чтобы в системе возникли автоколебания. Нередко автоколебания сложны и непонятны, трудно поддаются объяснению в результате отсутствия периодического возмушения. Каждое явление автоколебаний связано с тем или иным физическим процессом, природа которого не лежит на поверхности. Механизм, который преврашает эту энергию в энергию колебаний, может быть найден только в результате глубокого изучения физики протекаюшего явления, изучения причин неустойчивости системы. Возникновение в механической системе колебаний нельзя рассматривать без учета взаимодействия ее элементов.

Возникшие колебания одной детали в технологической системе будут передаваться на другие, претерпевая определенную трансформацию. В основу описания колебательного процесса в механической системе (на примере станка) была положена аналогия между процессами, протекаюшими в системах автоматического регулирования и в станке. Упругую систему, процесс резания и процесс трения рассматривают как элементы замкнутой системы регулирования. Такое прелставление позволило сделать большой шаг вперед в изучении и описании колебаний механической системы.

ОБЩИЕ Г!ОЛОЖЕНИЯ МЕХАНИЗМА ОБРАЗОВАНИЯ Г!ОГРЕШНОСТЕЙ 255 Дальнейшее исследование этого вопроса должно идти по пути изучения глубинных причин возникновения колебаний, изучения физической картины зарождения, передачи и трансформации колебаний от одного элемента технологической системы к другому. При этом механическая система должна рассматриваться как совокупность многочисленных элементов со своими массами и жесткостями, обладаюшими возможностью относительных перемешений. Одним из сушественных факторов, порождаюших вибрации, является неустойчивость равновесия деталей, обусловленная неопределенностью их базирования в технологической системе. Это объясняется тем, что часто конструктивные решения технологической системы обусловливают возможность деталей изменять свое относительное положение по мере изменения силового поля, образованного многочисленными силами, действуюшими в технологической системе.

Например, по мере изменения направления тех или иных сил, действуюших в технологической системе, может наблюдаться раскрытие стыков между деталями. Таким образом, деталь, до приложения силы лишенная шести степеней свободы, получая одну или несколько степеней свободы, преобразуется в консоль, для которой достаточно малейшего толчка, чтобы возбудить ее колебания. Однако движения этих деталей ограничены, как правило, смежными с ними деталями.

Входя в контакт с этими деталями, колеблюшаяся деталь передает им колебания, а последние, вследствие наличия собственных масс, жесткостей и коэффициентов демпфирования, приобретают иной характер, Одновременно смежные детали оказывают влияние на колебания первой детали, ограничивая амплитуду и изменяя частоту ее колебаний. Изучение сложного процесса взаимодействия элементов технологической системы позволит глубже проникнуть в первопричины возникновения колебаний и на этой основе усовершенствовать расчетные методы. Изнашивание элементов технологической системы обусловлено в первую очередь силовым и тепловым воздействием.

Изнашивание сопровождается пос~епенным изменением их размеров и формы, что нарушает размерные связи в технологической системе и порождает погрешности относительного положения и движения исполнительных поверхностей. Исследование изнашивания деталей является самостоятельной областью знания, поэтому коротко остановимся на разновидностях изнашивания и его образования.

К основным видам изнашивания относятся: — механическое, возникаюшее в результате механических воздействий; 256 ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ вЂ” молекулярно-механическое, происходящее в результате одновременного механического воздействия и молекулярных или атомных сил; — коррозионно-механическое, обусловленное трением материала, вступившего в химическое воздействие со средой, В свою очередь механическое изнашивание включает абразивное, гидроабразивное (газоабразивное), эрозионное, усталостное и кавитационное изнашивания; коррозионно-механическое изнашивание включает окислительное изнашивание и изнашивание при фреттинг-коррозии (когда соприкасаются тела при малых колебательных перемещениях).

Величина износа и его скорость зависят от многих причин, таких как род и характер трения, удельное давление, степень нагрева и условий, в которых протекает изнашивание. К последним относятся форма и размеры трущихся поверхностей, качество поверхностей, материал, наличие и качество смазываюшего материала, присутствие абразива н др. Различают трение покоя и движения. Трение движения подразделяется на трение качения, скольжения и качения с проскальзыванием. По наличию смазочного материала различают трение без смазочного материала и со смазочным материалом. При граничной смазке трение и износ между поверхностями, находящимися в относительном движении, определяются свойствами поверхностей и свойствами смазочного материала, отличными от объемных.

Характеристики

Список файлов книги