過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)的理論及試驗研究.pdf

1、本文開展的“過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)的理論及試驗研究”，是在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目(863項目)(No.2006AA042101)和國家科技支撐計劃項(No2007BAF21801)的支持的資助下，從大連重工·起重集團減速機廠風(fēng)機設(shè)備的工程實際背景出發(fā)，從理論和試驗的角度對過盈聯(lián)接的摩擦系數(shù)進行分析研究，為風(fēng)機等大型工程設(shè)備的性能特征信息獲取和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計奠定基礎(chǔ)。 過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)作為一個表面接觸摩擦特性的表征參數(shù)，在理論和試驗研

2、究方面均需要開展大量的研究工作，本文采用數(shù)值分析方法首先從理論上對過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)進行研究分析，利用過盈聯(lián)接的有限元接觸模型分析計算各影響因素的影響程度，然后采用試驗的方法測量過盈聯(lián)接試件的承載扭矩，間接計算并驗證摩擦系數(shù)，最后通過正交表分析摩擦系數(shù)的影響因素?；谶@些研究目的，本文研究內(nèi)容包括： 1.建立過盈聯(lián)接的接觸分析模型，分析過盈量、長短軸比值與最大承載扭矩、摩擦系數(shù)之間的關(guān)系，基于有限元方法計算分析對摩擦系數(shù)有影響的過

3、盈量、錐度、表面粗糙度等因素的影響程度。數(shù)值分析部分具體包括： (1)基于曲面模型建立了摩擦系數(shù)求解模型，得到摩擦系數(shù)的解析表達式； (2)基于軟件分析，研究過盈聯(lián)接的過盈量、錐度、表面粗糙度等因素對接觸應(yīng)力的影響程度，并獲得一組比較完整的計算結(jié)果； (3)建立了過盈聯(lián)接的接觸應(yīng)力分析模型，對過盈聯(lián)接摩擦特性的影響因素進行深入研究，基于面—面接觸進行接觸應(yīng)力分析，進而獲得摩擦力和摩擦力矩的情況； (4)建

4、立了采用過盈聯(lián)接中兩個零件的體積變形量(稱之為“過盈體積”)來描述實際過盈效果的理論方法，基于重構(gòu)接觸曲面的數(shù)學(xué)理論，分析、計算過盈體積，從而研究過盈體積與過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)之間的關(guān)系。 2.設(shè)計正交試驗方案，通過數(shù)據(jù)分析、計算獲得摩擦系數(shù)，具體內(nèi)容包括： (1)進行過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)測試系統(tǒng)方案設(shè)計以及其正交試驗方案設(shè)計。在分析確定試驗所需要的測量參數(shù)的基礎(chǔ)上，由于摩擦系數(shù)的影響因素較多，提出設(shè)計正交試驗的測試設(shè)計思路，以

5、此來確定各因素對摩擦系數(shù)的影響。按照設(shè)計的正交表，設(shè)計每個試件的詳細尺寸； (2)完成對具體試件的測量、計算與裝配。對加工的試件進行表面粗糙度測量和錐面輪廓測量，擬合得到過盈聯(lián)接的配合尺寸。為保證測量數(shù)據(jù)能真實反映零件表面狀況，進行了粗大誤差的剔除。利用軟件的優(yōu)化工具箱，采用自適應(yīng)圓錐的方法進行圓錐擬合，為使優(yōu)化結(jié)果達到最優(yōu)，通過多步擬合得到了較優(yōu)的初始點并采用序列二次規(guī)劃的算法進行求解。根據(jù)計算結(jié)果，采用縮脹法進行試件裝配：

6、 (3)通過扭轉(zhuǎn)試驗得到每個試件的失效扭矩。為保證試驗結(jié)果真實有效，試驗前對試驗臺進行標(biāo)定，試驗時記錄每個試件的扭矩和時間，繪制曲線確定失效扭矩。為了解決某些試件超出試驗臺扭距量程的問題，專門設(shè)計并制造了大量程扭距試驗臺； (4)基于零件表面的測量數(shù)據(jù)進行接觸曲面重構(gòu)，將重構(gòu)的接觸曲面轉(zhuǎn)換成為結(jié)點形式，使用有限元分析軟件進行靜力分析，獲得每個接觸結(jié)點的外力，然后通過外力和力臂的累加計算獲得接觸面平均摩擦系數(shù)。 (5

7、)實際裝配對原有因素的各個水平產(chǎn)生了影響，為了滿足試驗的正交性，必須重構(gòu)正交表。通過分析重構(gòu)的正交表得到了各因素對摩擦系數(shù)的影響程度。經(jīng)過計算極差和剔除誤差等操作，得到摩擦系數(shù)的經(jīng)驗公式。 3.對理論和試驗研究的過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)進行對比分析和聯(lián)合求證，一方面完善過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)的計算方法和過程，另一方面從試驗和理論角度給出了可以用于風(fēng)機等大型設(shè)備的過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)具體推薦值。 本文開展對過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)的研究，在理論上將