机械结合部接触理论研究范文

《机械设计与制造工程杂志》2014年第六期

1结合面的基础接触特性

柔性结合部对机器影响较大，影响的因素多且复杂。由于柔性结合部的存在，使机器整机的刚性下降而阻尼增加。刚性结合部则不同，元件原本就属于一个零件，只是为研究其特性而进行了分割，因此刚性结合部处材料性质与零件相同，所以只需研究柔性结合部的特性。图2(a)所示的元件a和b分别属于不同零件，因而它们之间的结合部J是柔性结合部。柔性结合部在结合处的材料分属两个零件，即使相连接的零件的材料性质相同，结合部处的材料性质也不同于它所属的零件材料性质，结合部处的应力流发生了紊乱。不论零件加工如何精细，在显微镜下接触表面上的微观形貌总是凹凸不平的，每个接触点的接触状态也是不同的，有的接触点处接触的压力大一些，有的接触点处接触压力小一些，还有的接触面上有些点实际并没有接触，这些都不同于零件内部材料分子之间的关系。

通常取有限的特征点代替结合面上的接触点并以此来描述结合部的特性，这些接触点称为等效结合点。图2(a)所示的结合面在法向载荷Pn作用下会产生法向变形，法向载荷和法向变形的曲线关系如图2(b)所示，其对应的实验公式如下:式中:pn为结合面单位面积上的法向接触力，又称接触面压;λn为结合面的相对法向变形;uan，ubn分别为元件a和b上接触点在结合面的法向位移;A为接触面积;αn，βn为实验系数(与结合面的材料、加工方法及精度、润滑等诸多因素相关)，可以看出pn与λn成非线性关系，即当面压较小时，接触变形小，接触面压增大时变形增加较大，非线性度较大;当施加的接触面压增大时，非线性影响减小，当接触面压超过一定程度时，结合面变形与接触面压呈现近似线性关系，得出的关系如图3所示。由式(3)可以看出，结合部切向变形不仅与结合面切向接触面压有关，还与法向特性参数有关。

当法向接触面压值一定时，切向变形与切向面压成线性关系;在一定的切向面压下，法向接触面压越大，切向变形越大，切向变形与法向接触面压成非线性关系。

2结束语

关于结合部，现有的研究主要是采用赫兹理论接触或改良的赫兹理论接触方法进行解析。与赫兹接触法相比，基于接触表面层变形的方法更能反映结合面的非线性特性。本文建立的关于结合部相对位移和刚度的算法，是复杂结合面算法的理论基础。由于条件限制，文中所涉及的算法并没有试验或设备支撑，因而文章更倾向于理论方面的研究，后续工作将尽可能和相关企业联合做些试验，以进一步完善再制造的相关理论。

作者：刘洁单位：延安大学化学与化工学院