机械结合面动态特性的摩擦学问题

1、机械结合面动态特性中摩擦学问题机械结合面动态特性中摩擦学问题PPT模板下载： 行业PPT模板： 节日PPT模板： PPT素材下载： PPT图表下载： 优秀PPT下载： PPT教程： Word教程： Excel教程： 资料下载： PPT课件下载： 范文下载： 试卷下载： 教案下载： PPT论坛： 目录CONTENTS0 1结合面的概念结合面的概念0 2粗糙表面形貌特征及其定量话描述粗糙表面形貌特征及其定量话描述0 3 机械结合面接触刚度分型模型机械结合面接触刚度分型模型结合面的概念结合面的概念 众所周知，机床乃至各类机械，为了满足各种功能、性能和加众所周知，机床乃至各类机械，为了满足各种功能、性

2、能和加工的要求以及运输上的方便，一般都不是一个连续的整体，而是工的要求以及运输上的方便，一般都不是一个连续的整体，而是由各种零件按照一定的具体要求组合起来的。称零件、组件、部由各种零件按照一定的具体要求组合起来的。称零件、组件、部件之间的相互接触的表面为件之间的相互接触的表面为“机械结合面机械结合面”，简称，简称“结合面结合面”，或称或称“接触面接触面”。 从运动来看，结合面分为三类，即固定结合面、半固定结合面从运动来看，结合面分为三类，即固定结合面、半固定结合面和运动结合面。和运动结合面。 固定结合面是最为普遍的一种结合面，他主要起固定连接和支固定结合面是最为普遍的一种结合面，他主要起固定连

3、接和支撑作用。运动结合面是指相互连接的两个零部件之间在工作状态撑作用。运动结合面是指相互连接的两个零部件之间在工作状态时存在宏观相对运动的结合面。而半固定结合面则是指有时固定，时存在宏观相对运动的结合面。而半固定结合面则是指有时固定，有时会出现相对运动的结合面，如摩擦离合器的连接与接触等。有时会出现相对运动的结合面，如摩擦离合器的连接与接触等。结合面的概念结合面的概念 按照结合面的机构形状，结合面又分为平面结合和曲面结合。按照结合面的机构形状，结合面又分为平面结合和曲面结合。 机床结构中的箱体与床身的连接面，机架与机座的连接面；圆机床结构中的箱体与床身的连接面，机架与机座的连接面；圆柱形的固定

4、连接面，圆柱销的连接面，铆钉的连接面；锥面连接柱形的固定连接面，圆柱销的连接面，铆钉的连接面；锥面连接面，包括楔形连接面和圆锥形连接面等，都属于固定结合面。重面，包括楔形连接面和圆锥形连接面等，都属于固定结合面。重要的固定结合面还有螺纹连接面，包括螺栓与机件的连接以及螺要的固定结合面还有螺纹连接面，包括螺栓与机件的连接以及螺杆与螺母的连接这样两种连接面。焊接的连接面也是一种固定的杆与螺母的连接这样两种连接面。焊接的连接面也是一种固定的结合面。结合面。 运动结合面中嘴普通的是滑动导轨和滚动导轨的连接面、轴承运动结合面中嘴普通的是滑动导轨和滚动导轨的连接面、轴承的连接面、丝杠与螺母或其他产生直线位

5、移与角位移的运动机构的连接面、丝杠与螺母或其他产生直线位移与角位移的运动机构的连接面，齿轮轮齿的啮合面等等也都属于运动结合面。的连接面，齿轮轮齿的啮合面等等也都属于运动结合面。机械结合面例子如下图：机械结合面例子如下图：结合面的概念结合面的概念 粗糙表面的形貌特征及其定量化描述粗糙表面的形貌特征及其定量化描述 1. 1.金属加工表面的性质及其形貌特征金属加工表面的性质及其形貌特征 表面形貌是指物体表面的几何结构。机械设备的功能，诸如磨表面形貌是指物体表面的几何结构。机械设备的功能，诸如磨损、润滑状态、摩擦、震动噪声、疲劳、密封、配合性质、涂层损、润滑状态、摩擦、震动噪声、疲劳、密封、配合性质、

