費(fèi)德尋，王　斌（邵陽(yáng)學(xué)院　機(jī)械與能源工程系，湖南　邵陽(yáng)422000）

結(jié)合面靜態(tài)特性基礎(chǔ)特性參數(shù)影響因素研究進(jìn)展

費(fèi)德尋，王斌
（邵陽(yáng)學(xué)院機(jī)械與能源工程系，湖南邵陽(yáng)422000）

機(jī)械零部件之間的靜態(tài)接觸性能對(duì)裝備的靜動(dòng)態(tài)、振動(dòng)、運(yùn)動(dòng)響應(yīng)等性能有著重要影響。通過(guò)對(duì)該領(lǐng)域相關(guān)文獻(xiàn)的分析和歸納，總結(jié)出影響機(jī)械結(jié)合面靜態(tài)特性基礎(chǔ)參數(shù)的影響因素和針對(duì)各類影響因素的處理方法，為機(jī)械動(dòng)力學(xué)的建模和計(jì)算提供系統(tǒng)的研究思路。

靜態(tài)特性；接觸剛度；工況

0　引言

裝備制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和國(guó)防實(shí)力的重要體現(xiàn)，它對(duì)推進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、擴(kuò)大國(guó)內(nèi)需求、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略至關(guān)重要［1］。機(jī)械結(jié)合面靜態(tài)性能對(duì)機(jī)械裝備的動(dòng)態(tài)特性、抗振性、運(yùn)動(dòng)響應(yīng)敏捷性等性能有重要影響。研究表明，［2-3］機(jī)床整機(jī)剛度的50%取決于結(jié)合面剛度，因此，掌握影響結(jié)合面基本特性參數(shù)的因素，對(duì)進(jìn)行機(jī)械裝備自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)是必不可少的難題。本論文針對(duì)機(jī)械結(jié)合面靜態(tài)特性參數(shù)理論，對(duì)影響結(jié)合面靜態(tài)特性基本參數(shù)的因素進(jìn)行詳細(xì)總結(jié)和歸納，并通過(guò)對(duì)影響因素是否存在連續(xù)變化的情況，提出兩種處理方法。

1　結(jié)合面靜態(tài)特性基礎(chǔ)特性參數(shù)影響因素分析

機(jī)械結(jié)合面靜態(tài)特性基礎(chǔ)特性參數(shù)影響因素頗多，部分影響因素由于非線性的緣故，到現(xiàn)在都還沒(méi)有建立完整的闡述體系。對(duì)影響結(jié)合面靜態(tài)特性基礎(chǔ)特性的影響因素進(jìn)行分析，是研究結(jié)合面靜態(tài)特性的基礎(chǔ)，然而基于此建立正確的模型，并得到一些試驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)便是研究結(jié)合面靜態(tài)特性影響因素的目的。根據(jù)影響結(jié)合面靜態(tài)特性的重要性，可以大致其分為與結(jié)構(gòu)有關(guān)的因素、與工況有關(guān)的因素和反映結(jié)合面固有特性的因素等。

1.1結(jié)構(gòu)類型因素

結(jié)合面的結(jié)構(gòu)影響因素是影響結(jié)合面靜態(tài)特性基礎(chǔ)特性參數(shù)因素的組成一部分，一般如結(jié)合面的結(jié)構(gòu)類型與尺寸、結(jié)合面功能、結(jié)合面形狀誤差等這一系列的結(jié)構(gòu)因素都對(duì)機(jī)床整機(jī)結(jié)構(gòu)靜態(tài)特性的影響很大，對(duì)其結(jié)合面功能選擇以及主要結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行性能分析，從而找出結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是提高整機(jī)結(jié)構(gòu)靜態(tài)性能的關(guān)鍵因素。

1.2結(jié)合面固有特性因素

實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)的接觸面中，由于粗糙度和波度的存在使得結(jié)合面間的接觸并不是整個(gè)面的完全接觸，而是在若干微小平面上的接觸，正是因?yàn)檫@些微小接觸才使得因結(jié)合面面壓、材料、加工方法以及表面粗糙度、結(jié)合面的介質(zhì)情況的不同，就使得機(jī)械結(jié)構(gòu)在力學(xué)性質(zhì)上不再具有連續(xù)性，同時(shí)也使得整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能存在不確定性，正因這一問(wèn)題的存在就直接影響了工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)品的精度和生產(chǎn)效率。

