[发明专利]一种曲面织构的表征方法

说明书

本发明公开一种曲面织构的表征方法，属于表面工程技术领域。该方法首先针对粗糙曲面建立空间直角坐标系，用表达式表示出该曲面，然后采用平面的表面粗糙形貌表征加上偏移角的方式，得到无织构的表面粗糙形貌表征，最后选取合适的织构形式，在无织构的表面粗糙形貌上加上织构，得到不同织构形式的微织构形貌的粗糙曲面表征情况。该方法将曲面无织构区域和微织构区域部分分别进行描述，提取其特征参数，考虑织构及形貌相对曲面的偏移角，并建立了粗糙织构曲面的表征方程，为研究球面关节滑动结合面在载荷作用下的接触刚度与接触阻尼特性提供新的思路。

技术领域

本发明涉及表面工程技术领域，尤其涉及一种曲面织构的表征方法。

背景技术

目前机械关节在工业上已经得到了广泛应用，其关节结合面的摩擦特性决定了整体的性能。因此，优化提高并联机构球铰关节结合面间的接触属性，并减少关节高速运动时产生的振动，对于提高机械关节的摩擦性能有着十分重要的意义。为得到粗糙表面间的接触性质，关于粗糙结合面的表征方法一直是学者们研究的重点。

近年来，随着国内科技水平的不断提升，对于结合面间的摩擦性能，以及滑动关节的稳定，可靠性提出了更高的要求。由此，表面织构技术应运而生。表面织构技术，又称表面微织构，是一种利用激光加工，在物体表面加工出细小的沟槽，点阵等具有一定规律织构形式的方法。加工出的织构凹槽可以储存碎屑和润滑油，并在结合面之间产生动压润滑，其在改进接触面的力学特性上有着相当不错的效果。虽然表面织构已经吸引了众多学者的研究，但从现有文献来看，很少有将曲面分形模型与表面织构相结合的研究。建立曲面织构的表征方程将重点分析具有微织构形貌的粗糙曲面形貌特征，提取特征参数，建立曲面的表征体系，用参数去描述具体的微织构表面。通过调整其织构参数得到不同参数对关节织构的影响，为研究球面关节滑动结合面在载荷作用下的接触刚度与接触阻尼特性提供新的思路。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种曲面织构的表征方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种曲面织构的表征方法，包括如下步骤：

步骤1：使用数控铣削加工出合适的曲面粗糙表面，并建立空间直角坐标系，对曲面进行表征；

所述步骤1中建立空间直角坐标系，对曲面进行表征的过程如下：

步骤1.1：以曲面横截面的圆心为坐标原点，建立空间直角坐标系，其中延曲面直径方向为Y轴，延曲面长度方向为X轴；

步骤1.2：在上述坐标系下对曲面本身进行表征，表征公式如下：

其中，x、y、z为曲面上的点在空间坐标系中的坐标，r为曲面截面的半径，l为曲面沿x轴方向的长度。

步骤2：利用W-M函数完成对平面的表面粗糙形貌表征，得到平面无织构部分的表面粗糙形貌表征，方法如下：

对平面无织构部分的微观粗糙面进行表征，使用W-M函数对其粗糙形貌进行表征，表征公式如下：

其中：Gn为尺度系数，为服从均值为0，方差为1的正态分布的随机数；An，Bn为相互独立的随机数，于[0,2π]上均匀分布；Ds为理论分形维数(2Ds3)；γn为特征参数，γ为常数且γ＞1；n为自然序列数。

步骤3：在平面无织构部分的表面粗糙形貌表征函数中引入偏移角，得到曲面无织构部分的表面粗糙形貌表征，过程如下：

步骤3.1：引入的偏移角公式如下：

步骤3.2：将偏移角作为参数之一加入表征公式，得到曲面无织构部分的表面粗糙形貌表征：