機(jī)械結(jié)合部接觸理論研究范文

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《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程雜志》2014年第六期

1結(jié)合面的基礎(chǔ)接觸特性

柔性結(jié)合部對(duì)機(jī)器影響較大，影響的因素多且復(fù)雜。由于柔性結(jié)合部的存在，使機(jī)器整機(jī)的剛性下降而阻尼增加。剛性結(jié)合部則不同，元件原本就屬于一個(gè)零件，只是為研究其特性而進(jìn)行了分割，因此剛性結(jié)合部處材料性質(zhì)與零件相同，所以只需研究柔性結(jié)合部的特性。圖2(a)所示的元件a和b分別屬于不同零件，因而它們之間的結(jié)合部J是柔性結(jié)合部。柔性結(jié)合部在結(jié)合處的材料分屬兩個(gè)零件，即使相連接的零件的材料性質(zhì)相同，結(jié)合部處的材料性質(zhì)也不同于它所屬的零件材料性質(zhì)，結(jié)合部處的應(yīng)力流發(fā)生了紊亂。不論零件加工如何精細(xì)，在顯微鏡下接觸表面上的微觀形貌總是凹凸不平的，每個(gè)接觸點(diǎn)的接觸狀態(tài)也是不同的，有的接觸點(diǎn)處接觸的壓力大一些，有的接觸點(diǎn)處接觸壓力小一些，還有的接觸面上有些點(diǎn)實(shí)際并沒有接觸，這些都不同于零件內(nèi)部材料分子之間的關(guān)系。

通常取有限的特征點(diǎn)代替結(jié)合面上的接觸點(diǎn)并以此來描述結(jié)合部的特性，這些接觸點(diǎn)稱為等效結(jié)合點(diǎn)。圖2(a)所示的結(jié)合面在法向載荷Pn作用下會(huì)產(chǎn)生法向變形，法向載荷和法向變形的曲線關(guān)系如圖2(b)所示，其對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)公式如下:式中:pn為結(jié)合面單位面積上的法向接觸力，又稱接觸面壓;λn為結(jié)合面的相對(duì)法向變形;uan，ubn分別為元件a和b上接觸點(diǎn)在結(jié)合面的法向位移;A為接觸面積;αn，βn為實(shí)驗(yàn)系數(shù)(與結(jié)合面的材料、加工方法及精度、潤滑等諸多因素相關(guān))，可以看出pn與λn成非線性關(guān)系，即當(dāng)面壓較小時(shí)，接觸變形小，接觸面壓增大時(shí)變形增加較大，非線性度較大;當(dāng)施加的接觸面壓增大時(shí)，非線性影響減小，當(dāng)接觸面壓超過一定程度時(shí)，結(jié)合面變形與接觸面壓呈現(xiàn)近似線性關(guān)系，得出的關(guān)系如圖3所示。由式(3)可以看出，結(jié)合部切向變形不僅與結(jié)合面切向接觸面壓有關(guān)，還與法向特性參數(shù)有關(guān)。

當(dāng)法向接觸面壓值一定時(shí)，切向變形與切向面壓成線性關(guān)系;在一定的切向面壓下，法向接觸面壓越大，切向變形越大，切向變形與法向接觸面壓成非線性關(guān)系。

2結(jié)束語

關(guān)于結(jié)合部，現(xiàn)有的研究主要是采用赫茲理論接觸或改良的赫茲理論接觸方法進(jìn)行解析。與赫茲接觸法相比，基于接觸表面層變形的方法更能反映結(jié)合面的非線性特性。本文建立的關(guān)于結(jié)合部相對(duì)位移和剛度的算法，是復(fù)雜結(jié)合面算法的理論基礎(chǔ)。由于條件限制，文中所涉及的算法并沒有試驗(yàn)或設(shè)備支撐，因而文章更傾向于理論方面的研究，后續(xù)工作將盡可能和相關(guān)企業(yè)聯(lián)合做些試驗(yàn)，以進(jìn)一步完善再制造的相關(guān)理論。

作者：劉潔單位：延安大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院