Возбуждение автоколебаний

ПАРАМЕТРОВ — электронное устройство с параметрическим возбуждением колебаний, обладающее 2 или более устойчивыми состояниями. Простейший П. представляет собой колебательный контур, настроенный на частоту /, параметры нелинейного элемента к-рого (индуктивность или ёмкость) периодически меняются с частотой 2/ (частотой подкачки) под воздействием внеш. источника перем. эдс (см. рис.). Устойчивые состояния П. проявляются в сохранении фазы колебаний (О или я) на выходе П. Для изменения зафиксир. в П. информации прекращают возбуждение П., затем подают на вход небольшой сигнал противоположной фазы и снова включают источник возбуждения. П. применяют в качестве логич. и запоминающих элементов ЦВМ и в устройствах автоматики.

Машина для испытания на усталость по программированному: циклу при асимметричном кручении с электромагнитным возбуждением колебаний имеет узел электромагнитного возбуждения динамической нагрузки, узел силоизмерения и блок-схему программного' устройства. В обмотку электромагнита возбуждения статической наг грузки напряжение подают поочередно.

В машине для. испытания на кручение с инерционным механическим возбуждением колебаний нагружаемая система состоит из стержневого упругого динамометра, неподвижно закрепленного в массивной станине, и образца. Угловые колебания корпуса относительно продольной оси возбуждаются двумя неуравновешенными грузами, вращающимися на валок.

Машина112 для испытания на усталость с электромагнитным возбуждением колебаний характеризуется тем, что создает высокие значения амплитуды деформации при обеспечении стабилизации заданной амплитуды колебаний до разрушения образца.

ратурах применяют установки с электромагнитным возбуждением колебаний. На установке резонансного типа можно испытывать одновременно 40 образцов при частоте нагружения 70 Гц {36].

Наглядное представление о характере влияния параметров машинного агрегата с нелинейной муфтой дают осциллограммы, получаемые на аналоговых вычислительных машинах (см. подробнее гл. IX). В частности, методом поиска на АВМ можно осуществить синтез характеристики нелинейной муфты, обеспечивающей требуемые динамические свойства машинного агрегата. Анализ результатов расчетов на ЭЦВМ и моделирование на АВМ показал, что характеристика муфты оказывает значительное влияние на неравномерность вращения рабочего органа в установившемся режиме периодического нагружения. При этом весьма эффективным средством уменьшения неравномерности вращения является применение муфты с ограничителями деформаций. В иных случаях неравномерность вращения рабочего органа в установившемся режиме не только не уменьшается за счет постановки муфты, а иногда и возрастает. Указанное можно объяснить отчасти уменьшением результирующей жесткости соединения при встройке муфты, отчасти — параметрическим возбуждением колебаний при переключениях муфты. Влияние переходных процессов в приводном двигателе на неравномерность хода машинного агрегата в значительной степени уменьшается при встройке муфты в соединение двигателя с рабочей машиной.

На рис. 4, а показана силовая схема высокочастотной машины с электромагнитным возбуждением колебаний для испытаний на усталость. Станина укреплена на основании с большой инерционной массой, установленном на пружинах. Статическая нагрузка на испытуемый образец пропорциональна статической деформации скобы. Переменная гармоническая сила возбуждается благодаря движению грузов инерционной массы возбудителя колебаний. Машина работает в режиме автоколебаний. Так как добротность механической колебательной системы достигает нескольких десятков единиц, частота автоколебаний близка к частоте собственных резонансных колебаний. Колонны 2 и скоба 5 испытывают статические нагрузки растяжения и сжатия в зависимости от величины предварительного статического нагружения и растяжения или сжатия испытуемого образца. Скоба 5 нагружена и переменной силой, но так как ее жесткость во много раз меньше жесткости испы-

Рис. 4. Силовые схемы машин с электромагнитным возбуждением колебаний дли испытаний на усталость и эластичным возбуждением динамической нагрузки: и — прямым; 1 — станина; 2 — колонны; 3 — грузы инерционные возбудителя коле* бани!!; 4 — шток; 5 — упругая скоба; 6 —> верхняя траверса; 7 — механизм статического нагружения; 8 — нагружающей винт; 9, 10 — соответстпенно корпус и якорь электромагнитного возбудителя колебаний; II, 12 — захваты для испытуемого образца соответственно верхний и нижний; 13 — датчик силы; б — косвенным; / — станина; 2 — колонны с упорной резьбой; 3 — упругая балка; 4 — грузы инерционные; 5 — упругая скоба; 6 — верхняя траверса; 7, 8 — соответственно корпус и якорь электромагнитного возбудителя колебаний; 9, 10 — захваты для испытуемого образца соответственно верхний и нижний; // — датчик силы

На рис. 4, б показана силовая схема высокочастотной машины для испытаний на усталость с электромагнитным возбуждением колебаний. На станине, закрепляемой, как и у предыдущей машины, на основании с большой инерционной массой, жестко закреплены колонны, имеющие упорную резьбу. Верхняя траверса может перемещаться по колоннам в результате взаимодействия маточных гаек механического привода, размещенного на верхней траверсе (на схеме не показан). Статическое нагружение испытуемого образца пропорционально деформации

