基于勒让德-扫描法的机械结合部法向接触刚度区间分析

由于机械结合部实际接触时存在诸多不确定因素,利用传统接触刚度模型对机械结合部进行分析时,难以确定其法向接触刚度的合理区间。为此,将微凸体曲率半径、分布密度和微凸体高度方差视为不确定性参数,基于KE弹塑性接触刚度模型和勒让德-扫描法,建立结合部法向接触刚度区间模型并进行求解。通过与接触刚度试验数据及传统模型求解结果的对比,验证了该模型的有效性和准确性。基于该模型对结合部法向接触刚度进行分析,结果表明:勒让德-扫描法具有较高的求解精度,粗糙表面形貌参数不确定性对于结合部法向接触刚度有着明显影响,且随着无量纲接触距离的减小,影响程度逐渐增加,其中微凸体高度方差的不确定性对粗糙表面法向接触刚度影响程度最大。机械结合部法向接触刚度区间模型的建立与分析,可为结合部的研究提供参考。

混合润滑状态下非高斯表面法向接触刚度研究

为了揭示混合润滑状态下表面形貌特征对接触特性的影响,针对微凸体高度非高斯分布粗糙表面在法向静载荷作用下的固-液接触问题展开研究。固-液接触结合面包括微凸体的固体接触和润滑介质的流体接触。对于固体接触部分,基于弹塑性固体力学对非高斯等效粗糙表面接触展开接触特性分析,建立了考虑微凸体弹塑性变形的非高斯粗糙表面法向接触刚度计算模型;对于流体接触部分,提出了一种考虑微凸体峰度/偏度分布影响的密闭油坑接触模型。通过仿真分析,揭示了法向压力、非高斯表面粗糙度参数及润滑油黏度系数对混合润滑固-液结合面法向接触刚度的影响规律,并对比分析了无润滑介质的固-固结合面和存在润滑介质时的固-液结合面法向接触刚度。研究表明:固-液和固-固结合面法向接触刚度均随着法向载荷的增大呈非线性增大,且固-液结合面相对固-固结合面的接触刚度略大;润滑介质黏度越大,接触刚度越大;非高斯分布的峰度和偏度对混合润滑结合面接触刚度具有显著影响,相对于零偏度分布的高斯分布表面,呈负偏度分布的非高斯表面通常具有较大的接触刚度;在轻载时,峰度对接触刚度的影响不容忽视。因此,通过改变接触表面峰度/偏度、增大法向载荷、提高润滑介质黏度,可有效改善混合润滑状态固-液结合面法向接触刚度。

基于分形理论的浮环密封端面法向接触刚度仿真研究

浮环密封是现代航空发动机常用的密封形式之一,浮环端面的接触刚度对浮环密封辅助密封面的摩擦磨损性能有重要影响。在分形理论的基础上,基于有限元方法建立了一种新的法向接触刚度计算模型。之后通过该模型计算浮环密封端面法向接触刚度,得到了浮环密封端面法向接触刚度随压力与粗糙度的变化规律。计算结果表明:求得的法向接触刚度与粗糙表面接触试验结果吻合较好,最大相对误差不超过4%;浮环密封端面法向接触刚度随压力的增大而增加,随接触面粗糙度的增大而减小。该方法为浮环密封端面法向接触刚度的计算提供了一种新的思路。

圆锥结合面接触刚度三维分形数学模型的构建

圆锥过盈连接是一种常见的连接方式,它能够承受大的轴向载荷和弯曲载荷,具有良好的刚度和承载能力,因此被广泛应用于工程实际中。针对圆锥结合面二维分形模型不能反映出圆锥结合面实际情况之间的接触问题,建立圆锥结合面三维分形模型,该模型首先建立圆锥形结合面接触系数,并考虑引入摩擦系数与微凸体在弹性变形阶段、塑性变形阶段和完全塑性变形阶段时,分别建立圆锥结合面法向载荷模型、法向接触刚度模型和切向接触刚度模型,以更符合圆锥结合面实际的接触情况,研究结果对圆锥过盈连接的设计提供理论参考。

