粗糙表面接觸動(dòng)力學(xué)特性的微觀構(gòu)造特征測(cè)試研究.pdf

1、機(jī)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(jī)械結(jié)合面，簡(jiǎn)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(dòng)載荷作用下表現(xiàn)出既有剛度又有阻尼的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)特性。機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精度與性能直接受結(jié)合面動(dòng)力學(xué)特性的影響，掌握結(jié)合面動(dòng)力學(xué)特性對(duì)整機(jī)動(dòng)態(tài)特性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)有著重要意義。但是，由于結(jié)合面之間的接觸問(wèn)題是復(fù)雜的跨尺度幾何物理問(wèn)題，結(jié)合面動(dòng)力學(xué)特

2、性的微觀構(gòu)造特征至今未尚未掌握，因而無(wú)法對(duì)結(jié)合面動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)進(jìn)行解析求解。本文主要從微觀角度研究粗糙表面接觸動(dòng)力學(xué)特性的構(gòu)造特征測(cè)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(jī)粗糙表面接觸過(guò)程，分析粗糙表面接觸過(guò)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(duì)真實(shí)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(cè)量粗糙表面微觀形貌

3、的數(shù)字全息測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)后續(xù)激光聲表面波波速和結(jié)合面動(dòng)力學(xué)特性測(cè)試所用試塊的表面形貌進(jìn)行測(cè)量。
　　(3)討論激光超聲激發(fā)機(jī)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(cè)量激光聲表面波波速的測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)量聲表面波傳播速度來(lái)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(duì)較大。
　　(4)設(shè)計(jì)并制作了粗糙表面法向動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)測(cè)試傳感器，對(duì)不同接觸狀

4、態(tài)下的結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)剛度和阻尼進(jìn)行測(cè)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(jì)算模型。得出結(jié)論:對(duì)于結(jié)合面單位面積法向動(dòng)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(dòng)剛度與面壓成正相關(guān)，與結(jié)合面積和表面粗糙度成負(fù)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(fù)相關(guān)。
　　(5)將建立的結(jié)合面法向動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)模型應(yīng)用于KVCN10