粗糙表面接觸動力學特性的微觀構造特征測試研究.pdf

1、機械系統(tǒng)是由零部件按照一定的技術要求裝配而成的，零部件相互接觸的表面稱為機械結合面，簡稱“結合面”。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成的凹凸不平的表面，這樣形成的結合面在動載荷作用下表現(xiàn)出既有剛度又有阻尼的復雜動力學特性。機械系統(tǒng)的動態(tài)精度與性能直接受結合面動力學特性的影響，掌握結合面動力學特性對整機動態(tài)特性分析及優(yōu)化設計有著重要意義。但是，由于結合面之間的接觸問題是復雜的跨尺度幾何物理問題，結合面動力學特

2、性的微觀構造特征至今未尚未掌握，因而無法對結合面動力學特性參數(shù)進行解析求解。本文主要從微觀角度研究粗糙表面接觸動力學特性的構造特征測試技術，主要工作如下:
　　(1)基于經(jīng)典的赫茲接觸理論，研究隨機粗糙表面接觸過程，分析粗糙表面接觸過程中接觸載荷與結合面接觸趨近距離之間的關系，并分析表面粗糙度和接觸載荷對真實接觸面積和接觸應力的影響。
　　(2)基于菲涅爾衍射積分理論，利用數(shù)字全息技術記錄和再現(xiàn)技術，搭建測量粗糙表面微觀形貌

3、的數(shù)字全息測量系統(tǒng)，對后續(xù)激光聲表面波波速和結合面動力學特性測試所用試塊的表面形貌進行測量。
　　(3)討論激光超聲激發(fā)機制，將激光超聲傳輸理論和固體聲彈效應相結合，搭建用于測量激光聲表面波波速的測試系統(tǒng)，通過測量聲表面波傳播速度來反映結合面接觸應力的變化。得出結論:結合面接觸應力隨面壓增大而增大且為非線性關系;結合面表面粗糙度越大，接觸應力相對較大。
　　(4)設計并制作了粗糙表面法向動力學特性參數(shù)測試傳感器，對不同接觸狀

4、態(tài)下的結合面法向動態(tài)剛度和阻尼進行測量，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算模型。得出結論:對于結合面單位面積法向動剛度和阻尼，面壓和結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合面積;單位面積法向動剛度與面壓成正相關，與結合面積和表面粗糙度成負相關;單位面積法向阻尼與面壓和結合面積成正相關，與表面粗糙度成負相關。
　　(5)將建立的結合面法向動力學特性參數(shù)模型應用于KVCN10