考虑结合面接触刚度的机床床身动态特性分析

床身结合面刚度是影响机床动态特性,进而影响机床加工精度的重要因素之一。为了获得精确的机床动态特性参数,运用接触刚度预测模型识别出了床身结合面的接触刚度并建立了等效动力学模型。首先,建立接触刚度预测模型;其次,通过预测模型识别出两种材料(铸铁和矿物复合材料)床身结合面的接触刚度;然后,利用结合面接触特性参数,基于弹簧单元约束建立有限元模型;最后,对比有限元模态频率和试验模态频率,发现基于弹簧单元约束的有限元模态频率与试验模态频率一致性较好,且该模型对铸铁和矿物复合材料均有效。研究表明考虑结合面接触刚度的机床床身有限元模型更具合理性,可以为分析机床动力学特性和优化机床结构提供理论依据。

混合润滑状态下织构对结合面接触刚度的影响

针对润滑条件下包含织构形貌的结合面接触特性提出一种基于分形接触理论的结合面接触刚度模型。首先,结合三维W-M函数建立圆形凹坑织构数学表达式,对带有织构的粗糙表面进行表征;其次,基于赫兹理论和分形理论得出单微凸体不同变形阶段的接触载荷和刚度;在此基础上,结合织构密度表达式和面积分布函数得出整个结合面的接触载荷和刚度;然后根据固体弹性接触部分接触刚度所得的等效厚度来分析结合面液体接触刚度;最后,运用数学仿真软件对固、液两部分耦合得出的理论模型进行验证。结果表明,混合润滑状态下的固、液两部分接触刚度均受到分形参数的影响,且随着织构密度的增大而减小,但其增速会随着织构密度的增大而变缓。

接触刚度引起的高中压转子异常振动波动原因分析

针对某厂5号机组变负荷过程中高中压转子的振动异常波动故障,开展了原因分析和故障诊断工作,通过对该机组运行参数和振动数据分析,指出1号轴承接触刚度异常是导致高中压转子振动大幅度波动的主要原因。通过更换新的轴承垫块和现场动平衡彻底解决了高中压转子异常振动波动问题。

磨削接触刚度及其工艺关联分析研究

在磨削加工中,磨削接触刚度过于抽象、难以理解,给磨削应用带来了不少困扰。立足外圆磨削工程,进行了全面分析、梳理,探讨了磨削相关部件之形变、受力,明确了关联刚度。磨床刚度主要受磨床主轴抗弯刚度、进给丝杠抗拉刚度影响,一般相对固定;磨削刚度指磨削状态下砂轮与工件两者抵抗法向形变的能力主要取决于磨削接触刚度;磨削接触刚度是指磨削状态下在磨削区内单位法向形变所承受的法向磨削力,具有时变特征,主要与砂轮基本特性、工件材料性能、砂轮工作面形貌、磨削参数有关。磨削技术人员主要工作是在满足磨削需求的前提下,合理利用当下磨削条件调整优化磨削接触刚度,保持磨削工艺系统稳定,最大限度发挥磨床加工能力。

干气密封摩擦界面弹塑性接触刚度模型

针对干气密封摩擦界面复杂多变的弹塑性变形阶段,基于微凸体在变形全过程满足连续性、光滑性和单调性的特点,通过余弦函数来探究接触面变形量与接触特性之间的关系,建立了具有光滑连续特性的微凸体弹塑性接触模型,然后基于统计学理论,建立摩擦界面整体接触模型,最后将所建立的模型与GW模型、CEB模型、ZMC模型、KE模型和Li模型五种经典模型进行对比分析,并通过理论分析与数值求解得到干气密封摩擦界面的力学特性及影响因素。结果表明:该模型实现了微凸体在变形全阶段的连续性、光滑性和单调性;接触载荷、接触面积和接触刚度与无量纲接触变形量成正相关;与无量纲表面平均接触距离成负相关,且无量纲表面平均接触距离越小,其粗糙表面发生塑性变形的比重就越大;为使干气密封动环和静环更加可靠平稳地运行,应保证动环和静环的接触面尽量光滑平整,使其无量纲表面平均接触距离控制在2.5以下。