6、涂层质量、腐蚀、导电性、反射性质等等都与表面形貌有关，另外，质量、腐蚀、导电性、反射性质等等都与表面形貌有关，另外，其动静特性也与其有何大关系。广义来说，表面形貌包括粗糙度、其动静特性也与其有何大关系。广义来说，表面形貌包括粗糙度、波度、形状误差和纹理四个方面。它应用于接触问题，主要研究波度、形状误差和纹理四个方面。它应用于接触问题，主要研究微米量级范围的结合结构对接触刚度、接触阻尼特性的影响。微米量级范围的结合结构对接触刚度、接触阻尼特性的影响。1.1.金属加工表面的性质及其形貌特性金属加工表面的性质及其形貌特性技术结构表面有一层冷作加工硬化微晶质结构组织技术结构表面有一层冷作加工硬化微晶质

7、结构组织-毕氏层。它毕氏层。它是由于机械加工分子熔化和表面流动，骤然冷却所形成的。这一是由于机械加工分子熔化和表面流动，骤然冷却所形成的。这一基本结构通常被周围环境中沉积的尘粒和分子覆盖。表面氧化层基本结构通常被周围环境中沉积的尘粒和分子覆盖。表面氧化层是由于接触大气说形成的，他的机构比较复杂，根据氧与金属接是由于接触大气说形成的，他的机构比较复杂，根据氧与金属接粗糙表面的形貌特征及其定量化描述粗糙表面的形貌特征及其定量化描述触的程度大致在表面是二氧化三铁，中间是四氧化三铁，最里是触的程度大致在表面是二氧化三铁，中间是四氧化三铁，最里是一氧化铁。一氧化铁。粗糙表面的形貌特征及其定量化描述粗糙表

8、面的形貌特征及其定量化描述2.2.表面形貌特征的定量化描述表面形貌特征的定量化描述量化参数：量化参数：1 1）. .测量长度测量长度2 2）. .基准线基准线3 3）. .截取波长截取波长4 4）. .一位形貌参数一位形貌参数5 5）. .轮廓高度函数及概率密度函数轮廓高度函数及概率密度函数6 6）. .波峰、波谷、斜率和曲率波峰、波谷、斜率和曲率7 7）. .二维形貌二维形貌8 8）. .功率谱密度功率谱密度9 9）. .波纹度参数波纹度参数LxZL/)(20）（)m(21exp212zz）（机械结合面接触刚度分型模型机械结合面接触刚度分型模型 表面形貌对摩擦、磨损、润滑以及接触变形特征都有

9、重要影响，表面形貌对摩擦、磨损、润滑以及接触变形特征都有重要影响，因此对表面形貌的研究收到人们的广泛关注。表面接触理论是发因此对表面形貌的研究收到人们的广泛关注。表面接触理论是发展摩檫学理论的一个重要出发点。基于分型几何理论的粗糙表面展摩檫学理论的一个重要出发点。基于分型几何理论的粗糙表面的分型特征以及接触分型模型，首先是从摩擦学研究理论触发予的分型特征以及接触分型模型，首先是从摩擦学研究理论触发予以提出并得以发展的。以提出并得以发展的。1.1.粗糙表面的自仿射分型特征及其数学表征粗糙表面的自仿射分型特征及其数学表征1 1）. .分型维数的基本概念分型维数的基本概念简单的说，分型是许多与整体相

10、似的局部团组成的一种图形，将简单的说，分型是许多与整体相似的局部团组成的一种图形，将这种图形称为分型集，其形成过程具有一定的随机性。所谓分形这种图形称为分型集，其形成过程具有一定的随机性。所谓分形维数，可以理解为使分形集测度相似与尺度相似成正比的幂指数，维数，可以理解为使分形集测度相似与尺度相似成正比的幂指数，这种幂指数可以是整数或者是分数。这种幂指数可以是整数或者是分数。2 2）. .粗糙表面轮廓线的分形特性粗糙表面轮廓线的分形特性机械结合面接触刚度分型模型机械结合面接触刚度分型模型 自然海岸线的特点是将小尺度下的粗糙度在所有方向放大相自然海岸线的特点是将小尺度下的粗糙度在所有方向放大相同倍

