结合面静态特性基础特性参数影响因素研究进展

费德寻，王　斌（邵阳学院　机械与能源工程系，湖南　邵阳422000）

结合面静态特性基础特性参数影响因素研究进展

费德寻，王斌
（邵阳学院机械与能源工程系，湖南邵阳422000）

机械零部件之间的静态接触性能对装备的静动态、振动、运动响应等性能有着重要影响。通过对该领域相关文献的分析和归纳，总结出影响机械结合面静态特性基础参数的影响因素和针对各类影响因素的处理方法，为机械动力学的建模和计算提供系统的研究思路。

静态特性；接触刚度；工况

0　引言

装备制造业是一个国家综合国力和国防实力的重要体现，它对推进经济结构战略性调整、产业升级、扩大国内需求、实现经济可持续发展的战略至关重要［1］。机械结合面静态性能对机械装备的动态特性、抗振性、运动响应敏捷性等性能有重要影响。研究表明，［2-3］机床整机刚度的50%取决于结合面刚度，因此，掌握影响结合面基本特性参数的因素，对进行机械装备自主创新设计开发人员来说是必不可少的难题。本论文针对机械结合面静态特性参数理论，对影响结合面静态特性基本参数的因素进行详细总结和归纳，并通过对影响因素是否存在连续变化的情况，提出两种处理方法。

1　结合面静态特性基础特性参数影响因素分析

机械结合面静态特性基础特性参数影响因素颇多，部分影响因素由于非线性的缘故，到现在都还没有建立完整的阐述体系。对影响结合面静态特性基础特性的影响因素进行分析，是研究结合面静态特性的基础，然而基于此建立正确的模型，并得到一些试验参数数据便是研究结合面静态特性影响因素的目的。根据影响结合面静态特性的重要性，可以大致其分为与结构有关的因素、与工况有关的因素和反映结合面固有特性的因素等。

1.1结构类型因素

结合面的结构影响因素是影响结合面静态特性基础特性参数因素的组成一部分，一般如结合面的结构类型与尺寸、结合面功能、结合面形状误差等这一系列的结构因素都对机床整机结构静态特性的影响很大，对其结合面功能选择以及主要结构部件进行性能分析，从而找出结构上的薄弱环节，并在此基础上进行机床结构的优化设计，是提高整机结构静态性能的关键因素。

1.2结合面固有特性因素

实际机械结构的接触面中，由于粗糙度和波度的存在使得结合面间的接触并不是整个面的完全接触，而是在若干微小平面上的接触，正是因为这些微小接触才使得因结合面面压、材料、加工方法以及表面粗糙度、结合面的介质情况的不同，就使得机械结构在力学性质上不再具有连续性，同时也使得整个机械结构的性能存在不确定性，正因这一问题的存在就直接影响了工业生产中产品的精度和生产效率。

1.3工况相关因素

当两个粗糙表面受到载荷作用时，在加载初始阶段，由于法向载荷较小，两接触表面接触峰点产生弹性变形，结合面法向刚度表现为线性特性；随着载荷的不断增大，两接触表面间的变形经历了线性弹性、弹塑性共存、塑性三种变形，这种连续变化使结合面接触刚度与载荷间表现出由线性向非线性变化。正是因为这种由载荷所引起的非线性原因，因此从工况的角度分析结合面问题，是很有必要的。

2　处理方法

结合面的基础静态特性的研究的根本目的就是为了能够在工程中应用。在工程中应用的时候，就更应该考虑这些影响结合面静态特性的影响因子。

2.1与结构设计有关的影响因素在设计预测时予以处理

随着计算机技术和数值解析方法的发展，可以利用有限元程序对复杂的大型零件进行结构解析计算，甚至对组合件、部件以及整台机床的结构特性也可以进行计算。因此在对影响结合面静态特性进行处理的时候，可以利用计算机获得最佳的设计预测效果并进行相应的处理。

2.2反映结合面固有特性的因素以及结合面静态基础特性参数数据来体现

由于结合面的影响因素众多，结合形式多种多样，因此在分析时不可能考虑到所有的影响因素。一般在处理结合面固有特性的影响因素时候都是通过直观基础特性参数数据来显示，给人直观地表示。

3　发展与趋势

结合面的静态特性的研究较多，到现在可以认为有些许成就，但是当前的研究在系统性、普遍性、实用性等方面还存在不足。研究不足及未来的发展趋势主要表现在：

（1）结合面准确的模型待建立。结合面静态特性的影响因素众多，当前国内外集中研究和建立的结合面模型也只是针对部分的影响因素而建立的模型，虽然有部分学者考虑了几种因素但是由于结合面属于柔性结合部以及它的非线性，使得在研究和分析的时候对模型过于简化，使得有时候模型建模不准确，影响了实验结果了，因此将来需要在研究各类影响因素基础上建立高精度的结合面综合模型。

（2）面向不同类型的机械结构的研究进展缓慢：当前的机械只要存在着靠某种形式连接起来的机械零部件就会存在着结合面，正是由于结合面的普遍存在，国内外研究人员在考虑结合面的静态特性的影响因素时候，往往只是相对于某种特殊或普遍的机械结构而已，并没有广泛地普及性，由此，在根于结合面的普遍性，探索普遍适用的各类机械结构结合面的模型及控制方法更能满足产业需求。

［1］国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定［D］.国发［2010］32号，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

费德寻（1991-），男，云南宣威人，本科在读，研究方向：机械与能源。