pronikov_a_s_1994_t_1 (830969), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Динамическая характеристика контактного трения определяется наличием предварительного смещения — смещения трущихся тел в плоскости скольжения на стадии начального (после приложения нагрузки) тангенциального деформирования поверхностного слоя. Аппроксимация зависимости сдвигающей силы от тангенциальной деформации. экспоненциальной функцией дает следующую динамическую частотную характеристику контактного трения: Ф,(хсо) = Р,(ю) /у(т) = К,/(~Т,а+1), где Р, и у — изменение силы трения и нормальной контактной деформации; Т, — постоянная времени трения, с.
Рис. 8.7. Схема предварительного смещения трущегося тела под действием сдвигающей силы Р(а) и амплитудно-фазово-частотная характеристика (б) трения скольжения (по нормальной контактной деформации) При постоянной скорости смещения Т,=1,/о, где 1, — постоянная экспоненты тангенциального смещения (по пути), м; о — скорость смещения, м/с. На рис. 8.7 показана частотная характеристика трения. Практическое значение динами- Рис.
8.8. Схема разомкнутой динамической системы станка (а) при вспомогательном ходе (фрикционной системы) и ее амплитудно-фвзово-частотные характеристики (б) при положительном и отрицательном коэффициенте статической характеристики ЭУС ческая характеристика трения имеет при весьма малых скоростях смещения, так как предварительное смещение измеряется микрометрами. Оценку устойчивости динамической системы при перемещении узлов и деталей станка с трением скольжения выполняют по критерию Найквиста с использованием частотной характеристики разомкнутой системы Ф' „(Йо) = = %'эуфь) и",(йо), где Я7„.,„(йв) — характеристика разомкнутой системы.
На рис. 8.8 показана схема разомкнутой динамической системы и построение ее характеристики путем перемножения комплексных величин (фазы складываются, амплитуды перемножаются) . В простейшей форме критерия Найквиста система устойчива, если характеристика разомкнутой системы не охватывает точку ~ — 1» на вещественной оси комплексной плоскости.
В зависимости от знака статической характеристики эквивалентная упругая система может иметь отрицательную, нулевую и положительную статическую характеристики. Потеря устойчивости замкнутой динамической фрикционной системой может носить статический и колебательный характер. Статическая неустойчивость (заклинивание) выражается в неограниченном возрастании силы трения и соответствующей ей нормальной контактной деформации под действием сдвигающей силы. Перемещаемое тело — узел станка— при этом сместить не удается.
Узел станка ~заклиниваетъ. Это явление встречается редко в конструкциях, где сдвигающая сила увеличивает силу трения и при значительном коэффициенте трения. По критерию Найквиста условия статической потери устойчивости следующие: КЭУС ' ~ К~КЭУС ~ ~ При этом характеристика разомкнутой системы охватывает точку < — 1ъ на вещественной оси при частоте, равной нулю. Если второе условие не выполняется, то это означает не потерю устойчивости, а лишь дополнительное уве- личение силы трения на контакте и соответственно увеличение сдвигающей силы.
Устраняется заклинивание изменением конструкции при- вода, сводящим к нулю или уменьшающим отрицательный статический коэффициент, а также использованием средств, уменьшающих коэффициент трения. Неустойчивость в форме нарастающих колебаний возникает при охвате точки « — 1ъ на вещественной оси характеристикой разомкнутой системы той или иной ее частотной частью. На близкой к ней частоте развиваются автоколебания. Физическая природа этих колебаний проявляется в том, что при движении колеблющегося тела в сторону действия силы трения оно сильнее прижимается к поверхности и сила трения возрастает. При колебательном движе- нии (со скоростью, меньшей заданной скорости движения механизма) навстречу силе трения тело, наоборот, отжимается, т е.
давит на контакт с меньшей силой, и сила трения уменьшается. Движение происходит по эллиптической траектории. В устойчивой области параметров системы колебательное движение происходит также по эллиптической траектории, но в обратном направлении. Работа сил трения, меняющихся за цикл колебаний, определяет в этом случае рассеяние энергии колебаний, иначе говоря, демпфирующий эффект данного подвижного фрикционного соединения на соответствующей частоте. Таким образом, при проектировании станков и механизмов следует уделять внимание выяв- ленив и оценке св изей, возникакицих между тангенциальнымн с вмещениями в паре трения н смещениями по ногмали к поверхности скольжения.
Чаще всего эта связь является упругой (координатной) .. На практике важное значение имеет другой вид связи — скоростной, или связи по первой произвэдной. Она возникает в парах трения при наличии смазочного слоя, не разделяющего полностью трущиеся поверхности, т.. е. прн смешанном трении. В этом случае в подвижном соединении кроме трения возникают гидродинамические процессы.
Перетекание вязкого смазочного материала в клиновидном зазоре„ образованном трущимися телами или их неровнос- Рис. 8.9. Схем» динамической системы при трении скольжения смазанных поверхностей (а) и статическая зависимость силы трения от скорости ~б): Ц, — гидродинамическая подъемная сила; К, — коэффициент; 6 — нагрузка; У— нагрузка на контакте трущихся тел (У = 6 — Я.); Фо— начальное значение нагрузки Ж; т — масса тела; С вЂ” приведенная жесткость упругой системы привода: 1 — область смешанного трения; 2 — область жидкостного трения; Š†си жидкостного трения тями (при малых скоростях скольжения), сопровождается повышением давления в смазочном слое, появлением гидродинамической подъемной силы.
