結合面靜態特性基礎特性參數影響因素研究進展

費德尋，王　斌（邵陽學院　機械與能源工程系，湖南　邵陽422000）

結合面靜態特性基礎特性參數影響因素研究進展

費德尋，王斌
（邵陽學院機械與能源工程系，湖南邵陽422000）

機械零部件之間的靜態接觸性能對裝備的靜動態、振動、運動響應等性能有著重要影響。通過對該領域相關文獻的分析和歸納，總結出影響機械結合面靜態特性基礎參數的影響因素和針對各類影響因素的處理方法，為機械動力學的建模和計算提供系統的研究思路。

靜態特性；接觸剛度；工況

0　引言

裝備制造業是一個國家綜合國力和國防實力的重要體現，它對推進經濟結構戰略性調整、產業升級、擴大國內需求、實現經濟可持續發展的戰略至關重要［1］。機械結合面靜態性能對機械裝備的動態特性、抗振性、運動響應敏捷性等性能有重要影響。研究表明，［2-3］機床整機剛度的50%取決于結合面剛度，因此，掌握影響結合面基本特性參數的因素，對進行機械裝備自主創新設計開發人員來說是必不可少的難題。本論文針對機械結合面靜態特性參數理論，對影響結合面靜態特性基本參數的因素進行詳細總結和歸納，并通過對影響因素是否存在連續變化的情況，提出兩種處理方法。

1　結合面靜態特性基礎特性參數影響因素分析

機械結合面靜態特性基礎特性參數影響因素頗多，部分影響因素由于非線性的緣故，到現在都還沒有建立完整的闡述體系。對影響結合面靜態特性基礎特性的影響因素進行分析，是研究結合面靜態特性的基礎，然而基于此建立正確的模型，并得到一些試驗參數數據便是研究結合面靜態特性影響因素的目的。根據影響結合面靜態特性的重要性，可以大致其分為與結構有關的因素、與工況有關的因素和反映結合面固有特性的因素等。

1.1結構類型因素

結合面的結構影響因素是影響結合面靜態特性基礎特性參數因素的組成一部分，一般如結合面的結構類型與尺寸、結合面功能、結合面形狀誤差等這一系列的結構因素都對機床整機結構靜態特性的影響很大，對其結合面功能選擇以及主要結構部件進行性能分析，從而找出結構上的薄弱環節，并在此基礎上進行機床結構的優化設計，是提高整機結構靜態性能的關鍵因素。

1.2結合面固有特性因素

實際機械結構的接觸面中，由于粗糙度和波度的存在使得結合面間的接觸并不是整個面的完全接觸，而是在若干微小平面上的接觸，正是因為這些微小接觸才使得因結合面面壓、材料、加工方法以及表面粗糙度、結合面的介質情況的不同，就使得機械結構在力學性質上不再具有連續性，同時也使得整個機械結構的性能存在不確定性，正因這一問題的存在就直接影響了工業生產中產品的精度和生產效率。

1.3工況相關因素

當兩個粗糙表面受到載荷作用時，在加載初始階段，由于法向載荷較小，兩接觸表面接觸峰點產生彈性變形，結合面法向剛度表現為線性特性；隨著載荷的不斷增大，兩接觸表面間的變形經歷了線性彈性、彈塑性共存、塑性三種變形，這種連續變化使結合面接觸剛度與載荷間表現出由線性向非線性變化。正是因為這種由載荷所引起的非線性原因，因此從工況的角度分析結合面問題，是很有必要的。

2　處理方法

結合面的基礎靜態特性的研究的根本目的就是為了能夠在工程中應用。在工程中應用的時候，就更應該考慮這些影響結合面靜態特性的影響因子。

2.1與結構設計有關的影響因素在設計預測時予以處理

隨著計算機技術和數值解析方法的發展，可以利用有限元程序對復雜的大型零件進行結構解析計算，甚至對組合件、部件以及整臺機床的結構特性也可以進行計算。因此在對影響結合面靜態特性進行處理的時候，可以利用計算機獲得最佳的設計預測效果并進行相應的處理。

2.2反映結合面固有特性的因素以及結合面靜態基礎特性參數數據來體現

由于結合面的影響因素眾多，結合形式多種多樣，因此在分析時不可能考慮到所有的影響因素。一般在處理結合面固有特性的影響因素時候都是通過直觀基礎特性參數數據來顯示，給人直觀地表示。

3　發展與趨勢

結合面的靜態特性的研究較多，到現在可以認為有些許成就，但是當前的研究在系統性、普遍性、實用性等方面還存在不足。研究不足及未來的發展趨勢主要表現在：

（1）結合面準確的模型待建立。結合面靜態特性的影響因素眾多，當前國內外集中研究和建立的結合面模型也只是針對部分的影響因素而建立的模型，雖然有部分學者考慮了幾種因素但是由于結合面屬于柔性結合部以及它的非線性，使得在研究和分析的時候對模型過于簡化，使得有時候模型建模不準確，影響了實驗結果了，因此將來需要在研究各類影響因素基礎上建立高精度的結合面綜合模型。

（2）面向不同類型的機械結構的研究進展緩慢：當前的機械只要存在著靠某種形式連接起來的機械零部件就會存在著結合面，正是由于結合面的普遍存在，國內外研究人員在考慮結合面的靜態特性的影響因素時候，往往只是相對于某種特殊或普遍的機械結構而已，并沒有廣泛地普及性，由此，在根于結合面的普遍性，探索普遍適用的各類機械結構結合面的模型及控制方法更能滿足產業需求。

［1］國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定［D］.國發［2010］32號，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

費德尋（1991-），男，云南宣威人，本科在讀，研究方向：機械與能源。