2017年5月23日 加工中心地腳低速滑動(dòng)界面法向剛度分形模型及試驗(yàn) 海天精工 加工中心 鉆攻中心前言：界面的通常意義是指由2種材料形成的邊界層,，一般的界面力學(xué)考慮的界面是固體和固體形成的邊界層[1]，界面主要描述2個(gè)固體接觸之后的力學(xué)行為。表面是指2個(gè)固體接觸時(shí)的公共輪廓,，主要描述2個(gè)固體接觸之前的力學(xué)參數(shù),，如表面的彈性模量與泊松比等,。早在1915年,，著名化學(xué)家WOLFGANG就提出界面科學(xué)研究的必要性，他認(rèn)為界面是“被忽略尺度的世界”,。也就是說(shuō)界面研究所涉及的空間尺度超過(guò)了當(dāng)今科學(xué)研究的尺度范圍,即微觀尺度的原子,、分子或者宏觀尺度的體相物質(zhì)。界面科學(xué)是機(jī)械學(xué)領(lǐng)域中具有較大學(xué)科深度與難度的課題,，也是現(xiàn)代機(jī)械工程學(xué)科的研究前沿和重大科學(xué)問(wèn)題之一,，具有科學(xué)研究的意義和工程實(shí)用價(jià)值。由于長(zhǎng)期以來(lái)人們忽視了該領(lǐng)域的研究,，使得界面科學(xué)的發(fā)展迄今還不十分完善,。實(shí)踐中人們認(rèn)識(shí)到，機(jī)械零部件的表面品質(zhì)和界面行為是影響機(jī)械零件性能,，諸如接觸疲勞強(qiáng)度,、摩擦功耗、磨損壽命和抗腐蝕能力等至關(guān)重要的因素。又如,，機(jī)械裝備的動(dòng)態(tài)性能以及振動(dòng)和噪聲也在很大程度上取決于各個(gè)接觸界面的剛度和界面阻尼特性[2],。從是否滑動(dòng)來(lái)看，界面可分為二類(lèi),，即固定界面和滑動(dòng)界面,。滑動(dòng)界面是指相互連接的2個(gè)零部件之間在工作狀態(tài)時(shí)存在宏觀相對(duì)滑動(dòng)的界面,。本文討論2個(gè)零部件之間的接觸,，故滑動(dòng)接觸界面簡(jiǎn)稱(chēng)滑動(dòng)界面。長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)外科技工作者對(duì)此進(jìn)行了許多研究工作,。(1) 固定界面的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析,。張學(xué)良等基于粗糙表面接觸分形理論，首次提出了界面法向接觸剛度分形模型[3]和切向接觸剛度分形模型[4],，通過(guò)數(shù)字仿真研究發(fā)現(xiàn)分形維數(shù)的增大及特征長(zhǎng)度的減小都會(huì)引起法向接觸剛度,、切向接觸剛度的增大。在把分形理論如何適當(dāng)運(yùn)用于機(jī)械裝備方面張學(xué)良是領(lǐng)導(dǎo)者,。田紅亮等>7]將赫茲接觸與分形理論有機(jī)地聯(lián)系起來(lái),，提出了改進(jìn)的法向接觸剛度分形模型，此外還結(jié)合分形接觸與有限元思想,，提出虛擬材料法建立了加工中心固定界面的模型,。MAO等[8]考慮界面自由度耦合，聯(lián)合動(dòng)力學(xué)參數(shù)與實(shí)測(cè)頻率響應(yīng)函數(shù),，辨識(shí)了栓接界面動(dòng)態(tài)特征參數(shù),。Hertz接觸模型是在以下3個(gè)假設(shè)條件下得到的：①兩接觸表面非同曲；②接近接觸區(qū)時(shí),，每個(gè)固體都視為半空間彈性體,；③表面無(wú)摩擦。材料在加工和使用過(guò)程中,，總要受到外力作用。材料受外力作用時(shí)所表現(xiàn)的性能稱(chēng)為力學(xué)性能,，如強(qiáng)度,、塑性、硬度,、韌性及疲勞強(qiáng)度等,。材料在外力作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱(chēng)為變形,。外力去除后能夠恢復(fù)的變形稱(chēng)為彈性變形,，不能夠恢復(fù)的變形稱(chēng)為塑性變形。微凸體變形包括彈性變形與塑性變形，因此根據(jù)Hertz接觸模型的第2個(gè)假設(shè),，Hertz接觸模型沒(méi)有考慮塑性變形,，但Hertz接觸模型的基本彈性方程依然適用于實(shí)際工程。根據(jù)Hertz接觸模型的第3個(gè)假設(shè),，Hertz接觸模型沒(méi)有考慮摩擦,。上述文獻(xiàn)存在一個(gè)共性瑕疵：皆以赫茲彈性理論為基礎(chǔ)，由于大多數(shù)的物體的表面是加工制造而成,，由于加工方法的不同,，物體表面或多或少都會(huì)產(chǎn)生表面公差、波紋度和粗糙度,，因此2個(gè)物體接觸后所形成的界面不可能是絕對(duì)光滑的,，赫茲彈性理論局限于無(wú)摩擦界面。摩擦接觸問(wèn)題的研究一直是科研人員與工程師們感興趣的研究領(lǐng)域,，且人們主要使用了數(shù)值計(jì)算方法中的有限元法和邊界元法進(jìn)行研究,。然而由于有摩擦界面問(wèn)題的復(fù)雜性，使得此問(wèn)題至今仍未得到很好的解決,。(2) 滑動(dòng)界面的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析,。CHLEBUS等[9]用界面特性參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)及一組變橫截面桿單元模擬界面的法向和切向特征，利用商業(yè)有限元軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模,，并對(duì)加工中心導(dǎo)軌界面進(jìn)行有限元建模與特性分析計(jì)算,，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)誤差在15%以?xún)?nèi)。MI等[1°]在對(duì)加工中心導(dǎo)軌部件進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,，提出了一種將模態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與有限元分析模型相集成的導(dǎo)軌結(jié)合部動(dòng)力學(xué)參數(shù)的優(yōu)化識(shí)別方法,。