基于混合润滑的结合面法向接触刚度建模

为了研究含油结合面的接触刚度特性,本文采用分形接触理论、连续变形理论和刚度分配模型,建立了微凸体及油膜的接触刚度模型并将其耦合。通过这个模型,分析了材料特性、摩擦因数及润滑介质对法向接触刚度的影响。结果表明接触载荷较小时,油膜刚度占总刚度比重较大。接触载荷较大时,油膜刚度占总刚度比重较小。对比模态试验与有限元结果,考虑摩擦的含油模态试验及有限元分析的固有频率均明显大于无油无摩擦情况。在考虑摩擦和油膜影响后,有限元分析获得的固有频率与试验获得的固有频率最大相对误差为3.85%,表明本文模型能很好地预测结合部的接触特性。

混合润滑结合面法向接触刚度模型研究

在实际工作中,机械结合面一般加入润滑介质来减少磨损,因此将结合面微凸体等效为圆锥微凸体,并基于分形理论和改进的W-M函数建立混合润滑状态下结合面法向接触刚度三维分形模型。对模型进行模拟仿真,仿真结果表明:结合面无量纲法向接触总刚度随着分形维数的增大呈现出先增大后减小的趋势,且在分形维数为2.6附近时取得最大值;随着分形粗糙度参数的增大而减小;随着润滑介质的声阻抗增大而增大;混合润滑状态下结合面无量纲法向接触总刚度大于无润滑介质结合面无量纲法向接触刚度;最后与其他模型和试验数据进行对比,模型与试验数据更契合,验证了模型的正确性。混合润滑粗糙表面法向接触刚度模型的提出,为结合面的刚度预测和机械设备的性能优化以及结构改进提供良好的依据。

考虑域扩展因子的结合面接触刚度分形模型及数值仿真

为了从分形的角度更加准确地研究结合面的接触刚度,基于M-B分形模型和赫兹理论,引入域扩展因子来表征分形维数,分别建立结合面法向和切向接触刚度分形模型。该模型综合考虑了载荷、分形维数以及材料参数等因素的影响。同时,通过数值仿真得到结合面接触刚度与各参数的变化趋势,结合面法向接触刚度与法向载荷的变化趋势相同,与分形特征和长度尺度系数相反,但与分形维数的变化趋势比较复杂,不再具有单调性;结合面切向接触刚度与上述参数引起的变化趋势与法向接触刚度的变化趋势相似。

切入式外圆磨削接触刚度测量与磨削参数优化

在切入式外圆磨削过程中,砂轮与工件的接触刚度很难直接测量,为了解决这一问题,提出了一种定性确定砂轮与工件接触刚度的简化方法,并对磨削参数进行了优化。基于切入式外圆磨削过程动力学模型,推导了磨削过程的传递函数,建立了时间常数与接触刚度的数学模型,以此提出了一种定性确定磨削接触刚度的简化方法;进一步地,通过控制砂轮进给速度和工件转速进行多次试验,根据试验结果,分析了系统时间常数以及磨削力随磨削参数变化的规律,通过回归分析建立接触刚度与磨削参数的关系模型,并在满足加工要求的情况下确定出特定磨削加工过程的砂轮进给速度、工件转速的最佳值。

机械结合面法向接触刚度三维分形理论模型

为了解决以往在结合面上法向接触刚度分形建模理论研究的计算过程中存在的一些问题,所以专门对结合面上单个微凸体的弹性、弹塑性接触变形模型中的法向载荷和刚度的计算过程进行了适当的改进,从而建立了一种考虑弹性、弹塑性和塑性3种变形机理的法向接触刚度模型。通过模型理论预测值与实际测量值的比较可知,所建立的分形模型可以较好地预测法向接触刚度,进一步说明了所建模型的可靠性和精度,也证实了改进算法的可行性。所建模型可以用于相关接触刚度的计算与分析,有助于对结合面的刚度动态特性做进一步的研究。

基于泛形理论机械结合面法向接触刚度的表征

泛形理论是继混沌理论、分形理论及孤立子理论之后新发展出来的一种非线性理论方法。依据激光共聚焦显微镜测试得到的粗糙表面的轮廓形貌,应用计盒法计算了粗糙表面轮廓形貌的泛形复杂度;根据所得结果绘制了度量尺码与测度在双对数坐标下的规律变化图,取线性拟合度最好区域为微凸体尺度自相似区间;最后基于微凸体尺度的上下限参数建立了粗糙表面形貌表征的接触刚度模型。研究表明:在泛形复杂度一定的情况下,结合面法向接触刚度随着法向载荷的增大而增大,二者表现为非线性关系;泛形复杂度越大,结合面法向接触刚度越大。研究结果可为现代高精度机床设计提供理论参考。

