概述機械結合面切向接觸參數(shù)原理

《概述機械結合面切向接觸參數(shù)原理》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、概述機械結合面切向接觸參數(shù)原理第一章緒論1.1課題研究背景各種各樣的機器與機械結構總是由許多的零部件按照特定的功能要求組合起來的，我們把零部件之間的相互接觸的表面稱為機械結合面，簡稱結合面[1]。按照結合面的結構和形狀，可以將結合面分為平面結合面與曲面結合面。由于結合面在機械結構中的大量存在，使得機械結構中力的傳遞必然要經(jīng)過其中的各種結合面。當受到動載荷的作用時，結合面間就會產(chǎn)生微小的相對位移，使得結合面不僅存儲能量并且消耗能量，表現(xiàn)為既有阻尼又有剛度，即存在著接觸阻尼和接觸剛度。通常狀況下，機床中的結合面接觸剛度大

2、致占機床總剛度的60%~80%。所以，在研究機械結構靜態(tài)特性時，必須要充分考慮到結合面接觸剛度。像機床、齒輪箱、動力機械等機械結構，其總阻尼的90%以上來自于結合面接觸阻尼。與機械零件本身阻尼相比，結合面的接觸阻尼相對占絕對優(yōu)勢。所以，從力學角度來分析結合面問題的時候，它與機械結構的靜動態(tài)特性以及振動與振動控制都存在著十分緊密的關系。然而，人們到目前還沒能夠完全解決結合面的理論建模和結合面對結構動力學特性的影響，其原因主要是結合面存在著很多十分復雜的影響因素，這些因素主要有結合面材質(zhì)、加工方法、加工質(zhì)量、介質(zhì)狀況、法

3、向面壓、動載荷性質(zhì)、振動頻率和結構類型等?？傊?，對結合面靜動態(tài)特性的研究不管從基礎理論方面還是從實際應用方面上都具有十分重要的意義。1.2機械結合面研究現(xiàn)狀有關機械結合面問題的研究，總的來說由以下四個方面組成，即機械結合面基礎理論的研究、機械結合面靜動態(tài)特性實驗的研究、機械結合面靜動態(tài)特性參數(shù)的識別研究以及機械結合面的應用技術研究。本文則主要闡述機械結合面基礎理論研究相關內(nèi)容。1.2.1機械結合面基礎理論研究的主要內(nèi)容結合面問題從本質(zhì)上講是粗糙表面間的接觸問題，而粗糙表面的接觸問題歸結到最終即為界面間的微凸體的非協(xié)調(diào)

4、接觸問題。在微觀接觸理論研究的基礎上，進一步擴展到更有實際參考意義的結合面接觸剛度、接觸阻尼、靜摩擦系數(shù)、熱接觸阻抗、電接觸阻抗以及摩擦磨損潤滑等領域的具體研究。非協(xié)調(diào)表面接觸力學問題中表面互相不協(xié)調(diào)的物體的接觸應力構成局部應力集中，對它的研究與兩個物體體內(nèi)的應力無關。Hertz很清楚地意識到這一事實。他寫道：我們能夠?qū)⑽覀兊淖⒁饬ο拗朴诿恳粋€物體中非常接近接觸點的那一部分，因為這里的應力與發(fā)生在其他各處的應力相比非常大，因而他們依賴于作用在物體其他部分上的力的程度最小。工程實際中經(jīng)常遇到的相關課題主要包括Hertz

5、接觸理論及非Hertz接觸理論、非彈性體接觸、滑動接觸、滾動接觸、輾壓與潤滑以及粗糙表面、動力效應與撞擊、熱彈性接觸等。在討論中通常會用到彈性力學、粘彈性力學和塑性力學的基本理論和方法。第二章粗糙表面接觸分形理論2.1粗糙表面形貌及分形表征2.1.1粗糙表面的形貌表面形貌一般指物體表面的幾何結構。機器設備的具體性能，例如摩擦、磨損、潤滑、振動噪聲、密封、配合性質(zhì)、疲勞、腐蝕、涂層質(zhì)量、導熱性、導電性、反射性質(zhì)等都和表面形貌有密切關系。廣義上講，表面形貌主要包括粗糙度、波紋度、形狀誤差以及紋理四大方面。當它應用于接觸問

6、題時則主要研究微米量級范圍幾何結構對接觸剛度和接觸阻尼等特性的研究。摩擦學主要研究固體表面之下只有幾毫米的表層中的應力分布，因此往往將上述固體看成以無限大平面為界、充滿半個空間的半無限固體，這樣能夠簡化問題，集中分析兩個固體接觸的細節(jié)，而不必顧及這兩個固體的形狀和大小。2.1.2粗糙表面形貌分形表征對表面形貌特征做定量的描述，在解決有關接觸問題時是極其重要的。通常固體的表面接觸時不連續(xù)的，并且真實接觸區(qū)域只是名義接觸區(qū)域的一小部分，通過凹凸不平處的塑性變形把初始粗糙表面弄平是不容易的。例如，車床刀具在韌性壓縮試樣的名

7、義平端面上所產(chǎn)生的鋸齒刻痕將被試驗機堅硬的平壓板塑性地壓平。它們就像塑性楔體那樣，在接觸壓力近似等于3Y時發(fā)生塑性變形，此處Y是材料的屈服應力。在名義壓力為Y時，試樣作為一個整體將發(fā)生整個屈服。因此試驗機壓板和試樣之間的真實接觸面積與名義接觸面積之最大比值約為三分之一。受擠壓的凹凸不平部位的應變強化將使得該比值進一步減小。(1)分形幾何學與分形維數(shù)自然界是千姿百態(tài)、變幻無常的，存在著許許多多自然現(xiàn)象與物體形狀，比如高低起伏的山脈、曲折蜿蜒的海岸線、空氣中的粉塵、樹葉的脈絡、布朗運動、微觀分子與原子不規(guī)則的運動軌跡等等

8、。利用傳統(tǒng)的歐氏幾何學（EuclideanGeometry）已經(jīng)無法描述這些復雜的現(xiàn)象和形狀特征。歐氏幾何學中，定義物體的維數(shù)采用的是坐標數(shù)目。圖形最基本的不變量就是維數(shù)，傳統(tǒng)的歐氏幾何在描述有序的幾何形狀點、線、面、體時，采用的維數(shù)分別為0、1、2、3，測量有序幾何形狀大小時發(fā)現(xiàn)，只是與其維數(shù)有關，而與測量時使用的尺度無關。自然界中，具有大尺