機(jī)械結(jié)合面法向靜、動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)特性參數(shù)的建模研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代機(jī)械日益向高速、高效、高精度發(fā)展，對(duì)機(jī)床等機(jī)械設(shè)備整機(jī)靜、動(dòng)態(tài)特性研究提出了更高的要求。機(jī)械零部件之間的結(jié)合面靜、動(dòng)態(tài)特性是影響整機(jī)的重要因素，因此，結(jié)合面特性參數(shù)的研究對(duì)于提升高端裝備制造具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文圍繞結(jié)合面基礎(chǔ)特性參數(shù)即接觸剛度和接觸阻尼，從微凸體微觀(guān)建模分析入手，以結(jié)合面法向靜態(tài)接觸加卸載模型為基礎(chǔ)，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(jié)合面法向動(dòng)態(tài)接觸剛度和接觸阻尼理論計(jì)算模型。

2、r>　　本研究主要內(nèi)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(dǎo)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(duì)無(wú)量綱化后的接觸模型進(jìn)行MATLAB仿真，分析了靜態(tài)加卸載對(duì)結(jié)合面接觸變形、接觸面積以及接觸剛度的影響。研究表明：結(jié)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(fù)，從而使得結(jié)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(shí)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(shù)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(dòng)態(tài)接觸剛度及接觸阻尼計(jì)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(dòng)態(tài)位移，利用泰勒公式，將靜態(tài)加卸載接觸模型在結(jié)合面靜態(tài)變形附近進(jìn)行展開(kāi)，由此建立動(dòng)態(tài)接觸剛度計(jì)算模型；同時(shí)，通過(guò)推導(dǎo)結(jié)合面在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)的能量耗散和對(duì)應(yīng)等效粘性阻尼，建立接觸阻尼計(jì)算模型；利用

4、MATLAB進(jìn)行仿真，獲得了激振頻率、法向相對(duì)位移幅值以及靜態(tài)載荷對(duì)動(dòng)態(tài)接觸剛度和接觸阻尼的影響規(guī)律。研究表明：動(dòng)態(tài)相對(duì)位移幅值越大，動(dòng)態(tài)接觸剛度增量越大，接觸阻尼也越大；激振頻率越大，動(dòng)態(tài)接觸剛度呈非線(xiàn)性增大，而接觸阻尼卻呈反比例函數(shù)減??；法向預(yù)載荷越大，動(dòng)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(dòng)態(tài)接觸剛度及接觸阻尼計(jì)算模型。將微凸體相互作用引入前兩部分所建立的結(jié)合面靜、動(dòng)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(dòng)態(tài)接觸剛度及接觸阻尼計(jì)算模型，利用數(shù)值迭代方法對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行求解，將仿真結(jié)果與不考慮相互作用的模型進(jìn)行了對(duì)比，分析了微凸體相互作用對(duì)動(dòng)態(tài)接觸剛度和接觸阻尼產(chǎn)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(shí)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(dòng)態(tài)激振頻率、法向相對(duì)位移幅值以及法向預(yù)載荷對(duì)法向動(dòng)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(dòng)

6、態(tài)接觸剛度增量變化幅度減小，而接觸阻尼的法向預(yù)載荷增大。⑷在結(jié)合面基礎(chǔ)特性參數(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，對(duì)銑削加工的45鋼配對(duì)結(jié)合面進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，獲得了法向靜態(tài)剛度與預(yù)載荷、動(dòng)態(tài)接觸剛度和接觸阻尼與法向預(yù)載荷、激振頻率、動(dòng)態(tài)相對(duì)位移幅值之間的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，將其與理論模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果更加接近；兩種動(dòng)態(tài)接觸剛度及接觸阻尼模型與實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果變化規(guī)律相同，不考慮相互