Моделирование передачи движения за счет сил трения в механизме обработки оптических стекол Текст научной статьи по специальности «Физика»

Механика деформируемого твердого тела Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 4 (4), с.1511-1512

1511

УДК 62-512

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕДАЧИ ДВИЖЕНИЯ ЗА СЧЕТ СИЛ ТРЕНИЯ В МЕХАНИЗМЕ ОБРАБОТКИ ОПТИЧЕСКИХ СТЕКОЛ

© 2011 г. И.И. Калапышнна

Санкт-Петербургский госуниверситет информационных технологий, механики и оптики

[email protected]

Поступила в редакцию 15.06.2011

Проведено исследование механической системы с учетом влияния на нее различных вибрационных воздействий, имеющей в основе своей конструкции элементы с фрикционным взаимодействием. Трение между элементами смешанное.

Ключевые слова: трение, вибрации, оптические элементы, кинематика, аналитическая модель.

Структурная схема исследуемого механизма для обработки оптических стекол [1] представлена на рис. 1. Эта схема реализуется в нескольких прикладных пакетах (БтиИпк БтМесЬатс8 [2, 3], РгоЕп^пеег) с целью исследования параметров ее движения при различных вибрационных воздействиях. Передача движения от нижней планшайбы к верхней осуществляется за счет сил трения, в результате характер изменения вектора скорости верхней планшайбы имеет сложную кон -фигурацию. На верхнюю планшайбу дополнительно действует сила давления, от изменения величины которой изменяется сила трения, а также глубина внедрения верхнего элемента в материал нижнего.

На кинематической схеме (см. рис. 1) показано: земля связана с первым звеном с помощью шарнирного соединения, задающего 1-му звену одну степень свободы - поворот вокруг оси X. Первое звено жестко соединено с ведущей шайбой и имеет 0 степеней свободы. Ведущая шайба соединена с ведомой и имеет 3 степени свободы, две из которых - поступательные вдоль осей X и

У и одна - вращательная в направлении оси X. Ведомая шайба соединена со звеном 2, это соединение имеет 1 вращательную степень свободы. Звено 2 жестко связано с кронштейном, между ними 1 степень свободы - вращательная. Кронштейн связан с землей, он неподвижен. В процессе исследования вибраций схема изменялась для отдельных элементов в зависимости от требуемого количества степеней свободы.

Для данной механической системы наиболее опасными являются два направления вибраций. Первая основная вибрация лежит в плоскости вращения верхней планшайбы, то есть в плоскости XX, и выражается в дополнительном повороте верхней планшайбы. Ее влияние заключается в повреждении обрабатываемой поверхности. На ней появляются зоны повторной обработки, зоны с более сильным съемом материала. Чистота поверхности резко падает. Резкая смена ускорений и скоростей приводит к неравномерности движения всего механизма [4, 5], возникают дополнительные нагрузки в осях. Например, для косинусных колебаний были получены различные графи-

1 вращательная степень свободы

А

3 степени свободы

-ь

жесткое закрепление 0 степеней свободы

0

........^Г

1 вращательная степень свободы

Рис. 1

I

е.

1 вращательная степень свободы

жесткое закрепление 0 степеней свободы

0

У

1512

И.И. Калапышина

Рис. 2

ки, один из них представлен на рис. 2. Анализировалось изменение скоростей, направленных под углом 90°, для двух точек на поверхности верхней планшайбы.

Вторая и наиболее опасная для данной системы вибрация — в направлении оси Z, так как она вызывает отрыв верхней планшайбы от нижней, в результате чего происходит разъединение элементов, а при возвратном касании — удары, и, как следствие, возникают напряжения в материале нижней планшайбы, потеря скорости, переменное ускорение. В результате в зависимости от величины, характера, интенсивности вибраций на обрабатываемой поверхности появляются пропуски, волнистость.

Для вибраций с различной интенсивностью

были проведены измерения, учтены особенности движения при вязком трении.

Список литературы

1. Горбач В. Л. Кинетика рабочих органов оптических шлифовально-полировальных станков. М.: Маш-гиз, 1958.

2. Герман-Галкин С.Г. МаАаЪ & 8ти1тк Проектирование мехатронных систем на ПК. СПб.: КОРОНА—Век, 2008.

3. Заплетохин В. А. Конструирование деталей механических устройств: Справочник. Л.: Машиностроение, 1990.

4. Лазарев Ю.В. Моделирование в системе МаАаЪ. СПб.: Питер, 2005.

5. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Машиностроение, 1982.

MODELING TRANSLATION OF MOTION DUE TO FRICTION IN A MECHANISM FOR OPTICAL GLASS PROCESSING

I.I. Kalapyshina

A mechanical system under vibration effects is analyzed. The system is based on structural elements with frictional interaction. The friction between the elements is of a mixed type.

Keywords: friction, vibration, optical elements, kinematics, analytical model.