11、数后，其概率分布与大尺度下一只，这种曲线具有统计自相同倍数后，其概率分布与大尺度下一只，这种曲线具有统计自相似特性。对于统计自相似分形曲线，分维似特性。对于统计自相似分形曲线，分维D D可以通过长度与尺度的可以通过长度与尺度的关系式求出相似维数。但是，大多数实际曲线并不是具有统计自关系式求出相似维数。但是，大多数实际曲线并不是具有统计自相似特性，而是具有统计自仿射特性，即要使较小尺度下的概率相似特性，而是具有统计自仿射特性，即要使较小尺度下的概率分布与较大尺度下的一致，就必须在不同方向上放大不同的倍数。分布与较大尺度下的一致，就必须在不同方向上放大不同的倍数。典型的例子是分子布朗运动曲线。对于

12、统计自仿射曲线，典型的例子是分子布朗运动曲线。对于统计自仿射曲线，关系不成立，曲线的长度不再提供分维关系不成立，曲线的长度不再提供分维D D的信息，即相似维数对于的信息，即相似维数对于统计自仿射曲线无效，这时统计自仿射曲线无效，这时HausdorffHausdorff维数、盒维数盒质量维数等维数、盒维数盒质量维数等的计算也很困难。因此要方便的计算统计自仿射曲线的分维的计算也很困难。因此要方便的计算统计自仿射曲线的分维D D，就，就必须采用特殊方法。必须采用特殊方法。)1(DL机械结合面接触刚度分型模型机械结合面接触刚度分型模型 3 3）. .表面微观形貌分形特征的数学表征表面微观形貌分形特征的

13、数学表征若设一各向同性粗糙表面的分维为若设一各向同性粗糙表面的分维为 ，则沿着任意方向垂直街，则沿着任意方向垂直街区该粗糙表面得到的轮廓曲线的分维区该粗糙表面得到的轮廓曲线的分维D D满足满足粗糙表面具有随机、多尺度和无序性。折冲粗糙轮廓的数学特征粗糙表面具有随机、多尺度和无序性。折冲粗糙轮廓的数学特征是：处处连续不可微，且具有统计自仿射特性。不可微是由于轮是：处处连续不可微，且具有统计自仿射特性。不可微是由于轮廓被反复放大时越来越多的细节会出现，在任一点都不可能做出廓被反复放大时越来越多的细节会出现，在任一点都不可能做出其切线的缘故。统计自仿射是指在不同放大倍数下轮廓表面具有其切线的缘故。统

14、计自仿射是指在不同放大倍数下轮廓表面具有相似性。相似性。SD1s DD机械结合面接触刚度分型模型机械结合面接触刚度分型模型研究发现，研究发现，Weierstrass-MandelbotWeierstrass-Mandelbot函数可以满足上述这些特性，函数可以满足上述这些特性，其表达式为：其表达式为：其中其中D D具有维数的特性，是函数具有维数的特性，是函数Z Z（x x）的分维，它描述函数）的分维，它描述函数Z(x)Z(x)在在所有尺度上的不规则性，但不能确定所有尺度上的不规则性，但不能确定Z Z（x x）的具体尺寸，即两个）的具体尺寸，即两个完全不同尺度上的分形曲线可以具有相同的分维；完全不同尺度上的分形曲线可以具有相同的分维；121x2cosxlnnn2n1，）（）（）（DGZDD机械结合面接触刚度分型模型机械结合面接触刚度分型模型G G是表面的特征长度尺度参数，它反映是表面的特征长度尺度参数，它反映Z(X)Z(X)幅值大小，决定幅值大小，决定Z(X)Z(X)的的具体尺寸；具体尺寸；粗糙表面统计学参数与表面轮廓的分维粗糙表面统计学参数与表面轮廓的分维D D存在如下关系存在如下关系2/14 2/122/1)()()(hlhlhlwwwwwwdwwSwdwwSwdwwS机械结合面接触刚度分型模