Появление составляющей силы, отрывающей ползун от поверхности трения

На рис. 12 показана схема колебательных движений ползуна при автоколебаниях и пример автоколебаний режущего инструмента при переходе от резания к трению за счет выключения подачи.

Рис. 12. Схема автоколебаний при трении и пример автоколебаний при переходе от резания к трению

На рис. 12 можно наблюдать, что при переходе от резания к трению исчезло силовое замыкание со стороны стружки, удерживавшее заднюю поверхность резца у поверхности резания, появилась возможность отрываться от поверхности трения, создавая ударные импульсы, вызывающие рост ВА сигналов. Ударные импульсы создают вибрационный след на поверхности, что ведет к постепенному росту амплитуды колебаний при повторном прохождении следа.

Все виды возмущений, способствующие кооперативному разрыву адгезионных мостиков и ударному взаимодействию поверхностей трения при вступлении в контакт, создают похожий эффект относительно значительного роста мощности ВА излучения. Заранее оценить размер этого увеличения не представляется возможным, поскольку он зависит от множества параметров, включающих динамические, реологические (Реология – раздел физики, изучающий деформации и текучесть вещества.), адгезионные и т.п. характеристики, которые не отличаются постоянством.

Большое влияние на рост мощности ВА излучения и его частотный спектр оказывает время соударения.

Наибольший прирост мощности ВА излучения вызывают кратковременные соударения. Кратковременность означает, что процесс нагружения заканчивается значительно раньше, чем выполняется полный цикл свободных колебаний системы на собственной частоте. Поскольку собственных частот в упругой системе много, то колебания на собственных частотах, для которых выполняется условие кратковременности имеют относительно большее приращение мощности. Для более высокочастотных колебаний это приращение может быть значительно меньшим за счет поглощения упругой энергии в зоне контакта при соударении.

На рис. 13 показаны примеры 1/3 октавных спектров ВА сигналов при ударах стальным лезвием острым и затупленным по деревянной заготовке. Кинетическая энергия лезвия перед ударом была одинаковой, но при использовании острого лезвия длительность ударов была значительно дольше из-за врезания лезвия в материал заготовки. Контакт острого лезвия с материалом заготовки формировал адгезионные связи, которые и обеспечивали падение мощности сигнала. Существенное отличие в спектрах ВА сигнала наблюдается на частотах выше 1 кГц. Это объясняется тем, что при врезании в материал часть энергии удара и последующих колебаний расходуется на трение лезвия о материал заготовки.

Этот пример подчеркивает сложность формализации зависимостей параметров ВА излучения от различных сочетаний множества факторов. При реализации диагностических процедур интерес представляет не только общая мощность ВА сигнала, но и дифференциация этой мощности по различным частотным диапазонам.

Рис. 13. Треть октавные спектры при ударах острого (1) и затупленного (2) лезвия по деревянной заготовке

Похожая картина возникает и при ударах долбяка на гравировальном станке. Долбяк изготовлен из сапфира в виде многогранной пирамиды, вершина которой и является рабочим инструментом. На рис. 14 показаны фотографии вершин острого и тупого долбяков.

а б

Рис. 14. Фотографии вершин острого (а) и тупого (б) долбяков.

На рис. 15 показан спектр (непрерывный и октавный) ВА сигнала, зафиксированного на заготовке при работе острым инструментом. Велась обработка мрамора, острый инструмент при каждом ударе оставлял на заготовке глубокий след. Изношенный долбяк при ударе следов на заготовке почти не оставлял. Его спектры показаны на рис. 16. Сравнивая эти спектры, можно отметить, что на высоких частотах амплитуда ВА сигналов в десятки раз превышает амплитуду при работе острым инструментом. Например, в октаве 4 кГц амплитуда ВА сигнала выросла более чем в 20 раз.

Рис. 15. Спектр ВА сигнала при работе острым долбяком (вверху показан октавный спектр)

Рис. 16. Спектр ВА сигнала при работе тупым долбяком (вверху показан октавный спектр)

Здесь можно отметить, что колебания (вынужденные и автоколебания) в паре трения по направлению скорости трения влияют на мощность ВА излучения значительно меньше, поскольку в определенных пределах не создают кооперативного разрыва связей. Они модулируют скорость трения, но это мало сказывается на мощности излучения относительно рассмотренных выше колебаний по нормали к поверхности трения.