Исследование динамики однокаскадного виброгасителя, применяемого в составе конструкции сборного комбинированного шлифовального круга для повышения производительности обработки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»



ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 621.923: 621.922

А.В. Баринов

д-р техн. наук, профессор, кафедра «Технология машиностроения», Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

М.Е. Егоров

ассистент, кафедра «Технология машиностроения», Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

Д.А. Чебачёв

магистр, кафедра «Технология Машиностроения», Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ОДНОКАСКАДНОГО ВИБРОГАСИТЕЛЯ, ПРИМЕНЯЕМОГО В СОСТАВЕ КОНСТРУКЦИИ СБОРНОГО КОМБИНИРОВАННОГО ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ

Аннотация. В статье рассмотрено применение сборного комбинированного шлифовального круга для повышения производительности обработки хрупких неметаллических материалов (ХНМ) при определенных настройках виброгасителя. Эффект достигается за счёт разупрочнения поверхностного слоя материала.

Ключевые слова: хрупкие неметаллические материалы, виброгаситель, сборный комбинированный шлифовальный круг, шлифование, производительность.

A.V. Barinov, Arzamas Polytechnical Institute branch of Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.Y. Alekseev

M.E. Egorov, Arzamas Polytechnical Institute branch of Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.Y. Alekseev

D.A. Chebachev, Arzamas Polytechnical Institute branch of Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.Y. Alekseev

DYNAMICS ANALYSIS OF SINGLE-STAGE VIBRATION DAMPER USED AS A COMPONENT OF

ASSEMBLED GRINDING WHEEL DISK TO IMPROVE EFFICIENCY OF TREATMENT

Abstract.The article deals with the application of assembled grinding wheel disk to improve treatment efficiency of fragile nonmetallic materials under certain settings of vibration damper. The effect is achieved at the expense of weakening the surface layer of the material.

Keywords: fragile nonmetallic materials, vibration damper, assembled grinding wheel disk, grinding process

В случае использования сборного комбинированного шлифовального круга на торцевой обработке, оснащенного однокаскадной системой виброгашения, состоящей из упругих элементов и колебательной массы, на определенных частотах вращения шпинделя возникает резонанс, достигающийся за счет наложения продольных колебаний шпинделя станка и колебательной массы виброгасящей системы. Поэтому, для применения такого инструмента необходимо определить частоты вращения, при которых наступает резонанс, так как обработка в зоне резонанса негативно сказывается на обработанной поверхности. Это вызвано многократным увеличением силовых характеристик в зоне резания в особенности силы прижима, которые носят ударный характер. Для определения частот, при которых система входит в резонанс, разработана математическая модель процесса передачи колебаний от

efficiency.

шпинделя станка на обрабатываемую поверхность, тем самым модель позволяет определять частоты вращения шпинделя станка, при которых производить обработку материала не целесообразно. Для построения математической модели изменения вынужденных колебаний (рисунок 1) опишем технологический процесс торцовой обработки ХНМ с применением смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) жесткостью С2 и коэффициентом вязкого трения Ь2, колебания шпинделя станка с амплитудой А, круговой частотой ш которые изменяются согласно следующему выражению [1,2]

у=Авт(ш1). (1)

Рисунок 1 - Схема передачи вынужденных колебаний от шпинделя станка

на поверхность заготовки: y=^sin(w/) - закон изменения вынужденных колебаний; о1 - жесткость упругого элемента;

С2 - жесткость СОТС; hi - коэффициент вязкого трения материала упругого элемента;

h2 - коэффициент вязкого трения СОТС

Математическая модель такого процесса соответствует вынужденным колебаниям с одной степенью свободы, которая описывается следующим дифференциальным уравнением: М&&1 + c2 Xi + h2 X + Ci(Xi - у) + hi( Xi - y) = 0, (2)

где М - колеблющаяся масса инструмента;

Xi- ускорение колеблющейся массы; c2 - жесткость СОТС; xi- перемещение колеблющейся массы; h2- коэффициент вязкого трения СОТС; Xi- скорость колеблющейся массы; d- жесткость упругого элемента; y - перемещение шпинделя станка;

hi- коэффициент вязкого трения материала упругого элемента; у - скорость перемещение шпинделя станка.

Для проверки адекватности математической модели производились виброиспытания на оборудовании Data Physics. Исполнительный орган вибростенда представлен на рисунке 2 с закрепленным сборным комбинированным шлифовальным кругом оснащённым однокаскадной системой виброгашения [3].

Результаты испытаний проведенных на вибростенде представлены на рисунке 3 из которого видно, что резонанс наступает при частотах от i0 до 55 Hz, что соответствует круговой частоте вращения от 62,8 до 345,6 рад/с.

Виброгасящая система имеет следуюшие параметры:

М=0,679 кг, Ci=i40,44 Н/м, hi=0. Тогда для этого случая определим АЧХ данной системы, в соответствии с математической моделью, которые приведены на рисунке 4 и из

которого видно, что резонанс наступает от 62 до 342 рад/с, что отражает сходимость результатов и адекватность математической модели.

Рисунок 2 - Вибростенд Data Physics: S1 - датчик отвечающий за контроль подаваемых вынужденных колебаний от вибростола, зафиксированный на исполнительном органе вибрационного оборудования; S2 - датчик отвечающий за параметры колебания рабочей части инструмента, зафиксированный на чаше шлифовального круга

Рисунок 3 - Диаграмма АЧХ полученная на вибростенд Data Physics

Рисунок 4 - Диаграмма АЧХ полученная согласно математической модели

Применение инструмента с антивибрационной системой обеспечивает проведение обработки хрупких неметаллических материалов в оптимальных вибрационных режимах, что позволяет повысить производительность за счёт разупрочнения поверхностного слоя и соответствия качества заданным требованиям предварительной обработки материала.

Результаты испытаний, проведенные с хрупкими неметаллическими материалами, показали сходимость их результатов с данными, полученными на основе математической модели.

Список литературы:

1. Перерозин М.А. Справочник по алмазной обработке стекла. - М.: Машиностроение,

1987.

2. Вибрации в технике: в 4-х т./под ред. Э.Э. Лавендела. - М.: Машиностроение,1981. -

509 с.

3. Лебедев П.В., Игнатьев Д.А. Методика проведения эксперимента, обосновывающая математическую модель поведения шлифовального круга/ П.В. Лебедев, Д.А. Игнатьев // Наука молодых: сборник материалов VIII Всероссийской научно-практической конференции, 23-27 марта 2015 г., г. Арзамас./ Ассоциация ученых г. Арзамас, Арзамасский политехнический институт (филиал) НГТУ, Арзамасский филиал ННГУ им. Н.И. Лобачевского. - Арзамас, 2015. -С. 106-111.