過盈聯接摩擦系數的理論及試驗研究.pdf

1、本文開展的“過盈聯接摩擦系數的理論及試驗研究”，是在國家高技術研究發(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機設備的工程實際背景出發(fā)，從理論和試驗的角度對過盈聯接的摩擦系數進行分析研究，為風機等大型工程設備的性能特征信息獲取和產品創(chuàng)新設計奠定基礎。 過盈聯接摩擦系數作為一個表面接觸摩擦特性的表征參數，在理論和試驗研

2、究方面均需要開展大量的研究工作，本文采用數值分析方法首先從理論上對過盈聯接摩擦系數進行研究分析，利用過盈聯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接試件的承載扭矩，間接計算并驗證摩擦系數，最后通過正交表分析摩擦系數的影響因素?；谶@些研究目的，本文研究內容包括： 1.建立過盈聯接的接觸分析模型，分析過盈量、長短軸比值與最大承載扭矩、摩擦系數之間的關系，基于有限元方法計算分析對摩擦系數有影響的過

3、盈量、錐度、表面粗糙度等因素的影響程度。數值分析部分具體包括： (1)基于曲面模型建立了摩擦系數求解模型，得到摩擦系數的解析表達式； (2)基于軟件分析，研究過盈聯接的過盈量、錐度、表面粗糙度等因素對接觸應力的影響程度，并獲得一組比較完整的計算結果； (3)建立了過盈聯接的接觸應力分析模型，對過盈聯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，基于重構接觸曲面的數學理論，分析、計算過盈體積，從而研究過盈體積與過盈聯接摩擦系數之間的關系。 2.設計正交試驗方案，通過數據分析、計算獲得摩擦系數，具體內容包括： (1)進行過盈聯接摩擦系數測試系統方案設計以及其正交試驗方案設計。在分析確定試驗所需要的測量參數的基礎上，由于摩擦系數的影響因素較多，提出設計正交試驗的測試設計思路，以

5、此來確定各因素對摩擦系數的影響。按照設計的正交表，設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，擬合得到過盈聯接的配合尺寸。為保證測量數據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，采用自適應圓錐的方法進行圓錐擬合，為使優(yōu)化結果達到最優(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。根據計算結果，采用縮脹法進行試件裝配：

6、 (3)通過扭轉試驗得到每個試件的失效扭矩。為保證試驗結果真實有效，試驗前對試驗臺進行標定，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，專門設計并制造了大量程扭距試驗臺； (4)基于零件表面的測量數據進行接觸曲面重構，將重構的接觸曲面轉換成為結點形式，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。 (5

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