基于点磨削零件外圆表面接触力学特性分析

摘要

零件的表面微观几何形貌特征对其摩擦学特性有显著的影响，点磨削作为一种新型的磨削加工技术，本身具有高效、低磨损的特点，特别磨削表面微观几何特征不同于普通外圆磨削，因此点磨削加工的零件在运动摩擦中的接触力学特性也不同于普通外圆磨削。 本文综述了点磨削的发展状况及其不同于普通外圆磨削的技术特征，建立了点磨削加工零件表面纹理角θ的求解公式。点磨削加工出具有不同表面形貌特征的零件，本文就零件纹理方向不同、轴的接触长度不同、粗糙度幅值不同等对回转运动副中的接触力学特性的影响进行研究。 为了更好的进行不同形貌特征下的零件的接触力学特性，分析了两种传统的接触模型:Hertz理论接触模型及基于统计学理论的接触模型。由于它们在建立模型时的局限性，因此不能很好的应用于工程实践中。本文主要依据分形理论，建立适用于工程实际中的带有点磨削纹理方向、轴的接触长度、粗糙度幅值的分形接触力学模型。并通过MATLB进行编程求解，通过依次改变变量值，从理论上寻求优化解。 理论分析和仿真结果表明，为建立两个圆柱体接触的分形模型而引入的表面接触系数λc具有可行性，且两圆柱处于内接触时的λc值大于外接触时的值;将处于分形理论下的接触研究和传统Hertz理论进行对比，分形理论下的应力值较大，且减小两圆柱的内接触间隙，有利于减小接触应力;当保持其他变量不变的条件下，压溃的径向宽度增大，接触应力逐渐减小;当保持其他变量不变的条件下，轴的接触轴长对载荷和应力影响较小;当保持其他变量不变的条件下，粗糙度幅值相关量G的增大，将使载荷和接触应力增大;对于点磨削表面，对纹理角度的研究分为大角度与小角度分形接触模型。载荷取定值，大角度模型应力随纹理角度的减小而减小，小角度模型应力值随纹理角度减小而增大，由此得知，存在某一角度，使得应力值最小。而大角度模型更适用于工程实际之中，且点磨削工件的纹理角度小于普通外圆磨削的工件，这就说明点磨削加工的零件较普通外圆磨削加工的工件的力学性能更好。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1点磨削技术的国内外发展动态

1．2点磨削的特点

1．3摩擦学及表面接触力学研究的意义

1．4研究背景及研究意义

1．4．1研究背景

1．4．2研究意义

1．4．3研究目的

1．5本文拟研究内容

第2章点磨削表面形貌对零件接触力学特性的影响

2．1点磨削纹理特征及零件表面形貌表征

2．1．1点磨削不同于普通外圆磨的纹理特征

2．1．2点磨削表面纹理方向对表面粗糙度的影响

2．1．3表面形貌表征

2．2点磨削表面形貌对零件机械性能的影响

2．3点磨削表面形貌对接触力学的影响

2．4本章小结

第3章Hertz理论及统计学接触力学模型

3．1固体表面的接触

3．1．1固体表面的接触过程

3．1．2接触面积

3．2 Hertz理论

3．2．1球形接触

3．2．2圆柱体接触

3．3统计学接触模型

3．4本章小结

第4章点磨削表面分形接触力学模型

4．1分形理论及其发展现状

4．2分形几何理论

4．2．1分形维数的定义

4．2．2分形维度的计算

4．3接触表面微观几何形貌的分形模拟

4．4表面接触的分形研究

4．5分形接触力学模型

4．5．1接触面为圆形的分形接触力学模型

4．5．2接触面为矩形的分形接触力学模型

4．5．3两圆柱面的分形接触力学模型

4．6点磨削加工表面两圆柱面的分形接触力学模型

4．7点磨削加工表面小角度两圆柱面的分形接触力学模型

4．8本章小结

第5章点磨削表面分形接触力学模型分析

5．1参数确定

5．2表面接触系数可行性分析

5．2．1分析表面接触系数与小圆柱半径关系

5．2．2分析表面接触系数与载荷的关系

5．3载荷一实际接触长度与各个量之间的关系

5．4应力与各个量之间的关系

5．4．1分形接触力学模型与Hertz模型下的应力的比较

5．4．2应力一实际接触长度与各个变量的关系

5．5本章小结

第6章结论与展望

6．1结论

6．2展望

参考文献

参加科研情况说明

致谢