[发明专利]一种用于机械结合面接触刚度建模的方法

说明书

本发明公开了一种用于机械结合面接触刚度建模的方法，包括：根据分形维数和分形粗糙度系数计算获得微凸体的密度η、微凸体的曲率半径R以及粗糙微凸体高度的标准偏差σ；建立包含基体的单个微凸体接触模型；根据所述单个微凸体接触模型，获得考虑基体变形的单个微凸体接触参数；采用三角分布函数将单个微凸体接触模型扩展到整个机械结合面，获得采用三角分布函数的GW模型并修正，获得修正后的采用三角分布函数的GW模型；其中，n为微凸体的接触数目；将微凸体的密度η、微凸体的曲率半径R以及粗糙微凸体高度的标准偏差σ代入修正后的采用三角分布函数的GW模型。本发明对接触模型进行了修正，能够使理论模型更加准确。

技术领域

本发明属于结合面接触变形机理研究技术领域，特别涉及一种用于机械结合面接触刚度建模的方法。

背景技术

数控机床中存在大量结合面，例如滑动结合面、滚动结合面及螺栓结合面等。结合面的存在破坏了机械结构的连续性，会影响机床的整体性能。接触刚度是描述结合面特性的重要参数之一，直接影响机床整机的静动态特性。如何建立更精确、更有效的接触刚度模型，是进一步开展整机动力学建模与分析的基础，对评估机床整机性能具有重要的理论与工程应用价值。

目前，现有的结合面接触模型大都忽略了基体变形对GW模型(即Greenwood和Williamson提出的粗糙表面微观接触模型)中接触变形的影响；粗糙表面形貌通常假设为服从高斯分布的一系列微凸体的集合；当结合面处于轻微接触状态时，又可使用指数分布来简化计算。显然，高斯分布函数和指数分布函数没有上限，这不符合实际的微凸体高度的变化范围。

此外，在利用GW模型模拟结合面微观接触时，还存在一种不合理现象：当微凸体接触点在0n1范围时，两表面会产生接触。理论上当接触点小于1时，上下两表面的微凸体是不会发生接触，也不会产生变形。

综上所述，亟需一种新的机械结合面接触刚度建模方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于机械结合面接触刚度建模的方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的建模方法，对接触模型进行了修正，能够使理论模型更加准确。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种用于机械结合面接触刚度建模的方法，包括以下步骤：

(1)测量获取被测表面的微观轮廓形貌，获得被测表面的分形维数和分形粗糙度系数；根据分形维数和分形粗糙度系数计算获得微凸体的密度η、微凸体的曲率半径R以及粗糙微凸体高度的标准偏差σ；

(2)建立包含基体的单个微凸体接触模型；根据所述单个微凸体接触模型，获得考虑基体变形的单个微凸体接触参数；所述单个微凸体接触参数包括：单个微凸体的接触变形、真实接触面积、法向刚度和法向载荷；

(3)采用三角分布函数将步骤(2)建立的单个微凸体接触模型扩展到整个机械结合面，以模拟机械结合面微凸体的高度分布情况，获得采用三角分布函数的GW模型；

其中，设定接触数目在0n1范围内，只有一对微凸体接触，以修正采用三角分布函数的GW模型在微凸体接触数目0n1范围时的缺陷，获得修正后的采用三角分布函数的GW模型；其中，n为微凸体的接触数目；

(4)将步骤(1)获得的微凸体的密度η、微凸体的曲率半径R以及粗糙微凸体高度的标准偏差σ代入步骤(3)获得的修正后的采用三角分布函数的GW模型，获得机械结合面弹性接触刚度模型。

本发明的进一步改进在于，包括：步骤(1)中，通过三维形貌测量仪测量获得被测表面的微观轮廓形貌。

本发明的进一步改进在于，步骤(2)中，通过弹性力学分析和Hertz接触理论，获得考虑基体变形的单个微凸体接触参数。

本发明的进一步改进在于，步骤(1)中，采样数据的结构函数满足的关系如下：