Вібрації, зумовлені вимушеними коливаннями системи впід

Причиною виникнення вимушених коливань в механічній системі є вплив зовнішнього збудника періодичної дії. Так як і вільні коливання, вимушені коливання можуть виникати тільки в стійких системах.

Вимушені коливання виникають можуть спричинятися такими факторами:

- переривчастим характером процесу різання;

- нерівномірним припуском;

- дисбалансом обертавих частин верстата, заготовки або інструмента;

- дефектами передач і приводів;

- впливом розташованих неподалік машин, робота яких супроводжується інтенсивною вібрацією.

Ч астота вимушених коливань дорівнює частоті коливань збудника періодичної дії. Амплітуда вимушених коливань залежить від амплітуди на виході збуджувального джерела і співвідношення частот власних коливань системи і частоти періодичного збудника. Якщо ці частоти близькі за величиною, то в системі відбувається явище резонансу і амплітуда вимушених коливань суттєво збільшується. На рис. 35 показаний приклад амплітудно-частотної характеристики механічної системи.

Рис. 35. Амплітудно-частотна характеристика механічної системи

— закон коливань зовнішнього періодичного збудника;

— закон вимушених коливань механічної системи

Інтенсивність вібрацій, зумовлених вимушеними коливаннями в системі ВПІД, зменшують завдяки таким заходам:

- підвищенням жорсткості системи ВПІД (це зміщує резонанс в зону високих частот через підвищення частоти вільних коливань елементів системи ВПІД і забезпечує обробку в зоні відсутності резонансних явищ);

- балансуванням швидкообертавих частин;

- використанням засобів віброізоляції і віброзахисту від впливу зовнішніх силових періодичних впливів.

Вібрації в системі впід, що спричиняються автоколиваннями

Автоколивання – це незгасимі коливання, які виникають в нелінійній неконсервативній системі з неколивальним джерелом енергії.

Неконсервативною називають систему, в якій під час коливань відбувається розсіювання енергії, зумовлене пружною недосконалістю матеріалу деталей, тертям в нерухомих з’єднаннях, тобто так званим конструкційним демпфуванням.

Оскільки автоколивання є незгасимими коливаннями, то можна вважати, що система ВПІД, у якій такі коливання виникають, є нестійкою.

В нестійких системах коливання виникають за відсутності впливу видимих зовнішніх факторів. Змінна періодична сила, що підтримує автоколивання, створюється і підтримується самою системою. В системі ВПІД, схильній до автоколивань, вібрації починаються одночасно з початком процесу різання і закінчуються після відведення інструмента.

Часова характеристика процесу автоколивань в системі ВПІД показана на рис. 36.

Рис. 36. Часова характеристика процесу автоколивань в системі ВПІД

Амплітуда і частота автоколивань визначаються структурою і параметрами автоколивальної системи.

Відносно природи первинного джерела збудження автоколивань в процесі різання єдиної точки зору у теперішній час немає, оскільки природа цих коливань досить складна потребує подальших ґрунтовних досліджень. Разом з тим, досвідом підтверджується гіпотеза Н.І. Ташлицького про те, що джерелом збудження автоколивань в системі ВПІД з недостатньою жорсткістю є запізнювання зміни сили різання під час змінення товщини зрізуваного шару металу через наближання і віддаляння різальної кромки інструмента і заготовки в динаміці їх відносного руху в процесі різання.

Встановлено, що частота автоколивань близька до частоти власних коливань одного з пружних контурів системи ВПІД. В залежності від технологічних умов автоколивання можуть бути низькочастотними (50…300 Гц) або високочастотними (800…3000 Гц). Виникають вини одночасно або незалежно одні від одних. Зазвичай в низькочастотні коливання вступає оброблювана заготовки разом з верстатом, а у високочастотні — інструмент. Низькочастотні коливання спричиняють грубу хвилястість обробленої поверхні, а високочастотні — дрібні «брижі».

Через надзвичайно шкідливий вплив автоколивань в системі ВПІД на якість і продуктивність обробки, а також на стійкість різального інструмента під час проектування і виготовлення верстатів, технологічного оснащення завжди має ставитися і розв’язуватися задача усунення або зменшення до допустимого мінімального рівня цих коливань завдяки підвищенню стійкості системи ВПІД. Найдієвішим засобом боротьби з вібраціями в системі ВПІД є підвищення жорсткості всіх її елементів. Заходи з підвищення жорсткості елементів системи ВПІД описані вище (див. с. 73).