Эта сила пропорциональна скорости скольжения, вязкости смазочного материала, немонотонно зависит от толщины слоя смазочного материала (зазора между поверхностями), угла взаимного наклона поверхностей. Гидро- динамическая подъемная сила изменяет фактическую нагрузку на контакте трущихся тел, т.
е. нормальную контактную деформацию их поверхностей. Между тангенциальными и нормальными смещениями трущихся тел возникает связь, определяемая скоростью тангенциальных перемещений. Эта связь выражается статической характеристикой смешанного трения— падающей зависимостью силы трения от скорости. Верхняя граница по скорости этого вида трения определяется равенством гидродинамической подъемной силы заданной нагрузке на подвижный элемент пары трения. На рис. 8.9 показана схема подвижного соединения с гидродинамической связью, его статическая характеристика по скорости скольжения. При быстром изменении скорости скольжения контактная деформация, а значит, и сила трения не изменяются сразу.
Вследствие этого при колебаниях скорости изменение силы трения мало и не может практически вызвать потерю устойчивости и появление автоколебаний. Однако в переходных процессах роль гидродинамического эффекта значительна. Кроме гармонических колебаний, связанных с потерей устойчивости движения, при малых скоростях скольжения, характерных для механизмов подач в станках, возникают релаксационные автоколебания. Они характеризуются наличием остановок перемещаемого тела. Появление таких автоколебаний объясняется скачком силы трения при переходе от покоя к скольжению. Исследования показывают, что скачок определяется сложным взаимодействием упругой системы и трения.
В модели релаксацион- А, яки о яв тю зов иа ~гц Рис. 8.11. Спектр колебаний при вспомогательном ходе шлифовального станка смещению инструмента и заготовки перпендикулярно обрабатываемой поверхности. Это связано с тем, что вынужденные колебания вызывают отклонение размеров и формы, ухудшают качество поверхности детали, а также снижают износостойкость инструмента.
На практике в некоторых случаях, например на шлифовальных станках, оценку колебаний выполняют по колебаниям других деталей и узлов станка, характеризующим указанные относительные смещения инструмента и обрабатываемой заготовки. На рис. 8.11 показан спектр колебаний шлифовального станка при вспомогательных и установочных движениях. В этом спектре выделяются колебания на частотах вращения ротора электродвигателя, шлифовального круга, на частоте и двойной частоте переменного тока, а также на более высоких собственных частотах системы.
В подразд. 8.4 показана трансформация этих колебаний при резании и их роль в формировании волнистости и шероховатости поверхности. При проектировании станков, включая оснастку, инструмент, электро- и гидроприводы, необходимо различными конструктивными и технологическими приемами насколько возможно устранить источники возмущений или снизить уровень вызываемых ими колебаний. При необходимости проектируют специальные фундаменты, предусматривают использование специальных виброизолирующих опор, балансировку„в том числе автоматическую, вращающихся масс. Применяют опоры и направляющие типа гидростатических, не создающие возмущений и хорошо демпфирующие колебания. Используют материалы, обладающие высокой демпфирующей способностью, для деталей, колебания которых существенно влияют на общий уровень колебаний в зоне обработки.
К таким материалам относятся полимерные композиционные мате- риалы типа синтеграна, высокомодульных углеродных волокон, а также специальные стали и сплавы. Переходные процессы при вспомогательных и установочных движениях станка оказывают большое влияние на точность обработки и производительность станка. Особое значение качество этих процессов приобретает в автоматизированном оборудовании. Оценку качества переходных процессов в соответствии с требованиями в каждом конкретном случае проектирования станка выполняют по максимальным динамическим отклонениям, по их превышению над статическими отклонениями, по колебательности процесса, по его продолжительности, характеризующей быстродействие системы. Оценка качества переходных процессов необходима, в первую очередь, при разработке систем пуска (разгон) и торможения (останов, позиционирование), систем реверсирования движения узлов станка. В значительной мере это специальные задачи разработки электрических, гидравлических или иных приводов, что выходит за рамки данного подраздела.
Однако при решении этих задач должны быть учтены особенности механической системы. При разгоне, торможении, позиционировании и реверсе столов, стоек, бабок и других узлов, перемещаемых по направляющим скольжения со смазкой, существенное влияние на качество переходных процессов оказывают особенности динамической системы (см. рис. 8.9). Смещение перемещаемого узла перпендикулярно к поверхности скольжения определяет зависимость силы трения от скорости, связанную с изменением нормальной контактной деформации трущихся тел.
Инерционность всплывания (или оседания) определяется инерцией смещаемой массы и вязким сопротивлением смазочного материала, всасываемого или вытесняемого из щелевого зазора между трущимися телами. На рис. 8.12 показан переходный процесс при разгоне (скачкообразном увеличении скорости) стола. В терминологии теории автоматического регулирования он соответствует реакции инерционного звена второго порядка. В тех достаточно распространенных случаях, когда влияние инерционной Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