WU等[11~]對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌的建模采用有限元法，將導(dǎo)軌同滑塊之間的連接等效為若干彈簧-阻尼單元,。OHTA等[13_15]在考慮導(dǎo)軌同滑塊連接的具體結(jié)構(gòu)形式,，每一個(gè)滾珠都用一個(gè)線(xiàn)性彈簧單元來(lái)模擬，其在建模方式上與宏觀建模方式相比有了一定程度的進(jìn)步,，其建模方式相當(dāng)于將滾珠同滑塊之間的連接視為點(diǎn)-點(diǎn)接觸,，而實(shí)際滾珠同凹槽之間是一種面-面接觸。毛寬民等[16]根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副滑動(dòng)界面的柔度系數(shù),，推導(dǎo)出界面單元?jiǎng)偠染仃?。另外毛寬民等[17]考慮滾珠直線(xiàn)導(dǎo)軌的波紋度，當(dāng)角位移民,，?和艮值很小時(shí),，假設(shè)cos& «見(jiàn)，cos0v « 6^ , cos0__ « (正確表達(dá)式應(yīng)為 cos0x «1,，COS' ,，COS& »1)推導(dǎo)滾珠與滑塊接觸點(diǎn)處曲率中心位置向量的變換矩陣,，進(jìn)而獲得其位移與頻譜。只有以面-面接觸的建模方法來(lái)描述滾珠同溝槽的接觸行為,，才能更加精準(zhǔn)地創(chuàng)建直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌的力學(xué)模型,。但是由于計(jì)算的復(fù)雜性，目前完全考慮滾珠面-面接觸形式來(lái)模擬導(dǎo)軌的動(dòng),、靜力學(xué)特性的研究并不多見(jiàn),。目前滑動(dòng)界面基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)有限，沒(méi)文本框: (2)文本框: (3)文本框: 7C有形成一個(gè)團(tuán)體性的數(shù)據(jù)庫(kù),，只存在于部分研究機(jī)構(gòu),，并且其適用范圍還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證，工程上還沒(méi)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)滑動(dòng)試驗(yàn)樣件,，用于第三方來(lái)檢驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的有效性,。同時(shí)如何將滑動(dòng)界面的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)模型耦合到結(jié)構(gòu)件的有限元模型中，預(yù)測(cè),、評(píng)價(jià)和驗(yàn)證工程實(shí)際中整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性,，是目前面臨的重要難題。海天精工 備注：為保證文章的完整度,，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示,，如未有顯示請(qǐng)刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試，手機(jī)瀏覽可能無(wú)法正常使用,！結(jié)束語(yǔ)： (1) 微凸體臨界平均壓強(qiáng)隨著動(dòng)摩擦因數(shù)的增加而變小,。分形區(qū)域擴(kuò)展因數(shù)隨著分形維數(shù)的增加而減小。微凸體******結(jié)合面積隨著分形維數(shù)的增加而線(xiàn)性減小,。(2) 法向接觸剛度隨著動(dòng)摩擦因數(shù),、面積比、特征長(zhǎng)度的增加而哀減,。法向接觸剛度隨著分形維數(shù),、接觸面積的比率、法向接觸載荷,、微凸體******結(jié)合面積的增加而增加,。(3) 從有限元模擬的對(duì)比能夠看出，計(jì)及界面參數(shù)的模型得到的動(dòng)柔度,、法向接觸剛度數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)十分靠近,，分別間接與直接地證明本文低速滑動(dòng)界面法向參數(shù)辨識(shí)的精度。(4) 區(qū)別無(wú)阻尼自然頻率與無(wú)阻尼自然角頻率,。在第4節(jié)中以無(wú)阻尼自然角頻率(〇為自變量，推導(dǎo)界面的功率譜密度函數(shù),，所得一系列中間結(jié)果,、最終結(jié)果與現(xiàn)有文獻(xiàn)不同,。在有阻尼狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)，在接觸問(wèn)題中,，通常認(rèn)為阻尼最重要,。已知阻尼比c，可獲得有阻尼自然角頻率®d=75"^®,。本文求解的是以《為自變量的功率譜密度函數(shù),，給出了識(shí)別界面分形維數(shù)、特征長(zhǎng)度的理論與試驗(yàn)辦法,。以《為自變量的結(jié)構(gòu)函數(shù)的修正計(jì)算是后續(xù)重點(diǎn)研發(fā)的內(nèi)容,。海天精工是一家集銷(xiāo)售、應(yīng)用及服務(wù)于一體的公司,。產(chǎn)品包括：CNC加工中心,、鉆攻中心、龍門(mén)加工中心,、雕銑機(jī),、石墨機(jī)、五軸加工中心,、立式加工中心,、臥式加工中心等。我們機(jī)床的生產(chǎn)工廠設(shè)在廣東省寧波市,，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口,，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心,、盡力,、盡意的服務(wù)！聲明：本站文章均來(lái)自網(wǎng)絡(luò),，所有內(nèi)容不代表本站觀點(diǎn),，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任！ ? 上一篇 加工中心滑枕鑄造工藝數(shù)值模擬與優(yōu)化下一篇 ? 大型軋輥深孔加工中心設(shè)計(jì)