粗糙表面接觸動力學(xué)特性的微觀構(gòu)造特征測試研究.pdf

1、機械系統(tǒng)是由零部件按照一定的技術(shù)要求裝配而成的，零部件相互接觸的表面稱為機械結(jié)合面，簡稱“結(jié)合面”。從微觀尺度看，零部件表面是由許多形狀、高度及分布不同的微凸體構(gòu)成的凹凸不平的表面，這樣形成的結(jié)合面在動載荷作用下表現(xiàn)出既有剛度又有阻尼的復(fù)雜動力學(xué)特性。機械系統(tǒng)的動態(tài)精度與性能直接受結(jié)合面動力學(xué)特性的影響，掌握結(jié)合面動力學(xué)特性對整機動態(tài)特性分析及優(yōu)化設(shè)計有著重要意義。但是，由于結(jié)合面之間的接觸問題是復(fù)雜的跨尺度幾何物理問題，結(jié)合面動力學(xué)特

2、性的微觀構(gòu)造特征至今未尚未掌握，因而無法對結(jié)合面動力學(xué)特性參數(shù)進行解析求解。本文主要從微觀角度研究粗糙表面接觸動力學(xué)特性的構(gòu)造特征測試技術(shù)，主要工作如下:
　　(1)基于經(jīng)典的赫茲接觸理論，研究隨機粗糙表面接觸過程，分析粗糙表面接觸過程中接觸載荷與結(jié)合面接觸趨近距離之間的關(guān)系，并分析表面粗糙度和接觸載荷對真實接觸面積和接觸應(yīng)力的影響。
　　(2)基于菲涅爾衍射積分理論，利用數(shù)字全息技術(shù)記錄和再現(xiàn)技術(shù)，搭建測量粗糙表面微觀形貌

3、的數(shù)字全息測量系統(tǒng)，對后續(xù)激光聲表面波波速和結(jié)合面動力學(xué)特性測試所用試塊的表面形貌進行測量。
　　(3)討論激光超聲激發(fā)機制，將激光超聲傳輸理論和固體聲彈效應(yīng)相結(jié)合，搭建用于測量激光聲表面波波速的測試系統(tǒng)，通過測量聲表面波傳播速度來反映結(jié)合面接觸應(yīng)力的變化。得出結(jié)論:結(jié)合面接觸應(yīng)力隨面壓增大而增大且為非線性關(guān)系;結(jié)合面表面粗糙度越大，接觸應(yīng)力相對較大。
　　(4)設(shè)計并制作了粗糙表面法向動力學(xué)特性參數(shù)測試傳感器，對不同接觸狀

4、態(tài)下的結(jié)合面法向動態(tài)剛度和阻尼進行測量，建立了以名義接觸面積、接觸面壓和表面粗糙度為參變量的法向剛度和阻尼計算模型。得出結(jié)論:對于結(jié)合面單位面積法向動剛度和阻尼，面壓和結(jié)合面積的影響幅度比較接近，而表面粗糙度的影響幅度弱于面壓和結(jié)合面積;單位面積法向動剛度與面壓成正相關(guān)，與結(jié)合面積和表面粗糙度成負相關(guān);單位面積法向阻尼與面壓和結(jié)合面積成正相關(guān)，與表面粗糙度成負相關(guān)。
　　(5)將建立的結(jié)合面法向動力學(xué)特性參數(shù)模型應(yīng)用于KVCN10