Энергетическая характеристика колебательной системы

Колебательная система может иметь энергетическую характеристику, в этом случае безвибрационная работа является точкой динамического равновесия системы. Такая система может дать «жесткое» самовозбуждение автоколебаний. Наоборот, возмущение колебаний системы, имеющей энергетическую характеристику, называется «мягким». В этом случае отсутствие вибраций системы является ее неустойчивым состоянием, т. е. любой случайный толчок приведет к возникновению устойчивых автоколебаний. Возмущенное движение колебательного типа накладывается на заданное движение резания. Если возмущение колебательного движения происходит против хода часовой стрелки. Поэтому при таком возмущении за один цикл сила резания периодически передает колебательному движению определенную энергию, создавая устойчивый автоколебательный процесс. На величину этой энергии самовозбуждения оказывают влияние вид обрабатываемого материала, режимы резания и свойства упругой системы СПИД.

Второй причиной возникновения автоколебаний является первичный механизм возбуждения, т.к. сила резания и скорость резания зависят друг от друга столь же сильно, как пульт панасоник зависит от телевизора. Рассмотрим в качестве переменной составляющей силы резания, зависящей от скорости, силу трения стружки о переднюю поверхность инструмента обрабатываемой детали о заднюю поверхность. При этом механизм возмущения автоколебаний может быть показан на основе рассмотрения модели Вандер-Поля, состоящей из подпружиненного груза и равномерно движущейся ленты, имитирующей перемещение стружки или обрабатываемой поверхности заготовки. При вращении ленты возникают устойчивые автоколебания груза, имитирующего резец, если процесс трения будет характеризоваться на определенном участке падающей характеристикой зависимости силы трения от скорости относительного скольжения, энергия вызванная этим механизмом возмущения при некоторых амплитудах колебаний, будет больше рассеиваемой энергии. Действительно, в начальный момент движение груза вправо от некоторого среднего положения будет происходить до тех пор, пока сила упругости пружины не станет равной силе трения, отвечающей относительной скорости скольжения между грузом и лентой. Возникшая при этом остановка приведет к возрастанию скорости относительного скольжения до УД И, следовательно, к снижению силы трения. Вследствие этого груз под действием силы упругости получит движение влево относительно своего среднего положения.

Возникновение автоколебаний может быть вызвано неравномерностью протекания процесса резания, а также образованием и срывом нароста. При обработке резанием жаропрочных и нержавеющих материалов, характеризующихся повышенной упрочняемостью, этот механизм имеет большое значение. Резание по вибрационному следу предыдущего прохода инструмента вызывает вторичное, весьма сильное, увеличение интенсивности автоколебаний. Оно обусловлено переменностью снимаемого припуска и величин фактических рабочих углов резания при колебаниях инструмента. Причем в отдельных случаях соотношение энергии возмущения, складывающейся из трех указанных выше составляющих; и энергии сопротивления может быть таким, что при отсутствии вторичного возмущения, вибрации отсутствуют. Процесс резания по следу обработки отвечает условиям вынужденных колебаний с резонансной частотой. В результате этого разность фаз на предыдущих и последующих оборотах будет близка к 90°. Как известно, решающим условием гашения вибраций такого рода колебаний является повышение сопротивления системы.