結(jié)合面接觸剛度的影響因素及分析方法

延安大學(xué) 建筑工程學(xué)院，陜西 延安 716000

0 引言

大型機(jī)械設(shè)備都由許多零部件組成，因而會有許多結(jié)合面的存在。結(jié)合面的表面微觀形貌的不確定性與復(fù)雜性導(dǎo)致了用理論很難預(yù)測真實(shí)結(jié)合面接觸剛度的大小。由于結(jié)合面接觸剛度的大小與機(jī)械設(shè)備的整機(jī)的工藝制造水平密切相關(guān)，因此研究無處不在的結(jié)合面界面力學(xué)特性是非常有必要的。在靜態(tài)狀況下，整體的剛度有一半之多取決于結(jié)合面的切向與法向的接觸剛度；在動態(tài)接觸情況下，機(jī)械裝備的阻尼很大程度上是由結(jié)合面的阻尼所決定的。假如能夠從理論和實(shí)驗(yàn)上解決結(jié)合面特性參數(shù)模型的問題，那么對裝備業(yè)的升級將會起到十分巨大的作用。

1 結(jié)合面的概念及分類

零件、組件與部件之間互相接觸而的表面，稱之為“結(jié)合面”或者“接觸面”［1］。依據(jù)運(yùn)動形式來分類，結(jié)合面可分為固定結(jié)合面、半固定結(jié)合面及運(yùn)動結(jié)合面三種類型。從結(jié)構(gòu)形狀角度看，結(jié)合面又分為平面結(jié)合面，（如圖1）和曲面結(jié)合面（如圖2）。

圖1 平面結(jié)合面示意圖

圖2 曲面結(jié)合部示意圖

2 影響結(jié)合面接觸剛度的因素

2.1 影響結(jié)合面靜態(tài)接觸剛度的因素

結(jié)合面靜態(tài)接觸剛度的主要影響因素有：接觸面承受的法向載荷與切向載荷、接觸面的材料力學(xué)屬性、形成接觸面的材料成型方法、結(jié)合部表面輪廓粗糙度、結(jié)合面之間的潤滑狀態(tài)等。

2.2 影響結(jié)合面動態(tài)接觸剛度的因素

影響結(jié)合面動態(tài)接觸剛度的主要因素有：結(jié)合面的材料力學(xué)屬性、結(jié)合面金屬材料成型方法及熱處理方法；結(jié)合面的表面輪廓的參數(shù)指標(biāo)；結(jié)合面之間的潤滑狀態(tài)；結(jié)合面承受的法向載荷與切向載荷及動載荷性質(zhì)的形式；振動頻率；結(jié)合面結(jié)構(gòu)形狀。

3 結(jié)合面的分析方法

3.1 結(jié)合面靜態(tài)接觸剛度的研究方法

結(jié)合面的靜態(tài)接觸剛度研究方法非常豐富，現(xiàn)階段有被公認(rèn)的經(jīng)典研究方法主要有分形法、概率統(tǒng)計(jì)法、有限元法、等效剛度法和等效阻尼法等。比較新穎的研究則用界面元法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、無網(wǎng)格法等。使用這些數(shù)學(xué)方法建立機(jī)械結(jié)合面靜態(tài)剛度模型與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較還是存在一定的誤差。

3.2 結(jié)合面動態(tài)接觸剛度的研究方法

結(jié)合面動態(tài)特性的研究主要集中在結(jié)合部阻尼和接觸剛度的研究上。由于僅靠理論分析設(shè)計(jì)計(jì)算很難獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，所以需要通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析研究機(jī)械結(jié)合面動態(tài)特性。模態(tài)實(shí)驗(yàn)分析是機(jī)械結(jié)合面動態(tài)特性的一種重要研究方法。另外，有限元法在機(jī)械結(jié)合面動態(tài)特性的研究中應(yīng)用也非常廣泛，該方法既能夠用于平面結(jié)合部分，也能夠用于圓柱和球面結(jié)合部的動態(tài)特性研究中來。

4 結(jié)論

通過結(jié)合面的分類，總結(jié)出影響結(jié)合面動靜動態(tài)接觸剛度的因素，綜述了結(jié)合面靜動態(tài)接觸剛度的分析方法。由此可以得出機(jī)械結(jié)合面靜態(tài)剛度由法向接觸剛度和切向接觸剛度兩部分組成，要全面研究機(jī)械結(jié)合面的剛度，必須要將結(jié)合面的眾多影響因素予以全面考慮。