На рис. 6, б изображена динамическая схема испытательных машин второй группы, характеризующихся возбуждаемой динамической силой, передаваемой непосредственно на испытуемый образец. Для возбуждения этого усилия применяют, например, инерционные, электромагнитные, электрогидравлические возбудители колебаний. Силовые схемы таких машин представлены на рис. 3, г и 4, а. Типичные представители этих машин — резонансные машины с электромагнитным возбуждением колебаний (см. рис. 4, я), применительно к которым элементы динамической схемы соответствуют: т\ + т2 — приведенной массе инерционных грузов 3, штока 4, якоря 10 и захвата //; С2 и /?2 — соответственно жесткости и внутреннему сопротивлению материала скобы 5; с3 и Rn — соответственно жесткости и внутреннему сопротивлению материала образца; т3 — захвату 12; с4 и /?4 — соответственно жесткости и внутреннему сопротивлению материала датчика силы 13; т4 — суммарной массе станины /, колонн 2, верхней траверсы 6 с установленными на ней механизмами.

Динамическая схема такой машины показана на рис. 6, в. Таким образом, эта машина является резонансной с косвенным возбуждением колебаний. Резонатор машины образован жесткостью упругого элемента И (см. рис. 40, а) и массой якоря 7 с присоединенными к нему элементами. Частоту колебаний резонатора можно изменять установкой на якорь 7 дополнительных грузов 6.

В опытах по точению торцевых спиралей большого шага к центру и от центра детали было обнаружено влияние ускорения на силу резания, обусловленное, по-видимому, запаздыванием процесса наростообразования. В некотором диапазоне значений скорости резания наблюдается отрицательное влияние ускорения на силу резания, т. е. с возрастанием ускорения резания сила резания уменьшается. Эта переменная составляющая силы резания, действуя навстречу силе инерции, может вызвать возбуждение автоколебаний в системе. Аналитическое и графическое исследования системы без трения показали наличие скачков скорости, но дальнейшее исследование встречало значительные трудности. Свойства колебательной системы установлены при помощи электронно-моделирующей машины НМ-7 в широких пределах изменения параметров характеристики и системы.

вызывает возбуждение автоколебаний (рис. 46 и 5а). При дальнейшем увеличении коэффициентов амплитуда автоколебаний возрастает почти линейно. Частота автоколебаний меняется обратно амплитуде. При возрастании амплитуды автоколебаний частота уменьшается, приближаясь к собственной частоте свободной системы, но не достигая ее.

На рис. 47 изображена схема машины МВЛ-5 для испытания на усталость лопаток турбин. На столе / электродинамического возбудителя колебаний типа • ЭДВ-НМ закреплен динамометр 2, в захвате которого зажата испытуемая лопатка ,?. Конструкция динамометра аналогична конструкции динамометра машины МВЛ-4. Захват динамометра снабжен клиновым зажимом хвостовика испытуемой лопатки. Сигналы с блока генераторов 6 емкостного датчика подаются на блок 7 регистрации, содержащий автоматический указывающий и записывающий потенциометр, снабженный переключателем диапазонов измерения и записи изгибающего момента; на перестраиваемый узкополосный фильтр 8; на схему сравнения автоматического регулятора 11. Сигнал с выхода фильтра 8 через ограничитель 9 и регулируемый фазовращатель 12 подается на канал с управляемым коэффициентом передачи автоматического регулятора //. На второй вход схемы сравнения автоматического регулятора поступает сигнал с программатора 13 режима испытаний. Сигнал с выхода автоматического регулятора возбуждает усилитель 10 с установленной мощностью 100 кВА, который питает подвижную катушку электродинамического возбудителя колебаний. Описанная система обеспечивает возбуждение автоколебаний на основной и высших гармониках испытуемой ло-

Природа вибраций бывает различной. Наряду с вынужденными колебаниями, возникающими при работе многолезвийного инструмента, обработке изделия с неравномерным припуском и т. п., в процессе резания имеет место возбуждение автоколебаний.

В настоящее время существует ряд гипотез, объясняющих возбуждение автоколебаний при резании металлов. Эти гипотезы общеизвестны, и здесь нет необходимости еще раз перечислять их.

Таким образом, возбуждение автоколебаний при резании можно объяснить только изменением положения главных осей, а следовательно, и угла трения в зависимости от параметров режима резания.

В настоящее время общеизвестна зависимость угла трения от скорости. Эта зависимость приводит в процессе резания к нелинейной с «падающими» участками характеристике силы резания. Возбуждение автоколебаний на основе такой характеристики не вызывает сомнений.

Здесь уместно будет указать на следующее обстоятельство, если на нелинейной характеристике силы резания (по скорости) в различных точках выбирать режимы резания и наблюдать за возникновением колебаний, то в 80—87 случаях из 100 [17] возбуждение автоколебаний происходит на «падающих» участках характеристики. Остальные 13—20 случаев возбуждения обычно относятся к «поднимающемуся» участку и участкам, близко примыкающим к «падающей» характеристике.

В работах кафедры «Станкостроения» возбуждение автоколебаний рассматривается в связи с нелинейной характеристикой силы резания.

При v = 152 м/мин возбуждение автоколебаний происходит на участке с малой крутизной, но с большой протяженностью по скорости. В этом случае без учета сил сопротивления интенсивность возбуждения автоколебаний, как видно из рис. 3, велика.

На рис. 4 приведена та же характеристика смещения (линия /). Возбуждение автоколебаний рассматривается при V = 40 м/мин, что отверг