Введение к работе
Актуальность проблемы. Самовозбуждающиеся колебания, возникающие в механических и электрических системах под влиянием внешних воздействий неколебательного характера, получили в науке название «автоколебаний». Наиболее распространенными и в то же время наименее изученными являются фрикционные автоколебания, проявляющиеся в самых различных приложениях. Это и скрип тормозов, и дергание автомобильного сцепления, и прерывистое скачкообразное движение при запрессовке или сжатии фрикционного амортизатора, и вибрации при обработке деталей на станках. Результатом фрикционных автоколебаний в машинах является снижение показателей качества, усталостные разрушения и повышенные износы деталей.
Практически все проводимые ранее исследования фрикционных автоколебаний в машинах относились к объектам дискретной структуры, в которых инерционные и упругие звенья были разделены, сосредоточенный характер носили и силы трения. Приближение расчетных схем и математических моделей к реальным объектам, содержащим континуальные звенья с распределенными параметрами инерции, упругости и трения, представляет собой актуальную научную задачу.
Цель и задачи исследования. Целью работы является изучение фрикционных автоколебаний в континуальных системах и оценка влияния континуальности на вибрационные характеристики объекта. Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:
Выбор и анализ трибологических моделей, используемых в задачах фрикционных автоколебаний.
Разработка методов математического моделирования фрикционных автоколебаний в континуальных системах.
Исследование задачи о безостановочных автоколебаниях в континуальной системе. Изучение особенностей пространственной организации автоколебаний.
Исследование задачи о релаксационных автоколебаниях в континуальной системе. Изучение стохастических процессов и их устойчивости.
Анализ влияния континуальности среды на процесс автоколебаний на примере системы «резец токарного станка - обрабатываемая заготовка».
Методы исследования. Аналитические и численные методы анализа фрикционных автоколебаний в континуальных системах. Сопоставление различных методов с целью оценки адекватности моделей. Анализ стохастических процессов с помощью спектральных методов.
Научная новизна.
Разработаны математические модели, описывающие фрикционные автоколебания в континуальных системах, учитывающие кинетические и реологические фрикционные характеристики контакта.
Разработаны аналитические и численные методы исследования фрикционных квазигармонических и релаксационных автоколебаний в континуальных системах.
Обнаружен ряд новых автоколебательных эффектов, не проявляющихся в дискретной системе.
Обоснована необходимость учета континуальности системы для адекватной оценки фрикционных автоколебаний.
Практическая значимость.
Выполнена оценка обоснованности приведения континуальной фрикционной автоколебательной системы к дискретной. Оценены погрешности, вызванные упрощением математической модели.
Разработан оригинальный гибридный численный метод РКСУ для исследования релаксационных автоколебаний.
Предложена методика анализа фрикционных автоколебаний для реального объекта - системы «токарный станок - заготовка - резец», учитывающая из-гибные и крутильные колебания элементов системы. Выполнен анализ влияния континуальности обрабатываемой заготовки на характер автоколебаний.
Достоверность результатов обеспечивается корректностью постановки задачи исследования, обоснованностью используемых математических моделей и допущений, применением известных и вновь разработанных численных методов решения задач, сопоставлением получаемых численных результатов с аналитическими приближенными оценками.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях БГТУ, на международной научно-технической конференции «Поликомтриб-2009».
Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 статьи, в том числе 3 в журнале, рекомендованном ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения с основными выводами, списка литературы из 54 наименований, приложения. Объем работы 125 страниц основного текста, включая 74 рисунков.