ДЕМПФИРУЮЩИЕ  СВОЙСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ ПЛЁНОК ПЛАСТИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

 

Погонышев В. А.,  Погонышев С. А., Попов А.П., Осипенко В.Т.

(БГСХА, БГИТА, г.Брянск, РФ)

 

Известен способ фрикционного нанесения многослойных плёнок пластичных металлов для повышения задиростойкости и улучшения приработки сопряжённых деталей (Информ. лист. № 94-89 Брянского ЦНТИ). Однако исследования свойств материалов плёнок показали, что эти плёнки обладают кроме антиизносных и антифрикционных ещё и демпфирующими свойствами. Анализ известных математических моделей колебательных процессов показывает, что различные материалы существенно отличающиеся друг от друга значением модуля Юнга, эффективно демпфируют строго определённый, соответствующий данному материалу, спектр частот колебаний. Эффективность демпфирования зависит от рассеяния энергии на преодоление сил внутреннего трения.

С другой стороны, спектральный анализ реальных колебаний, которым подвержены сопряжённые детали, позволяет сделать вывод о том, что данные колебания являются достаточно широкополосными. С целью повышения износостойкости пар трения за счёт использования их демпфирующих свойств предложено наносить плёнки пластичных металлов с послойно резко уменьшающимся модулем упругости, что позволяет обеспечить наиболее эффективное покрытие спектра демпфируемых  колебаний спектрами собственных частот колебаний материалов.

В качестве модели шероховатостей деталей машин рассматривается  стержень из материалов покрытий, колебания которого описывается дифференциальным уравнением

 

                    ¶² y             ¶²y               ¶³y       a₂   ¶y 

       -----  -  с² ------  - a₁с² ------  -  --- --- =  0,        (1)        

        ¶ t²          ¶x ²                    ¶x²¶t     m_o   ¶t

   ЕS

где с² = ------,

        m_о

x, t - координаты перемещения и времени; y(x,t) - продольные смещения; m_о - погонная масса; Е -  модуль Юнга; S - площадь поперечного сечения стержня; a₁,a₂ -  коэффициенты.

Решение его найдено методом Фурье

        _¥     -b_kt

y(х ,t) =  S е       (а_к cosw_кt +  b_кsinw_кt)  sin[(2к+1)px/2L],   (2)         

   ^к=0 

где b - коэффициент затухания, w_к -  частота к - ой гармоники, L - длина стержня, к - целое.

Спектр собственных частот колебаний, полученных на основе решения (2), например, для стального стержня:

Исследуя спектральные свойства вибраций легковых автомобилей с использованием дискретного преобразования Фурье, получили спектральную плотность (S_n).

Таким образом, основой синтеза рациональных демпфирующих устройств является соответствующий подбор материалов плёнок пластичных металлов, обеспечивающих эффективное покрытие спектра  демпфируемых колебаний (вибраций) спектрами собственных частот колебаний данных материалов. Для этого целесообразно использовать многослойные плёнки пластичных металлов, наносимых на поверхности новых и восстановленных деталей, с послойно резко изменяющимся модулем Юнга.