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”。也就是說界面研究所涉及的空間尺度超過了當(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)來看，界面可分為二類，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)稱滑動(dòng)界面。長(zhǎng)期以來國(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，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表面無摩擦。材料在加工和使用過程中，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，稱為變形。外力去除后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形，不能夠恢復(fù)的變形稱為塑性變形。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摩擦界面。摩擦接觸問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題的復(fù)雜性，使得此問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%以內(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)線性彈簧單元來模擬，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)偠染仃嚒Ａ硗饷珜捗竦萚17]考慮滾珠直線導(dǎo)軌的波紋度，當(dāng)角位移民，?和艮值很小時(shí)，假設(shè)cos& «見，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-面接觸形式來模擬導(dǎo)軌的動(dòng)、靜力學(xué)特性的研究并不多見。目前滑動(dòng)界面基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)有限，沒文本框: (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，工程上還沒一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)滑動(dòng)試驗(yàn)樣件，用于第三方來檢驗(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)瀏覽可能無法正常使用！結(jié)束語： (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)別無阻尼自然頻率與無阻尼自然角頻率。在第4節(jié)中以無阻尼自然角頻率(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！