過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)的理論及試驗(yàn)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(yàn)研究”，是在國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(863項(xiàng)目)(No.2006AA042101)和國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)(No2007BAF21801)的支持的資助下，從大連重工·起重集團(tuán)減速機(jī)廠風(fēng)機(jī)設(shè)備的工程實(shí)際背景出發(fā)，從理論和試驗(yàn)的角度對(duì)過盈聯(lián)接的摩擦系數(shù)進(jìn)行分析研究，為風(fēng)機(jī)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(jì)奠定基礎(chǔ)。 過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)作為一個(gè)表面接觸摩擦特性的表征參數(shù)，在理論和試驗(yàn)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(duì)過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)進(jìn)行研究分析，利用過盈聯(lián)接的有限元接觸模型分析計(jì)算各影響因素的影響程度，然后采用試驗(yàn)的方法測(cè)量過盈聯(lián)接試件的承載扭矩，間接計(jì)算并驗(yàn)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(jì)算分析對(duì)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(dá)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(duì)接觸應(yīng)力的影響程度，并獲得一組比較完整的計(jì)算結(jié)果； (3)建立了過盈聯(lián)接的接觸應(yīng)力分析模型，對(duì)過盈聯(lián)接摩擦特性的影響因素進(jìn)行深入研究，基于面—面接觸進(jìn)行接觸應(yīng)力分析，進(jìn)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(gè)零件的體積變形量(稱之為“過盈體積”)來描述實(shí)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(jì)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(jì)正交試驗(yàn)方案，通過數(shù)據(jù)分析、計(jì)算獲得摩擦系數(shù)，具體內(nèi)容包括： (1)進(jìn)行過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)以及其正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。在分析確定試驗(yàn)所需要的測(cè)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(jì)正交試驗(yàn)的測(cè)試設(shè)計(jì)思路，以

5、此來確定各因素對(duì)摩擦系數(shù)的影響。按照設(shè)計(jì)的正交表，設(shè)計(jì)每個(gè)試件的詳細(xì)尺寸； (2)完成對(duì)具體試件的測(cè)量、計(jì)算與裝配。對(duì)加工的試件進(jìn)行表面粗糙度測(cè)量和錐面輪廓測(cè)量，擬合得到過盈聯(lián)接的配合尺寸。為保證測(cè)量數(shù)據(jù)能真實(shí)反映零件表面狀況，進(jìn)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(jìn)行圓錐擬合，為使優(yōu)化結(jié)果達(dá)到最優(yōu)，通過多步擬合得到了較優(yōu)的初始點(diǎn)并采用序列二次規(guī)劃的算法進(jìn)行求解。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采用縮脹法進(jìn)行試件裝配：

6、 (3)通過扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)得到每個(gè)試件的失效扭矩。為保證試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)有效，試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行標(biāo)定，試驗(yàn)時(shí)記錄每個(gè)試件的扭矩和時(shí)間，繪制曲線確定失效扭矩。為了解決某些試件超出試驗(yàn)臺(tái)扭距量程的問題，專門設(shè)計(jì)并制造了大量程扭距試驗(yàn)臺(tái)； (4)基于零件表面的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)形式，使用有限元分析軟件進(jìn)行靜力分析，獲得每個(gè)接觸結(jié)點(diǎn)的外力，然后通過外力和力臂的累加計(jì)算獲得接觸面平均摩擦系數(shù)。 (5

7、)實(shí)際裝配對(duì)原有因素的各個(gè)水平產(chǎn)生了影響，為了滿足試驗(yàn)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(duì)摩擦系數(shù)的影響程度。經(jīng)過計(jì)算極差和剔除誤差等操作，得到摩擦系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。 3.對(duì)理論和試驗(yàn)研究的過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)進(jìn)行對(duì)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(jì)算方法和過程，另一方面從試驗(yàn)和理論角度給出了可以用于風(fēng)機(jī)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(duì)過盈聯(lián)接摩擦系數(shù)的研究，在理論上將