混合润滑状态下粗糙界面法向接触刚度计算模型与特性研究

机械装备系统的静态特性和动力学特性取决于系统接触界面法向接触刚度。基于粗糙表面形貌的Greenwood-Williamson统计模型描述与液体润滑界面的油膜共振模型和弹簧模型,推导了机械结构混合润滑粗糙界面固体接触刚度和液体润滑介质接触刚度,并实现粗糙微凸体固体接触刚度与液体润滑介质接触刚度的耦合,提出了一种混合润滑状态下粗糙界面法向接触刚度的计算模型,分析了接触界面形貌参数、润滑介质和接触基体材料属性对界面法向接触刚度的影响规律。结果表明:润滑介质的声阻抗是影响液体接触刚度的主要因素,声阻抗增大时,液体接触刚度减小;接触基体材料的表面形貌和弹性模量是影响固体接触刚度的主要因素,界面粗糙度和弹性模量增大时,固体接触刚度增大。混合润滑粗糙界面接触刚度计算模型的提出,为机械结构润滑接触界面的刚度计算、性能预测与优化提供理论和实验参考。

结合面法向接触刚度分形模型建立与仿真

基于接触分形理论和微接触大小分布函数,建立了计及微接触大小分布的域扩展因子影响的结合面法向接触刚度的分形模型,并通过对所建模型的数字仿真,直观地揭示了结合面法向接触刚度与结合面诸参数之间的非线性关系,探讨了这些相关参数对法向接触刚度的影响规律。研究仿真结果表明,结合面法向接触刚度随着结合面法向载荷的增大而增大,随结合面分形特征长度尺度参数的增大而减小,但随结合面分形维数的变化规律比较复杂。

基于分形几何与接触力学理论的结合面法向接触刚度计算模型

基于分形几何理论和接触力学理论,用分形理论表征粗糙表面微凸体参数,考虑微凸体由弹性变形向弹塑性变形以至最终向完全塑性变形转化的过程,建立各变形阶段微凸体的接触刚度模型。在此基础上,提出机械结合面法向接触刚度计算模型,该模型揭示了在不同的塑性指数下,结合面法向接触载荷与法向接触刚度之间的关系。结果表明,在塑性指数较小时,微凸体的变形以弹性为主,法向接触载荷与接触刚度之间表现为近似线性关系;随着塑性指数的增加,微凸体变形主要以塑性为主,法向接触载荷与接触刚度之间表现为较强非线性关系。对已有的铣削加工和磨削加工情况下的结合面法向接触刚度试验结果,利用该模型进行数值计算、仿真和分析。结果表明:提出的模型更与试验曲线吻合。

考虑弹塑性变形机制的结合面法向接触刚度建模

基于接触分形理论及MB模型,综合考虑弹性接触变形、塑性接触变形和弹塑性接触变形的两个不同阶段,建立了结合面法向接触刚度分形模型;模型的仿真结果表明：弹塑性接触变形机制对结合面法向接触刚度具有重要影响,且考虑了弹塑性接触变形机制的法向接触刚度大于仅考虑弹性和塑性接触变形机制的法向接触刚度;无量纲法向接触刚度随着无量纲法向接触载荷的增大而增大,且因分形维数取值不同而呈较强的非线性关系（分形维数D取1.1~1.4）或近似线性关系（分形维数D取1.4~1.9）;无量纲法向接触刚度随着分形维数的增大而增大（分形维数D取1.1~1.6）及分形维数的增大而减小（分形维数D取1.6~1.9）;无量纲法向接触刚度随着无量纲分形粗糙度的增大而减小,随着塑性指数的增大而增大。实验实例验证了模型的正确性。

结合面切向接触刚度分形模型建立与仿真

基于接触分形理论和微接触面积分布函数,建立了计及微接触面积分布的域扩展因子影响的结合面切向接触刚度分形模型,并通过数字仿真直观揭示了结合面切向接触刚度与结合面诸参数之间的非线性关系以及这些相关参数对切向接触刚度的影响规律。仿真研究结果表明,结合面切向接触刚度随着结合面法向载荷的增大而增大,随结合面切向载荷的增大而减小,随结合面分形特征长度尺度参数的增大而减小,但随结合面分形维数的变化规律比较复杂。