1.3工況相關(guān)因素

當(dāng)兩個(gè)粗糙表面受到載荷作用時(shí)，在加載初始階段，由于法向載荷較小，兩接觸表面接觸峰點(diǎn)產(chǎn)生彈性變形，結(jié)合面法向剛度表現(xiàn)為線性特性；隨著載荷的不斷增大，兩接觸表面間的變形經(jīng)歷了線性彈性、彈塑性共存、塑性三種變形，這種連續(xù)變化使結(jié)合面接觸剛度與載荷間表現(xiàn)出由線性向非線性變化。正是因?yàn)檫@種由載荷所引起的非線性原因，因此從工況的角度分析結(jié)合面問(wèn)題，是很有必要的。

2　處理方法

結(jié)合面的基礎(chǔ)靜態(tài)特性的研究的根本目的就是為了能夠在工程中應(yīng)用。在工程中應(yīng)用的時(shí)候，就更應(yīng)該考慮這些影響結(jié)合面靜態(tài)特性的影響因子。

2.1與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的影響因素在設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)時(shí)予以處理

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值解析方法的發(fā)展，可以利用有限元程序?qū)?fù)雜的大型零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析計(jì)算，甚至對(duì)組合件、部件以及整臺(tái)機(jī)床的結(jié)構(gòu)特性也可以進(jìn)行計(jì)算。因此在對(duì)影響結(jié)合面靜態(tài)特性進(jìn)行處理的時(shí)候，可以利用計(jì)算機(jī)獲得最佳的設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)效果并進(jìn)行相應(yīng)的處理。

2.2反映結(jié)合面固有特性的因素以及結(jié)合面靜態(tài)基礎(chǔ)特性參數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)體現(xiàn)

由于結(jié)合面的影響因素眾多，結(jié)合形式多種多樣，因此在分析時(shí)不可能考慮到所有的影響因素。一般在處理結(jié)合面固有特性的影響因素時(shí)候都是通過(guò)直觀基礎(chǔ)特性參數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)顯示，給人直觀地表示。

3　發(fā)展與趨勢(shì)

結(jié)合面的靜態(tài)特性的研究較多，到現(xiàn)在可以認(rèn)為有些許成就，但是當(dāng)前的研究在系統(tǒng)性、普遍性、實(shí)用性等方面還存在不足。研究不足及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在：

（1）結(jié)合面準(zhǔn)確的模型待建立。結(jié)合面靜態(tài)特性的影響因素眾多，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外集中研究和建立的結(jié)合面模型也只是針對(duì)部分的影響因素而建立的模型，雖然有部分學(xué)者考慮了幾種因素但是由于結(jié)合面屬于柔性結(jié)合部以及它的非線性，使得在研究和分析的時(shí)候?qū)δＰ瓦^(guò)于簡(jiǎn)化，使得有時(shí)候模型建模不準(zhǔn)確，影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果了，因此將來(lái)需要在研究各類影響因素基礎(chǔ)上建立高精度的結(jié)合面綜合模型。

（2）面向不同類型的機(jī)械結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展緩慢：當(dāng)前的機(jī)械只要存在著靠某種形式連接起來(lái)的機(jī)械零部件就會(huì)存在著結(jié)合面，正是由于結(jié)合面的普遍存在，國(guó)內(nèi)外研究人員在考慮結(jié)合面的靜態(tài)特性的影響因素時(shí)候，往往只是相對(duì)于某種特殊或普遍的機(jī)械結(jié)構(gòu)而已，并沒(méi)有廣泛地普及性，由此，在根于結(jié)合面的普遍性，探索普遍適用的各類機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)合面的模型及控制方法更能滿足產(chǎn)業(yè)需求。

［1］國(guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定［D］.國(guó)發(fā)［2010］32號(hào)，2010.

［2］PEN Y.BEARDS C.F.Identification of effective linear joints using coupling and joint identification techniques［J］. ASME，Journal of Vibration and Acoustics，1998，120（2）：331-338.

［3］IBRAHIM R.A.PETIT C.L.Uncertainties and dynamic problems of bolted joints and other fasteners［J］.Journal of Sound and Vibration，2005，279（35）：857-936.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.181

費(fèi)德尋（1991-），男，云南宣威人，本科在讀，研究方向：機(jī)械與能源。