2.4. Акустические свойства фрикционного контакта в условиях автоколебаний
Рассмотренные выше акустические свойства фрикционного контакта относятся к равномерному относительному движению контактирующих тел при равномерном распределении точек контакта по трущимся поверхностям и во времени. Рекомбинация точек контакта в этой ситуации обеспечивает постоянное количество адгезионных мостиков и соударяющихся неровностей в единицу времени.
Такая идеальная модель на практике реализуется редко. Обычно приходится сталкиваться с тем, что сухое трение сопровождается процессами, формирующими кооперативное соударение неровностей и кооперативный разрыв адгезионных мостиков. Эти процессы принципиально меняют картину акустических свойств стационарного фрикционного контакта. К таким процессам надо отнести регулярные и близкие к регулярным дефекты поверхности или следы обработки, наложенные извне вынужденные колебания контактирующих поверхностей и фрикционные автоколебания. Эти процессы меняют соотношение между fвозм и fа в пользу fвозм. В этом случае КВА может резко менять свое значение за счет исчезновения адгезионных связей. При полном разрыве контакта КВА=∞
К регулярным дефектам поверхностей надо отнести следы механической или другой обработки поверхностей. Вынужденные колебания могут быть связаны с работой приводов, обеспечивающих кинематику работы фрикционной пары, или с работой других рядом расположенных механизмов, создающих периодическое возмущение, влияющее на работу пары трения.
Автоколебания являются наиболее сложным механизмом воздействия на фрикционный контакт, но в приложении к процессу резания наиболее распространенным. Результаты воздействия всех перечисленных механизмов на ВА сигнал при трении похожи между собой. Во всех случаях генерируемый при трении ВА сигнал модулируется по амплитуде с частотой, свойственной возмущающему воздействию. Подобная модуляция может сопровождаться значительным ростом мощности ВА сигнала в широком диапазоне частот за счет возникновения интенсивных ударных процессов.
Для примера, на рис. 11 показаны записи контура ВА сигнала, зафиксированного при вынужденном воздействии на пару трения.
В качестве пары трения выступала упругая стальная пластина, прижатая к вращающейся оправке, закрепленной в шпинделе фрезерного станка. На оправку накладывались вынужденные колебания с помощью электромагнитного вибратора, позволявшего менять частоту и амплитуду колебаний оправки в направлении нормали к поверхности пластины. В качестве ВА сигнала фиксировался сигнал виброускорения в октавной полосе 16 кГц. Собственная частота пластины была в районе 465 Гц, амплитуда колебаний оправки составляла 5 мкм. На рис. 11а показан вид ВА сигнала при частоте возмущающего воздействия 420 Гц, а на рис. 11б – на частоте 465 Гц (при резонансе). При возмущениях на резонансной частоте сигнал вырос в несколько раз. Это связано с тем, что при резонансном режиме резко увеличилась интенсивность соударений оправки и пластины. Аналогичная картина возникает и при других видах возмущений, накладываемых на фрикционный контакт по нормали к поверхности трения.
На основании сказанного можно заключить, что в пространстве условий работы фрикционной пары существуют области, где эта система плохо обусловлена. В этих областях достаточно малых изменений условий работы пары для больших изменений амплитуды ВА сигналов, сопровождающих трение.
Рис. 11. Изменения ВА сигнала в октавной полосе с СГЧ 16 кГц при трении с относительными колебаниями по нормали к контактной поверхности. Частота относительных колебаний 420 Гц (а) и 465 Гц (б)
Фрикционные автоколебания при сухом трении чаще объясняются разностью между силами трения покоя и скольжения и падающей зависимостью силы трения от скорости. Поскольку в этой работе трение рассматривается в приложении к резанию, то в качестве основной причины автоколебаний при трении, например, задней поверхности резца по поверхности резания можно указать координатную связь. В рамках этой концепции движение ползуна по поверхности надо рассматривать по двум или более координатным осям. Деформация упругой системы под действием сил трения происходит не только по направлению скорости трения, но и в перпендикулярном направлении. Т. о., возникает реакция, направленная по нормали к поверхности трения и стремящаяся оторвать ползун от поверхности трения. Когда это происходит, разрываются все мостики адгезионных связей почти единовременно, и происходит выброс запасенной потенциальной энергии в виде колебаний.
