機械結合面法向靜、動態(tài)基礎特性參數的建模研究.pdf

1、隨著現代機械日益向高速、高效、高精度發(fā)展，對機床等機械設備整機靜、動態(tài)特性研究提出了更高的要求。機械零部件之間的結合面靜、動態(tài)特性是影響整機的重要因素，因此，結合面特性參數的研究對于提升高端裝備制造具有重要的學術意義和應用價值。本文圍繞結合面基礎特性參數即接觸剛度和接觸阻尼，從微凸體微觀建模分析入手，以結合面法向靜態(tài)接觸加卸載模型為基礎，利用泰勒公式，分別建立不考慮和考慮微凸體相互作用的結合面法向動態(tài)接觸剛度和接觸阻尼理論計算模型。

2、r>　　本研究主要內容包括：⑴建立了等效粗糙表面與光滑剛性平面的法向靜態(tài)加卸載統(tǒng)一接觸模型。利用前人的微凸體卸載模型，推導了考慮彈性、彈塑性和塑性變形的法向加卸載統(tǒng)一接觸模型；對無量綱化后的接觸模型進行MATLAB仿真，分析了靜態(tài)加卸載對結合面接觸變形、接觸面積以及接觸剛度的影響。研究表明：結合面的卸載載荷取決于加載載荷的最大值，卸載后，存在彈塑性變形和塑性變形的微凸體不能完全恢復，從而使得結合面存在殘余變形；接觸面積與接觸剛度隨接觸載

3、荷的增大而增大，且卸載后，接觸面積隨載荷變化大于加載時的接觸面積，卸載接觸剛度小于加載接觸剛度；隨著塑性指數的增大，接觸剛度也逐漸增大。⑵提出了不考慮微凸體相互作用的法向動態(tài)接觸剛度及接觸阻尼計算模型。在所建立的法向靜態(tài)加卸載接觸模型中引入法向動態(tài)位移，利用泰勒公式，將靜態(tài)加卸載接觸模型在結合面靜態(tài)變形附近進行展開，由此建立動態(tài)接觸剛度計算模型；同時，通過推導結合面在一個振動周期內的能量耗散和對應等效粘性阻尼，建立接觸阻尼計算模型；利用

4、MATLAB進行仿真，獲得了激振頻率、法向相對位移幅值以及靜態(tài)載荷對動態(tài)接觸剛度和接觸阻尼的影響規(guī)律。研究表明：動態(tài)相對位移幅值越大，動態(tài)接觸剛度增量越大，接觸阻尼也越大；激振頻率越大，動態(tài)接觸剛度呈非線性增大，而接觸阻尼卻呈反比例函數減??；法向預載荷越大，動態(tài)接觸剛度增量和接觸阻尼也隨之增大。⑶提出了考慮微凸體相互作用的法向接觸剛度模型、動態(tài)接觸剛度及接觸阻尼計算模型。將微凸體相互作用引入前兩部分所建立的結合面靜、動態(tài)接觸模型中，建立

5、了考慮微凸體相互作用的法向靜、動態(tài)接觸剛度及接觸阻尼計算模型，利用數值迭代方法對計算模型進行求解，將仿真結果與不考慮相互作用的模型進行了對比，分析了微凸體相互作用對動態(tài)接觸剛度和接觸阻尼產生的影響。研究表明：引入微凸體相互作用后，法向靜態(tài)接觸剛度與未考慮相互作用時的相比變化規(guī)律相同，只是接觸剛度值偏低；引入微凸體相互作用后，動態(tài)激振頻率、法向相對位移幅值以及法向預載荷對法向動態(tài)接觸剛度和接觸阻尼的影響規(guī)律與不考慮相互作用的模型一致，但動

6、態(tài)接觸剛度增量變化幅度減小，而接觸阻尼的法向預載荷增大。⑷在結合面基礎特性參數實驗平臺上，對銑削加工的45鋼配對結合面進行靜、動態(tài)實驗，獲得了法向靜態(tài)剛度與預載荷、動態(tài)接觸剛度和接觸阻尼與法向預載荷、激振頻率、動態(tài)相對位移幅值之間的實驗規(guī)律，將其與理論模型計算結果進行對比。研究表明：考慮相互作用的法向靜態(tài)接觸剛度小于不考慮相互作用的靜態(tài)接觸剛度，但與實驗結果更加接近；兩種動態(tài)接觸剛度及接觸阻尼模型與實驗所得的結果變化規(guī)律相同，不考慮相互